数据挖掘 第8章--分类：基本概念
数据挖掘分析课程设计数据
数据挖掘分析课程设计数据一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握数据挖掘的基本概念、流程及常用算法，如分类、聚类和关联规则挖掘；2. 使学生了解数据预处理、特征工程等关键步骤，提高数据质量；3. 帮助学生掌握至少一种数据挖掘工具，如Python、R等，并运用至实际项目中；4. 让学生掌握数据分析的基本方法，能够运用统计图表展示数据挖掘结果。
技能目标：1. 培养学生运用数据挖掘技术解决实际问题的能力，如从大量数据中发现规律、趋势和关联性；2. 培养学生运用编程工具进行数据处理、分析和可视化的能力；3. 培养学生的团队协作和沟通能力，能够就数据挖掘项目进行有效讨论和展示。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对数据挖掘的兴趣，激发他们探索未知、追求真理的精神；2. 培养学生具备良好的数据伦理观念，尊重数据隐私，遵循数据安全规范；3. 使学生认识到数据挖掘在现实生活中的广泛应用，增强社会责任感和时代使命感。
课程性质：本课程为选修课，适用于高年级学生，具有较强的实践性和应用性。
学生特点：学生具备一定的数学、计算机基础，对数据分析有一定了解，具备一定的自主学习能力。
教学要求：结合实际案例，注重理论与实践相结合，提高学生的动手操作能力和创新能力。
通过课程学习，使学生能够独立完成数据挖掘项目，并为后续相关课程和实际工作打下坚实基础。
二、教学内容1. 数据挖掘基本概念与流程：介绍数据挖掘的定义、任务、应用领域，以及数据挖掘的基本流程，包括数据收集、数据预处理、数据挖掘、结果评估和知识应用。
教材章节：第一章 数据挖掘概述2. 数据预处理与特征工程：讲解数据清洗、数据集成、数据变换等预处理方法，以及特征选择、特征提取等特征工程操作。
教材章节：第二章 数据预处理与特征工程3. 常用数据挖掘算法：学习分类、聚类、关联规则挖掘等常用算法，如决策树、支持向量机、K-means、Apriori等。
教材章节：第三章 分类与预测；第四章 聚类分析；第五章 关联规则挖掘4. 数据挖掘工具与实战：介绍Python、R等数据挖掘工具，通过实际案例让学生动手操作，提高实践能力。
数据挖掘中的数据分类算法综述
分析Technology AnalysisI G I T C W 技术136DIGITCW2021.021 决策树分类算法1.1 C 4.5分类算法的简介及分析C4.5分类算法在我国是应用相对较早的分类算法之一，并且应用非常广泛，所以为了确保其能够满足在对规模相对较大的数据集进行处理的过程中有更好的实用性能，对C4.5分类算法也进行了相应的改进。
C4.5分类算法是假如设一个训练集为T ，在对这个训练集建造相应的决策树的过程中，则可以根据In-formation Gain 值选择合理的分裂节点，并且根据分裂节点的具体属性和标准，可以将训练集分为多个子级，然后分别用不同的字母代替，每一个字母中所含有的元组的类别一致。
而分裂节点就成为了整个决策树的叶子节点，因而将会停止再进行分裂过程，对于不满足训练集中要求条件的其他子集来说，仍然需要按照以上方法继续进行分裂，直到子集所有的元组都属于一个类别，停止分裂流程。
决策树分类算法与统计方法和神经网络分类算法相比较具备以下优点：首先，通过决策树分类算法进行分类，出现的分类规则相对较容易理解，并且在决策树中由于每一个分支都对应不同的分类规则，所以在最终进行分类的过程中，能够说出一个更加便于了解的规则集。
其次，在使用决策树分类算法对数据挖掘中的数据进行相应的分类过程中，与其他分类方法相比，速率更快，效率更高。
最后，决策树分类算法还具有较高的准确度，从而确保在分类的过程中能够提高工作效率和工作质量。
决策树分类算法与其他分类算法相比，虽然具备很多优点，但是也存在一定的缺点，其缺点主要体现在以下几个方面：首先，在进行决策树的构造过程中，由于需要对数据集进行多次的排序和扫描，因此导致在实际工作过程中工作量相对较大，从而可能会使分类算法出现较低能效的问题。
其次，在使用C4.5进行数据集分类的过程中，由于只是用于驻留于内存的数据集进行使用，所以当出现规模相对较大或者不在内存的程序及数据即时无法进行运行和使用，因此，C4.5决策树分类算法具备一定的局限性。
数据挖掘概念与技术原书第3版课后练习题含答案
数据挖掘概念与技术原书第3版课后练习题含答案前言《数据挖掘概念与技术》（Data Mining: Concepts and Techniques）是一本经典的数据挖掘教材，已经推出了第3版。
本文将为大家整理并提供第3版课后习题的答案，希望对大家学习数据挖掘有所帮助。
答案第1章绪论习题1.1数据挖掘的基本步骤包括：1.数据预处理2.数据挖掘3.模型评价4.应用结果习题1.2数据挖掘的主要任务包括：1.描述性任务2.预测性任务3.关联性任务4.分类和聚类任务第2章数据预处理习题2.3数据清理包括以下几个步骤：1.缺失值处理2.异常值检测处理3.数据清洗习题2.4处理缺失值的方法包括：1.删除缺失值2.插补法3.不处理缺失值第3章数据挖掘习题3.1数据挖掘的主要算法包括：1.决策树2.神经网络3.支持向量机4.关联规则5.聚类分析习题3.6K-Means算法的主要步骤包括：1.首先随机选择k个点作为质心2.将所有点分配到最近的质心中3.重新计算每个簇的质心4.重复2-3步，直到达到停止条件第4章模型评价与改进习题4.1模型评价的方法包括：1.混淆矩阵2.精确率、召回率3.F1值4.ROC曲线习题4.4过拟合是指模型过于复杂，学习到了训练集的噪声和随机变化，导致泛化能力不足。
对于过拟合的处理方法包括：1.增加样本数2.缩小模型规模3.正则化4.交叉验证结语以上是《数据挖掘概念与技术》第3版课后习题的答案，希望能够给大家的学习带来帮助。
如果大家还有其他问题，可以在评论区留言，或者在相关论坛等平台提出。
数据挖掘原理、算法及应用章 (8)
第8章 复杂类型数据挖掘 1） 以Arc/info基于矢量数据模型的系统为例， 为了将空间
数据存入计算机， 首先， 从逻辑上将空间数据抽象为不同的 专题或层， 如土地利用、 地形、 道路、 居民区、 土壤单 元、 森林分布等， 一个专题层包含区域内地理要素的位置和 属性数据。 其次， 将一个专题层的地理要素或实体分解为点、 线、 面目标， 每个目标的数据由空间数据、 属性数据和拓 扑数据组成。
第8章 复杂类型数据挖掘 2. 空间数据具体描述地理实体的空间特征、 属性特征。 空
间特征是指地理实体的空间位置及其相互关系； 属性特征表 示地理实体的名称、 类型和数量等。 空间对象表示方法目前 采用主题图方法, 即将空间对象抽象为点、 线、 面三类， 根据这些几何对象的不同属性， 以层（Layer）为概念组织、 存储、 修改和显示它们， 数据表达分为矢量数据模型和栅格 数据模型两种。
第8章 复杂类型数据挖掘图Fra bibliotek-5 综合图层
第8章 复杂类型数据挖掘
图8-4 栅格数据模型
第8章 复杂类型数据挖掘
3. 虽然空间数据查询和空间挖掘是有区别的， 但是像其他数 据挖掘技术一样， 查询是挖掘的基础和前提， 因此了解空间 查询及其操作有助于掌握空间挖掘技术。
由于空间数据的特殊性， 空间操作相对于非空间数据要 复杂。 传统的访问非空间数据的选择查询使用的是标准的比 较操作符： “>”、 “<”、 “≤ ”、 “≥ ”、 “≠ ”。 而空间选择是一种在空间数据上的选择查询， 要用到空间操 作符.包括接近、 东、 西、 南、 北、 包含、 重叠或相交 等。
不同的实体之间进行空间性操作的时候， 经常需要在属性之 间进行一些转换。 如果非空间属性存储在关系型数据库中， 那么一种可行的存储策略是利用非空间元组的属性存放指向相 应空间数据结构的指针。 这种关系中的每个元组代表的是一 个空间实体。
数据挖掘课程设计报告题目
数据挖掘课程设计报告题目一、课程目标知识目标：1. 理解数据挖掘的基本概念、任务和过程；2. 掌握常见的数据挖掘算法，如分类、聚类、关联规则挖掘等；3. 了解数据预处理、特征工程在数据挖掘中的作用；4. 掌握运用数据挖掘技术解决实际问题的方法。
技能目标：1. 能够运用数据挖掘软件（如WEKA、Python等）进行数据挖掘实验；2. 能够独立完成数据预处理、特征工程、模型构建等数据挖掘流程；3. 能够根据实际问题选择合适的数据挖掘算法，并调整参数优化模型；4. 能够撰写数据挖掘报告，对挖掘结果进行分析和解释。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对数据挖掘的兴趣，激发学习热情；2. 培养学生的团队协作意识，学会与他人共同解决问题；3. 培养学生具备良好的数据伦理素养，尊重数据隐私，遵循数据挖掘道德规范；4. 培养学生勇于面对挑战，克服困难，独立解决问题的精神。
本课程针对高年级学生，结合学科特点，注重理论与实践相结合。
课程目标旨在使学生掌握数据挖掘的基本知识和技能，培养其运用数据挖掘技术解决实际问题的能力。
同时，关注学生的情感态度价值观培养，使其在学习过程中形成积极的学习态度，具备良好的团队协作精神和数据伦理素养。
通过本课程的学习，为学生未来的学术研究或职业发展奠定基础。
二、教学内容1. 数据挖掘基本概念：数据挖掘定义、任务、过程；2. 数据预处理：数据清洗、数据集成、数据变换、数据归一化；3. 特征工程：特征选择、特征提取、特征变换；4. 常见数据挖掘算法：分类（决策树、支持向量机等）、聚类（K均值、层次聚类等）、关联规则挖掘（Apriori算法、FP-growth算法等）；5. 数据挖掘软件应用：WEKA、Python等；6. 模型评估与优化：交叉验证、评估指标（准确率、召回率等）、参数调优；7. 实际案例分析与讨论：运用数据挖掘技术解决具体问题，如商品推荐、客户分群等；8. 数据挖掘报告撰写：报告结构、数据分析与解释。
第八章-聚类分析
非恒定的相似度
➢ 如果一个二值变量的两个取值的重要性不同等重要，则该
二元变量就是不对称的。
▪ 如一个疾病disease的测试结果positive或negative，显然这两 个测试结果的重要性是不一样的：
➢ 通常将比较重要的输出结果，编码为1；而将另一结果编码 为0.
➢ 基于这样的二元变量的相似度被称为非恒定的相似度.
7
7.1 什么是聚类分析
聚类(Clustering)：
根据“物以类聚”的道理，对样品和指标进行分类的一种 多元统计分析方法； 聚类分析中“类”的特征：
➢ 聚类所说的类不是事先给定的，而是根据数据的相 似性和距离来划分；
➢ 聚类的数目和结构都没有事先假定。
9
聚类准则对聚类结果的影响
羊,狗,猫, 鲨鱼
蜥蜴,蛇, 麻雀，海鸥, 金鱼,青蛙
金鱼, 鲨鱼
羊,狗,猫,蜥蜴, 蛇,麻雀，海鸥, 青蛙
(a)繁衍后代的方式
羊,狗,猫,
金鱼,
蜥蜴,蛇,麻雀， 鲨鱼
海鸥,
青蛙
(c) 生存环境
(b) 肺的存在
蜥蜴,蛇,麻 雀，海鸥, 青蛙
金鱼
羊,狗, 猫,
鲨鱼
(d)繁衍后代的方式和是否存在肺
距离测度对聚类结果的影响
年龄 收入 家庭人口数
甲
30
3000
1
乙
40
3200
3
d ( 3 4 0 )2 0 ( 30 30 ) 2 2 0 ( 1 0 3 )2 0
示例：
另外，明氏距离的数值与指标的量纲有关。如，二维样本 （身高、体重），有三个样本：
a(180,50); b(190,50); c(180,60) 则a与b之间的明氏距离（欧氏距离、切比雪夫距离）等 于a与c之间的距离 ❖但问题是，身高的10cm真的等价于体重的10kg吗？ ❖因此，明氏距离无法消除量纲的影响，在衡量这类样本 的相似度时容易出现问题。
数据挖掘导论习题答案(中文版)
介绍数据挖掘教师的解决方案手册陈甘美华Pang-NingMichael教授Vipin Kumar版权所有2006年Pearson Addison-Wesley。
保留所有权利。
内容。
1 Introduction 52 Data 53 Exploring Data 194 Classification: Basic Concepts, Decision Trees, and Model24 Evaluation 245 Classification: Alternative Techniques 446 Association Analysis: Basic Concepts and Algorithms 717 Association Analysis: Advanced Concepts 958 Cluster Analysis: Basic Concepts and Algorithms 1259 Cluster Analysis: Additional Issues and Algorithms 14510 Anomaly Detection 153三1介绍1.讨论是否执行下列每项活动的是一种数据miningtask。
(a)把客户的公司根据他们的性别。
否。
这是一种简单的数据库查询。
(b)把客户的公司根据他们的盈利能力。
第这是一种会计计算、应用程序的门限值。
然而,预测盈利的一种新的客户将数据挖掘。
(c)计算的总销售公司。
否。
这又是简单的会计工作。
(d)排序的学生数据库基于学生的身份证号码。
第再次,这是一种简单的数据库查询。
(e)预测结果丢(公平)的一对骰子。
否。
既然死是公正的,这是一种概率的计算。
如果死是不公平的,我们需要估计的概率对每个结果的数据,那么这更象研究的问题数据挖掘。
然而,在这种特定的情况下,要解决这一问题是由数学家很长一段时间前,因此,我们不认为它是数据挖掘。
(f)预测未来股价的公司使用。
数据挖掘教学大纲
数据挖掘教学大纲一、引言1.1 课程背景数据挖掘是一门综合性学科，结合了统计学、机器学习、数据库技术等多个领域的知识和技术，旨在从大规模数据集中发现有价值的信息和模式。
1.2 课程目标本课程旨在培养学生对数据挖掘的基本概念、方法和技术的理解和应用能力，使其能够运用数据挖掘技术解决实际问题。
二、课程内容2.1 数据挖掘概述2.1.1 数据挖掘定义和基本任务2.1.2 数据挖掘过程和流程2.1.3 数据挖掘应用领域和案例介绍2.2 数据预处理2.2.1 数据清洗和去噪2.2.2 数据集成和转换2.2.3 数据规范化和归一化2.3 数据挖掘算法2.3.1 分类算法2.3.1.1 决策树算法2.3.1.2 朴素贝叶斯算法2.3.1.3 支持向量机算法2.3.2 聚类算法2.3.2.1 K均值算法2.3.2.2 层次聚类算法2.3.2.3 密度聚类算法2.3.3 关联规则挖掘算法2.3.3.1 Apriori算法2.3.3.2 FP-Growth算法2.4 模型评估和选择2.4.1 训练集和测试集划分2.4.2 交叉验证2.4.3 模型评估指标2.5 数据可视化2.5.1 数据可视化基本原理2.5.2 常用数据可视化工具和技术三、教学方法3.1 理论讲授通过课堂讲解，介绍数据挖掘的基本概念、方法和技术，以及相关的应用案例。
3.2 实践操作通过实验和案例分析，让学生实际操作数据挖掘工具和算法，加深对理论知识的理解和应用能力。
3.3 课堂讨论鼓励学生参预课堂讨论，分享自己的观点和经验，提高学生的思维能力和问题解决能力。
四、教学评价4.1 课堂表现考察学生课堂参预度、提问和回答问题的能力，以及对理论知识的理解程度。
4.2 实验报告要求学生完成一定数量的实验，并撰写实验报告，评估学生对数据挖掘算法和工具的实际应用能力。
4.3 期末考试考察学生对课程内容的整体掌握程度，包括理论知识和实际应用能力。
五、参考教材1. Han, J., Kamber, M., & Pei, J. (2022). Data mining: concepts and techniques. Morgan Kaufmann.2. Tan, P. N., Steinbach, M., & Kumar, V. (2022). Introduction to data mining. Pearson Education.六、教学资源1. 数据挖掘软件：如RapidMiner、Weka等2. 数据集：包括公开数据集和自行采集的数据集七、课程进度安排本课程共分为16周，每周2学时，具体进度安排如下：1. 第1-2周：引言和数据挖掘概述2. 第3-4周：数据预处理3. 第5-6周：分类算法4. 第7-8周：聚类算法5. 第9-10周：关联规则挖掘算法6. 第11-12周：模型评估和选择7. 第13-14周：数据可视化8. 第15-16周：复习和总结以上是关于数据挖掘教学大纲的详细内容。
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Tenured?
7
54
有指导的学习 VS. 无指导的学习
有指导的学习（用于分类）
模型的学习在被告知每个训练样本属于哪个类的“指导”下进行
新数据使用训练数据集中得到的规则进行分类
无指导的学习（用于聚类）
每个训练样本的类编号是未知的，要学习的类集合或数量也可能是事先未知的 通过一系列的度量、观察来建立数据中的类编号或进行聚类
youth middle_aged senior senior senior middle_aged youth youth senior youth
high
high high medium low low low medium low medium medium
no
no no no yes yes yes no yes yes yes
建立连续函数值模型，比如预测空缺值
典型应用
信誉证实（分类为低，中，高风险） 医疗诊断（肿瘤是良性还是恶性） 性能预测 目标市场 4 54
一个两步过程
第一步，建立一个分类模型，描述预定数据类或概念集
假定每个元组属于一个预定义的类，由一个类标号属性确定
基本概念
训练数据集：由为建立模型而被分析的数据元组形成 训练样本：训练数据集中的单个样本（元组）
yes
yes
yes
决策树：Buys_computer
10 54
用决策树归纳分类
使用决策树分类
给定一个类标号未知的元组X，在决策树上测试元组的属性值，跟踪一条由根到
叶节点的路径，叶节点存放该元组的类预测。
决策树容易转换为分类规则
决策树的生成由两个阶段组成
决策树构建：自顶向下递归地分治方式
基尼指数度量数据分区或训练元组集D的不纯度，定义为：
n Gini ( D) 1 p来自2 j j 1Gini A ( D) | D1| |D | Gini ( D1) 2 Gini ( D 2) |D| |D|
其中 pj 是D 中元组属于Ci类的概率
如果A的二元划分将D划分成D1和D2，则给定该划分，D的基尼指数为：
分裂
D1 是满足 A ≤ split-point 的元组集合, 而 D2 是满足A > split-point 的元组
集合 17 54
增益率
信息增益度量倾向于选择具有大量值的属性 ID3 的后继 C4.5 使用一种称为增益率的信息增益扩充，试图克服这
种偏倚，它用“分裂信息”值将信息增益规范化，分裂信息定义如下：
描述该结点的训练元组 结点N上属性A的AVC-集给出N上元组A的每个值的类标号计数
结点N上所有AVC-集的集合是N的AVC-组群
22
54
雨林: 训练集和它的AVC-集
age <=30 <=30 31…40 >40 >40 >40 31…40 <=30 <=30 >40 <=30 31…40 31…40 >40 income studentcredit_rating buys_computer AVC-set on Age AVC-set on income high no fair no income Buy_Computer Age Buy_Computer high no excellent no yes no yes no high no fair yes high 2 2 2 3 medium no fair yes <=30 medium 4 2 4 0 low yes fair yes 31..40 low 3 1 >40 3 2 low yes excellent no AVC-set on low yes excellent yes AVC-set on Student credit_rating medium no fair no Buy_Comput student Buy_Computer low yes fair yes er Credit yes no medium yes fair yes rating yes no yes 6 1 medium yes excellent yes fair 6 2 no 3 4 medium no excellent yes excellent 3 3 high yes fair yes medium no excellent no
不纯度降低为: Gini ( A) Gini (D) Gini A (D) 最大化不纯度降低（或等价地，具有最小基尼指数）的属性选为分裂 属性。（需要枚举所有可能的分裂情况）
19 54
属性选择度量对比
三种度量通常会得到好的结果，但这些度量并非无偏的
信息增益
偏向于多值属性
增益率
倾向于不平衡的划分，其中一个分区比其他分区小得多
8
54
2
决策树归纳
用决策树归纳分类
什么是决策树？
类似于流程图的树结构 每个内部节点（非树叶节点）
age?
表示在一个属性上的测试
每个分枝代表该测试的一个输出 每个树叶节点存放一个类标号
youth
student? no no
Middle aged
senior credit_rating? excellent no fair yes
若元组根据age Info ( D) 5 I ( 2,3) 4 I ( 4,0) 5 I (3,2) 0.694 age 14 14 14 划分，则：
) Info(D) Infoage ( D) 0.246 这种划分的信息增益：Gain(age
相应的， Gain(income) 0.029
分裂信息
增益率
SplitInfo A ( D)
j 1 v
| Dj | | D|
log2 (
| Dj | | D|
)
income
GainRatio( A) = Gain(A) / SplitInfo( A)
high
medium low
4
6 4
选择具有最大增益率的属性作为分裂属性 例8.2
分类规则
IF rank = ‘professor’ OR years > 6 THEN tenured = ‘yes’
6 54
第二步——用模型进行分类
分类规则
测试集
未知数据
(Jeff, Professor, 4)
NAME T om M erlisa G eorge Joseph RANK YEARS TENURED A ssistant P rof 2 no A ssociate P rof 7 no P rofessor 5 yes A ssistant P rof 7 yes
no
yes no
excellent
fair excellent
yes
yes no
15
54
例8.1
Class P: buys_computer = “yes” Class N: buys_computer = “no”
age <=30 31…40 >40 pi 2 4 3 ni I(pi, ni) 3 0.971 0 0 2 0.971
使用属性选择度量来选择将元组最好的划分为不同的类的属性 递归的通过选定的属性（必须是离散值）来划分样本
树剪枝
决策树建立时，许多分枝反映的是训练数据中的噪声或离群点，树剪枝试图识别并剪 去这种分枝，以提高对未知数据分类的准确性
11
54
决策树归纳策略
输入
数据分区D，训练元组和他们对应类标号的集合 attribute_list,候选属性的集合 Attribute_selection_method，指定选择属性的启发式过程
Gain( student ) 0.151 Gain(credit _ rating ) 0.048
16 54
计算连续值属性的信息增益
假设A是连续值的，而不是离散值 必须确定A的“最佳”分裂点
将A的值按递增序排序 典型的，每对相邻值的中点被看作可能的分裂点 A的值 ai 和 ai+1 之间的中点是 (ai+ai+1)/2 A具有最小期望信息需求的点选做A的分裂点
5 54
第一步——建立模型
训练数 据集 分类算法
NAME Mike Mary Bill Jim Dave Anne
RANK YEARS TENURED Assistant Prof 3 no Assistant Prof 7 yes Professor 2 yes Associate Prof 7 yes Assistant Prof 6 no Associate Prof 3 no
fair
excellent fair fair fair excellent excellent fair fair fair excellent
no
no yes yes yes no yes no yes yes yes
middle_aged
middle_aged senior
medium
high medium
12
54
属性选择度量
属性选择度量
属性选择度量是一种选择分裂准则，将给定类标号的训练元组最好的进行划分的方法 理想情况，每个划分都是“纯”的，即落在一个给定分区的所有元组都属于相同的类 属性选择度量又称为分裂规则
常用的属性选择度量
信息增益 增益率 基尼指数（Gini指数）
13
算法步骤
1. 树以代表训练样本的单个节点（N）开始 2. 如果样本都在同一个类，则该节点成为树叶，并用该类标记 3. 否则，算法调用 Attribute_selection_method ，选择能够最好的将样本分类的属性； 确定“分裂准则”，指出“分裂点”或“分裂子集” 4. 对测试属性每个已知的值，创建一个分支，并以此划分元组 5. 算法使用同样的过程，递归的形成每个划分上的元组决策树。一旦一个属性出现在一 个节点上，就不在该节点的任何子节点上出现 6. 递归划分步骤停止的条件 划分D（在N节点提供）的所有元组属于同一类 没有剩余属性可以用来进一步划分元组——使用多数表决 没有剩余的样本 给定分支没有元组，则以D中多数类创建一个树叶