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关联规则挖掘算法:Apriori

2017年12月14日 ⁄ 综合 ⁄ 共 1554字 ⁄ 字号 评论关闭

     所谓的关联规则(Association Rule)主要是指数据中的并发关系,最典型的的应用就是对购物篮的分析,发现所有的老爸买尿布的时候都会买啤酒。

    关联规则挖掘中有一些容易混淆的术语,详见http://blog.sina.com.cn/s/blog_4d8d6303010009kb.html ,这里有两个很重要的概念:支持度和置信度。通俗的说,支持度就是所有的顾客中有多少顾客买了尿布和啤酒(支持度过低,说明该规则实际中较少出现,没有应用价值);置信度就是所有买了尿布的顾客中有多少买了啤酒的(置信度过低,说明买尿布就会买啤酒这条规则不太可靠)

    Apriori算法的实质十分简单:首先找出所有只包含一个项目的规则,然后合成包含两个项目的规则(中间需要进行剪枝),以此类推。

    Aprior算法流程图:    

   

 Candidate-gen函数流程图:

    接下来我将用一个实际的例子来描述Apriori算法的过程:

    假设我们要求的最小支持度minsup=30%,最小置信度mincond=80%。再次介绍两个十分重要的术语:

    k项频繁集(包含k个项目的支持度公安与minsupde 项目集合)。

    向下闭包属性(Downward Closure Property)这个属性是算法的一个核心,即如果一个项集为频繁项目集,那么它的所有非空子集也是频繁项目集;很明显,若集合{1,2}是频繁项集,那么{1},{2}肯定也是频繁项集(因为包含1,2的交易一定包含1,但包含1的交易不一定包含1,2)。

  

  Apriori算法的第一个主要步骤是使用前一轮产生的频繁项集Fk-1(一般初始化为只含一个项目的频繁集),通过candidate-gen函数来生成候选项集Ck。这里来介绍一下candidate-gen函数。该函数主要包含合并剪枝两个步骤。

    合并:就是使用两个(k-1)频繁项集生成k频繁项集,首先注意每个项集里的项目都是按一定顺序排序的,这里要求两个频繁项集的前k-2个项要相同只有最后一个不同。具体来说就是频繁集{1,3}和{1,5}合成{1,3,5}。你一定要问了{1,3}和{3,5}能合成{1,3,5}吗?答案是不能,因为根据向下闭包原则,如果{1,3,5}是频繁集那么{1,3}{1,5}{3,5}都是频繁集,想想如果{1,5}是频繁集的话,那么就可以直接用{1,3}和{1,5}来合成{1,3,5}了,没必要使用{3,5},所以这里的合并必须要求前k-2项是相同的,只有最后一项是不同的。

    剪枝:就是检查所有候选集Ck的子集是否是频繁集,如果有一个子集不是,则删除Ck。例如前面通过{1,3}和{1,5}产生的{1,3,5},如果{3,5}不是频繁集则{1,3,5}肯定也不是频繁集。

    Apriori算法的最后一步就是检查新的候选集合中所有项集的支持度,符合要求的就进行下一轮筛选。

   

  最后讲讲如何根据生成的频繁项集来生产规则。根据Apriori算法生成了频繁项目集f,那么所有的关联规则都可以表示为(f-a) -> a,并且可以继续推断(f-b(b为a的子集)) -> b,必然成立。因为置信度=f.count/(f-a).count,其中a集合越小,f-a集合越大,(f-a).count越小,总的置信度也越大,这就是所谓的数据稀疏原理(越是大的数据集合在实际中出现的次数越小)。生成规则的过程类似于Apriori算法,首先找出频繁集f的所有后件为1的规则,然后利用candidate-gen函数类推,只不过里面是将支持度检验换为置信度检验即可。

  Apriori的一个具体实现的例子:http://blog.csdn.net/lskyne/article/details/8302478

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