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  • 数据挖掘概念和技术读书笔记2

    千次阅读 2004-02-22 23:25:00
    2. 数据挖掘的一般流程 7.1数据挖掘环境 数据挖掘环境可示意如下图: 数据库1数据库2数据库n数据挖掘工具可视化工具 7.2数据库挖掘过程 1. 确定业务对象清晰地定义出业务问题,认清数据挖掘的目的是数据挖掘的...

    2. 数据挖掘的一般流程

     

    7.1数据挖掘环境

     

    数据挖掘环境可示意如下图:

     

    数据库1

    数据库2

    数据库n

    数据挖掘工具

    可视化工具

     

    7.2数据库挖掘过程

     

    1.   确定业务对象

    清晰地定义出业务问题,认清数据挖掘的目的是数据挖掘的重要一步.挖掘的最后结构是不可预测的,但要探索的问题应是有预见的,为了数据挖掘而数据挖掘则带有盲目性,是不会成功的.

    2.   数据准备

        1)数据清理

            消除噪声或不一致数据。

        2)数据集成

            多种数据源可以组合在一起   

        3)数据选择

    搜索所有与业务对象有关的内部和外部数据信息,并从中选择出适用于数据挖掘应用的数据.

        4)数据变换

       将数据转换成一个分析模型.这个分析模型是针对挖掘算法建立的.建立一个真正适合挖掘算法的分析模型是数据挖掘成功的关键.

    3.   数据挖掘

    对所得到的经过转换的数据进行挖掘.除了完善从选择合适的挖掘算法外,其余一切工作都能自动地完成.

    4.   结果分析

    解释并评估结果.其使用的分析方法一般应作数据挖掘操作而定,通常会用到可视化技术.

    5.   知识的同化

    将分析所得到的知识集成到业务信息系统的组织结构中去.

     

    3. 数据挖掘热点

     

    8.1电子商务网站的数据挖掘

     

    在对网站进行数据挖掘时,所需要的数据主要来自于两个方面:一方面是客户的背景信息,此部分信息主要来自于客户的登记表;而另外一部分数据主要来自浏览者的点击流,此部分数据主要用于考察客户的行为表现。但有的时候,客户对自己的背景信息十分珍重,不肯把这部分信息填写在登记表上,这就会给数据分析和挖掘带来不便。在这种情况之下,就不得不从浏览者的表现数据中来推测客户的背景信息,进而再加以利用。就分析和建立模型的技术和算法而言,网站的数据挖掘和原来的数据挖掘差别并不是特别大,很多方法和分析思想都可以运用。所不同的是网站的数据格式有很大一部分来自于点击流,和传统的数据库格式有区别。因而对电子商务网站进行数据挖掘所做的主要工作是数据准备。

     

    8.2生物基因的数据挖掘

    生物基因数据挖掘则完全属于另外一个领域,在商业上很难讲有多大的价值,但对于人类却受益非浅。例如,基因的组合千变万化,得某种病的人的基因和正常人的基因到底差别多大?能否找出其中不同的地方,进而对其不同之处加以改变,使之成为正常基因?这都需要数据挖掘技术的支持。对于生物信息或基因的数据挖掘和通常的数据挖掘相比,无论在数据的复杂程度、数据量还有分析和建立模型的算法而言,都要复杂得多。从分析算法上讲,更需要一些新的和好的算法。现在还远没有达到成熟的地步。

    8.3文本的数据挖掘

     

    在现实世界中,可获取的大部分信息是存储在文本数据库中的,由来自各种数据源的大量文档组成。由于电子形式的信息量的飞速增长,文本数据库得到飞速的发展。文档数据库中存储最多的数据是所谓的半结构化数据(semistructure data),它既不是完全无结构的,也不是完全结构化的。在最近数据库领域研究中已由大量有关半结构化数据的建模和实现方面的研究。而且,信息检索技术已经被用来处理费结构化文档。传统的信息检索已经不适应日益增长的大量文本数据处理的需要。因此,文档挖掘就成为数据挖掘中一个日益流行而重要的流行课题。

     

    8.4Web数据挖掘

     

    Web上有海量的数据信息,怎样对这些数据进行复杂的应用成了现今数据库技术的研究热点。数据挖掘就是从大量的数据中发现隐含的规律性的内容,解决数据的应用质量问题。充分利用有用的数据,废弃虚伪无用的数据,是数据挖掘技术的最重要的应用。显然,面向Web的数据挖掘比面向单个数据仓库的数据挖掘要复杂得多。因为它面临如下诸多挑战:

    1.  对于有效的数据仓库和数据挖掘而言,Web的存储量实在是太庞大了。

    2.  Web页面的复杂性远比任何传统的文本文档复杂得多。

    3.  Web是一个动态性极强得信息源。

    4.  Web面对的是一个广泛形形色色的用户群体。

    5.  Web上的信息只有很小的一部分是相关的或有用的。

    一般的,Web数据挖掘可分为三类:Web内容挖掘(Web content mining)Web结构挖掘(Web structure mining)Web使用纪律挖掘(Web usage mining)

     

    面向Web的数据挖掘是一项复杂的技术,由于上述种种挑战的存在,因而面向Web的数据挖掘成了一个难以解决的问题。而XML的出现为解决Web数据挖掘的难题带来了机会。由于XML能够使不同来源的结构化的数据很容易地结合在一起,因而使搜索多样的不兼容的数据库能够成为可能,从而为解决Web数据挖掘难题带来了希望。XML的扩展性和灵活性允许XML描述不同种类应用软件中的数据,从而能描述搜集的Web页中的数据记录。同时,由于基于XML的数据是自我描述的,数据不需要有内部描述就能被交换和处理。作为表示结构化数据的一个工业标准,XML为组织、软件开发者、Web站点和终端使用者提供了许多有利条件。相信在以后,随着XML作为在Web上交换数据的一种标准方式的出现,面向Web的数据挖掘将会变得非常轻松。

     

    4. 数据挖掘的未来

     

    当前,DMKD研究方兴未艾,其研究与开发的总体水平相当于数据库技术在70年代所处的地位,迫切需要类似于关系模式、DBMS系统和SQL查询语言等理论和方法的指导,才能使DMKD的应用得以普遍推广。DMKD的研究还会形成更大的高潮,研究焦点可能会集中到以下几个方面:

    • 发现语言的形式化描述,即研究专门用于知识发现的数据挖掘语言,也许会像SQL语言一样走向形式化和标准化。
    • 寻求数据挖掘过程中的可视化方法,使知识发现的过程能够被用户理解,也便于在知识发现的过程中进行人机交互。
    • 研究在网络环境下的数据挖掘技术(WebMining),特别是在因特网上建立DMKD服务器,并且与数据库服务器配合,实现WebMining
    • 加强对各种非结构化数据的开采(DataMining for Audio Video),如对文本数据、图形数据、视频图像数据、声音数据乃至综合多媒体数据的开采。
    • 交互式发现。
    • 知识的维护更新。

    但是,不管怎样,需求牵引与市场推动是永恒的,DMKD将首先满足信息时代用户的急需,大量的基于DMKD的决策支持软件产品将会问世。只有从数据中有效地提取信息,从信息中及时地发现知识,才能为人类的思维决策和战略发展服务。也只有到那时,数据才能够真正成为与物质、能源相媲美的资源,信息时代才会真正到来。

    10. 后记

     

    由于本次实习时间较短,仓促中才把《数据挖掘概念和技术》《Data Minning Concepts and Techniques》这本书看完。同时我也上网查了许多的相关资料,由于国内现在数据挖掘这项技术还未普及,所以大多数相关的网站还是在国外,比如这些比较权威:http://www.datawarehouse.com/ http://www.kdnuggets.com/ http://www.dmreview.com/ http://www.dwinfocenter.org/ , 之后才写完了这篇读书笔记。

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  • 数据挖掘概念和技术读书笔记

    千次阅读 2004-02-22 23:25:00
    1. 时代的挑战近十几年来,人们利用信息技术生产搜集数据的能力大幅度提高,千千万万个数据库被用于商业管理、政府办公、科学研究工程开发等等,这一势头仍将持续发展下去。于是,一个新的挑战被提了出来:在这被称...

    1. 时代的挑战

    近十几年来,人们利用信息技术生产和搜集数据的能力大幅度提高,千千万万个数据库被用于商业管理、政府办公、科学研究和工程开发等等,这一势头仍将持续发展下去。于是,一个新的挑战被提了出来:在这被称之为信息爆炸的时代,信息过量几乎成为人人需要面对的问题。如何才能不被信息的汪洋大海所淹没,从中及时发现有用的知识,提高信息利用率呢?要想使数据真正成为一个公司的资源,只有充分利用它为公司自身的业务决策和战略发展服务才行,否则大量的数据可能成为包袱,甚至成为垃圾。需要是发明之母,因此,面对"人们被数据淹没,人们却饥饿于知识"的挑战,数据挖掘和知识发现(DMKD)技术应运而生,并得以蓬勃发展,越来越显示出其强大的生命力。

    这里所说的知识发现,不是要求发现放之四海而皆准的真理,也不是要去发现崭新的自然科学定理和纯数学公式,更不是什么机器定理证明。实际上,所有发现的知识都是相对的,是有特定前提和约束条件,面向特定领域的,同时还要能够易于被用户理解。最好能用自然语言表达所发现的结果。

    2. 历史的必然

     

    从商业数据到商业信息的进化过程中,每一步前进都是建立在上一步的基础上的。见下表。表中我们可以看到,第四步进化是革命性的,因为从用户的角度来看,这一阶段的数据库技术已经可以快速地回答商业上的很多问题了。

     

    从下表中还可以清晰得看到,数据挖掘的应运而生是历史必然的选择,它符合人类社会的认识事物的客观发展规律,仅从这一点上来讲,刚刚开始处于流行中的数据挖掘的前景还是非常乐观的。

    进化阶段

    商业问题

    支持技术

    产品厂家

    产品特点

    数据搜集
    (60
    年代)

    过去五年中我的总收入是多少?

    计算机、磁带和磁盘

    IBM,CDC

    提供历史性的、静态的数据信息

    数据访问
    (80
    年代)

    在纽约的分部去年三月的销售额是多少?

    关系数据库(RDBMS),结构化查询语言(SQL),ODBC

    OracleSybaseInformixIBMMicrosoft

    在记录级提供历史性的、动态数据信息

    数据仓库;决策支持
    (90
    年代)

    在纽约的分部去年三月的销售额是多少?洛杉矶据此可得出什么结论?

    联机分析处理(OLAP)、多维数据库、数据仓库

    PilotComshareArborCognosMicrostrategy

    在各种层次上提供回溯的、动态的数据信息

    数据挖掘
    (正在流行)

    下个月洛杉矶的销售会怎么样?为什么?

    高级算法、多处理器计算机、海量数据库

    PilotLockheedIBMSGI、其他初创公司

    提供预测性的信息

     

    3. 数据挖掘的定义

    数据挖掘(Data Mining)就是从大量的、不完全的、有噪声的、模糊的、随机的数据中,提取隐含在其中的、人们事先不知道的、但又是潜在有用的信息和知识的过程。还有很多和这一术语相近似的术语,如从数据库中发现知识(KDD)、数据分析、数据融合(Data Fusion)以及决策支持等。人们把原始数据看作是形成知识的源泉,就像从矿石中采矿一样。原始数据可以是结构化的,如关系数据库中的数据,也可以是半结构化的,如文本、图形、图像数据,甚至是分布在网络上的异构型数据。发现知识的方法可以是数学的,也可以是非数学的;可以是演绎的,也可以是归纳的。发现了的知识可以被用于信息管理、查询优化、决策支持、过程控制等,还可以用于数据自身的维护。因此,数据挖掘是一门非常广义的交叉学科,它汇聚了不同领域的研究者,尤其是数据库、人工智能、数理统计、可视化、并行计算等方面的学者和工程技术人员。

    简而言之,数据挖掘其实是一类深层次的数据分析方法。数据分析本身已经有很多年的历史,只不过在过去数据收集和分析的目的是用于科学研究,另外,由于当时计算能力的限制,对大数据量进行分析的复杂数据分析方法受到很大限制。现在,由于各行业业务自动化的实现,商业领域产生了大量的业务数据,这些数据不再是为了分析的目的而收集的,而是由于商业运作而产生。分析这些数据也不再是单纯为了研究的需要,更主要是为商业决策提供真正有价值的信息,进而获得利润。但所有企业面临的一个共同问题是:企业数据量非常大,而其中真正有价值的信息却很少,因此从大量的数据中经过深层分析,获得有利于商业运作、提高竞争力的信息,就像从矿石中淘金一样,数据挖掘也因此而得名。

     

    4. 数据挖掘的知识分类

    4.1 概化知识(Generalization)

    概化知识指类别特征的概括性描述知识。根据数据的微观特性发现其表征的、带有普遍性的、较高层次概念的、中观和宏观的知识,反映同类事物共同性质,是对数据的概括、精炼和抽象。

    概化知识的发现方法和实现技术有很多,如数据立方体、面向属性的归约等。数据立方体还有其他一些别名,如“多维数据库”、“实现视图”、“OLAP"等。该方法的基本思想是实现某些常用的代价较高的聚集函数的计算,诸如计数、求和、平均、最大值等,并将这些实现视图储存在多维数据库中。既然很多聚集函数需经常重复计算,那么在多维数据立方体中存放预先计算好的结果将能保证快速响应,并可灵活地提供不同角度和不同抽象层次上的数据视图。另一种概化知识发现方法是加拿大SimonFraser大学提出的面向属性的归约方法。这种方法以类SQL语言表示数据挖掘查询,收集数据库中的相关数据集,然后在相关数据集上应用一系列数据推广技术进行数据推广,包括属性删除、概念树提升、属性阈值控制、计数及其他聚集函数传播等。

    4.2 关联知识(Association

    它反映一个事件和其他事件之间依赖或关联的知识。如果两项或多项属性之间存在关联,那么其中一项的属性值就可以依据其他属性值进行预测。最为著名的关联规则发现方法是R.Agrawal提出的Apriori算法。关联规则的发现可分为两步。第一步是迭代识别所有的频繁项目集,要求频繁项目集的支持率不低于用户设定的最低值;第二步是从频繁项目集中构造可信度不低于用户设定的最低值的规则。识别或发现所有频繁项目集是关联规则发现算法的核心,也是计算量最大的部分。

    4.3 分类和聚类知识(ClassificationClustering)

    它反映同类事物共同性质的特征型知识和不同事物之间的差异型特征知识。最为典型的分类方法是基于决策树的分类方法。它是从实例集中构造决策树,是一种有指导的学习方法。该方法先根据训练子集(又称为窗口)形成决策树。如果该树不能对所有对象给出正确的分类,那么选择一些例外加入到窗口中,重复该过程一直到形成正确的决策集。最终结果是一棵树,其叶结点是类名,中间结点是带有分枝的属性,该分枝对应该属性的某一可能值。最为典型的决策树学习系统是ID3,它采用自顶向下不回溯策略,能保证找到一个简单的树。算法C4.5C5.0都是ID3的扩展,它们将分类领域从类别属性扩展到数值型属性。

    数据分类还有统计、粗糙集(RoughSet)等方法。线性回归和线性辨别分析是典型的统计模型。为降低决策树生成代价,人们还提出了一种区间分类器。最近也有人研究使用神经网络方法在数据库中进行分类和规则提取,其中的代表就是向后传播分类。

    4.4预测型知识(Prediction

    它根据时间序列型数据,由历史的和当前的数据去推测未来的数据,也可以认为是以时间为关键属性的关联知识。

    目前,时间序列预测方法有经典的统计方法、神经网络和机器学习等。1968BoxJenkins提出了一套比较完善的时间序列建模理论和分析方法,这些经典的数学方法通过建立随机模型,如自回归模型、自回归滑动平均模型、求和自回归滑动平均模型和季节调整模型等,进行时间序列的预测。由于大量的时间序列是非平稳的,其特征参数和数据分布随着时间的推移而发生变化。因此,仅仅通过对某段历史数据的训练,建立单一的神经网络预测模型,还无法完成准确的预测任务。为此,人们提出了基于统计学和基于精确性的再训练方法,当发现现存预测模型不再适用于当前数据时,对模型重新训练,获得新的权重参数,建立新的模型。也有许多系统借助并行算法的计算优势进行时间序列预测。

    4.5偏差型知识(Deviation)

    ----此外,还可以发现其他类型的知识,如偏差型知识(Deviation),它是对差异和极端特例的描述,揭示事物偏离常规的异常现象,如标准类外的特例,数据聚类外的离群值等。

     

    所有这些知识都可以在不同的概念层次上被发现,并随着概念层次的提升,从微观到中观、到宏观,以满足不同用户不同层次决策的需要。

     

    5. 数据挖掘的常用技术

     

    5.1人工神经网络

     

    仿照生理神经网络结构的非线形预测模型,通过学习进行模式识别。粗略的说,神经网络是一组连接的神经单元,其中每个连接都与一个权相联。在学习阶段,通过调整神经网络的权,使得能够预测输入样本的正确类标号来学习。由于单元之间的连接,神经网络学习又称连接者学习。它的优点包括对噪声数据的高承受力,以及它对未经训练的数据分类模型的能力。

     

    5.2判定树

     

    什么是判定树?判定树(decision tree)是一个类似于流程图的树结构。它和算法与数据结构中的二叉判定树的概念很类似。其中每个内部节点表示在一个属性上的测试,每个分枝代表一个测试输出,而每个树叶节点代表类或类分布。树的最顶层界定就是根节点。

     

    5.3遗传算法

     

    基于进化理论,并采用遗传结合、遗传变异、以及自然选择等设计方法的优化技术。根据适者生存的原则,形成由当前群体中最合适的规则组成新的群体,以及这些规则的后代。典型情况下,规则的适合度(fitness)用它对训练样本集的分类准确率评估。后代通过使用诸如交叉和变异等遗传操作来创建。

     

    5.4最近邻算法

     

    将数据集合中每一个记录进行分类的方法。最临近分类是基于要求的或懒散的学习法,即它存放所有的训练样本,并且直到新的(未标记的)样本需要分类时才建立分类。它也可用于预测,即返回给定的位置样本的实数值预测。

     

    5.5Apriori算法

     

    它是一种最有影响的挖掘布尔关联规则频繁项集的算法。算法的名字基于这样的事实:算法使用频繁项集性质的先验知识。它用一种称作逐层搜索的迭代方法,k-项集用于探索(k+1)-项集。首先找出频繁1-项集的集合。然后利用前者找出2-项集的集合,如此迭代,直到不能找出频繁k-项集。最后由频繁项集产生关联规则。

     

    5.6频繁模式增长(FP-增长)

     

    和上面的方法相比,它是一种不产生候选的挖掘频繁项集的方法。它构造一个高度压缩的数据结构(FP-增长),压缩原来的事物数据库。它聚焦于频繁模式增长,避免了高代价的候选产生,获得更好的效率。

     

    采用上述技术的某些专门的分析工具已经发展了大约十年的历史,不过这些工具所面对的数据量通常较小。而现在这些技术已经被直接集成到许多大型的工业标准的数据仓库和联机分析系统中去了。

     

    1. 数据挖掘的功能

    数据挖掘通过预测未来趋势及行为,做出前摄的、基于知识的决策。数据挖掘的目标是从数据库中发现隐含的、有意义的知识,主要有以下五类功能。

    6.1自动预测趋势和行为

    数据挖掘自动在大型数据库中寻找预测性信息,以往需要进行大量手工分析的问题如今可以迅速直接由数据本身得出结论。一个典型的例子是市场预测问题,数据挖掘使用过去有关促销的数据来寻找未来投资中回报最大的用户,其它可预测的问题包括预报破产以及认定对指定事件最可能作出反应的群体。

    6.2关联分析

    数据关联是数据库中存在的一类重要的可被发现的知识。若两个或多个变量的取值之间存在某种规律性,就称为关联。关联可分为简单关联、时序关联、因果关联。关联分析的目的是找出数据库中隐藏的关联网。有时并不知道数据库中数据的关联函数,即使知道也是不确定的,因此关联分析生成的规则带有置信度和支持度。

    6.3相关性分析

     

    数据中许多属性可能与分类和预测任务不相关。例如:记录银行贷款申请是星期几提出的数据可能与申请的成功不相关。此外,其他的属性可能是冗余的。因此,可以进行相关性分析,删除学习过程中不相关的或冗余的属性。在机器学习中,这一过程称为特征选择。

     

    6.4聚类分析

    数据库中的记录可被化分为一系列有意义的子集,即聚类。聚类增强了人们对客观现实的认识,是概念描述和偏差分析的先决条件。聚类技术主要包括了划分方法,层次的方法,基于密度的方法和基于模型的方法。还有一些聚类算法继承了多种聚类方法的思想。

    6.5概念描述

    概念描述就是对某类对象的内涵进行描述,并概括这类对象的有关特征。概念描述分为特征性描述和区别性描述,前者描述某类对象的共同特征,后者描述不同类对象之间的区别。生成一个类的特征性描述只涉及该类对象中所有对象的共性,它将大的任务相关的数据集从较低的概念层抽象到较高的概念层。大的数据集有效的,灵活的概化方法可以分成两类:1:数据立方体(或OLAP)方法,和2:面向属性的归纳方法。生成区别性描述的方法很多,如判定树方法、遗传算法等。

    6.6偏差检测

    数据库中的数据常有一些异常记录,从数据库中检测这些偏差很有意义。偏差包括很多潜在的知识,如分类中的反常实例、不满足规则的特例、观测结果与模型预测值的偏差、量值随时间的变化等。偏差检测的基本方法是,寻找观测结果与参照值之间有意义的差别。

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