频繁模式及关联规则挖掘技术(by XCF)
数据挖掘中的频繁模式与关联分析
应用：购物篮分析、交叉营销、网络日志分析等
频繁模式与关联规则
TID
购物篮
10
啤酒, 坚果, 尿布
20
啤酒, 咖啡, 尿布
30
啤酒, 尿布, 鸡蛋
40
坚果, 鸡蛋, 牛奶
50
坚果, 咖啡, 尿布, 鸡蛋, 牛奶
两种都买 购买尿布的人 的人
购买啤酒的人
购物篮分析
• 项集（itemset）：一个或多个项的集合
• k-项集X={x1,…,xk}
• 项集绝对支持度（support_count）： 项集X的出现频度（即包含项集的事务 数）
• 项集相对支持度（support）：包含项 集X的事务所占比例（即一条事务中包 含项集X的概率）
• 设最小支持度minsup=50%，最小置信度 minconf=50%
• 频繁项集：啤酒:3,坚果:3,尿布:4,鸡蛋:3,{ 啤酒,尿布}：3
• 强关联规则：
• 啤酒→尿布(60%, 100%) • 尿布→啤酒(60%, 75%)
频繁模式与关联规则
关联规则X→Y:
confidence( X →Y ) P(Y | X ) support( X Y ) support _ count(X Y ) ,( X Y )
数据挖掘中的频繁模式与关联分析
演讲人：XXX
Contents
1
数据挖掘
2
频繁模式与关联规则
3
挖掘方法
数据挖掘
数据 科学
20世纪70年代
• 关系型数据库 • DBMS
2000年后
多层次数据挖掘中的关联规则挖掘技术研究
多层次数据挖掘中的关联规则挖掘技术研究多层次数据挖掘（multi-level data mining）是现代数据挖掘的一个重要研究方向，它旨在从复杂的多层次数据结构中发现有用的信息和隐藏的知识。
其中，关联规则挖掘技术（association rule mining）是多层次数据挖掘中的一种重要方法，用于发现数据集中元素之间的相关性和关联关系。
在这篇文章中，我们将探讨关联规则挖掘技术在多层次数据挖掘中的研究现状和应用。
关联规则挖掘技术主要用于寻找数据集中的频繁模式和关联规则。
频繁模式指的是在数据集中经常同时出现的一组项集，而关联规则则是描述这些项集之间的关联关系。
例如，一个关联规则“{牛奶}→{面包}”表示购买了牛奶的人也很可能购买面包。
关联规则挖掘技术可以通过分析大规模数据集来发现这些频繁模式和关联规则，从而帮助企业制定营销策略、推荐系统等。
然而，传统的关联规则挖掘技术存在一些限制，特别是在多层次数据中。
多层次数据结构包含了多个层次或多个维度的信息，具有更复杂的关联关系和更高的维度。
传统的关联规则挖掘技术不能有效地处理这种多层次数据，并且可能会导致挖掘结果的冗余和不准确性。
为了解决这些问题，研究人员提出了许多新的关联规则挖掘技术。
一种常见的方法是使用多层次的数据结构来表示多层次数据，如图结构、层次树等。
然后，利用这些多层次的数据结构来发现频繁模式和关联规则。
例如，层次树结构可以通过分层逐层的方式来挖掘频繁项集和关联规则。
这种方法不仅减少了计算复杂度，还可以发现更准确和有意义的关联规则。
另一种方法是引入领域知识和上下文信息来提高关联规则挖掘的效果。
多层次数据中的各个层次往往是相关的，因此，通过利用这些相关性和上下文信息可以提高关联规则挖掘的准确性和可解释性。
例如，在电子商务中，购买过程中的时间、地理位置、用户信息等都可以作为上下文信息来辅助关联规则挖掘。
此外，多层次数据中的关联规则挖掘还涉及到聚类、分类、预测等技术的应用。
频繁模式及关联规则挖掘技术
{A} {B}
2 3
L1
{C}
3
{D}
1
{E}
3
Itemset sup
{A}
2
{B}
3
{C}
3
{E}
3
40
B, E
L2 Itemset sup
{A, C} 2 {B, C} 2 {B, E} 3 {C, E} 2
C2 Itemset sup
{A, B} 1 {A, C} 2 {A, E} 1 {B, C} 2 {B, E} 3 {C, E} 2
基本思想分而治之用fptree递归增长频繁集方法对每个项生成它的条件模式库然后是它的条件fptree对每个新生成的条件fptree重复这个步骤直到结果fptree为空或只含唯一的一个路径此路径的每个子路径对应的项集都是频繁集fptree其临床表现为持续性进行性的多个智能功能域障碍的临床综合征包括记忆语言视空间能力应用辨认执行功能及计算力等认知功能的损害
关联规则的性质：
性质1：频繁项集的子集必为频繁项集。 性质2：非频繁项集的超集一定是非频繁的。 Apriori算法运用性质1，通过已知的频繁项集构成
长度更大的项集，并将其称为潜在频繁项集。潜在 频繁k项集的集合Ck 是指由有可能成为频繁k项集的 项集组成的集合。以后只需计算潜在频繁项集的支 持度，而不必计算所有不同项集的支持度，因此在 一定程度上减少了计算量。
PARTITION，FPGrowth。
挖掘频繁集 不用生成候选集
用Frequent-Pattern tree (FP-tree) 结构压缩数据库, 高度浓缩，同时对频繁集的挖掘又完备的 避免代价较高的数据库扫描
开发一种高效的基于FP-tree的频繁集挖掘算法 采用分而治之的方法学：分解数据挖掘任务为 小任务 避免生成关联规则: 只使用部分数据库!
关联规则挖掘
关联规则挖掘关联规则挖掘是数据挖掘的一种重要技术，它旨在发现数据集中项集之间的关联关系。
在现实生活中，我们经常会发现一些商品或事物之间存在一定的关联关系，比如购买了苹果的人可能也会购买橙子，研究了这种关联关系可以帮助我们了解深层次的市场需求，从而得以制定相应的推荐策略或市场营销策略。
关联规则通常以X->Y的形式表示，其中X和Y都是项集。
关联规则的强度由两个度量来衡量，一个是支持度（Support），即包含X和Y的交易数与总交易数之比，另一个是置信度（Confidence），即包含X和Y的交易数与包含X的交易数之比。
支持度可以用来衡量X和Y的相关程度，而置信度用来度量一个规则的可靠性。
关联规则挖掘的方法通常分为两个步骤：第一步是生成候选项集，第二步是计算关联规则。
在生成候选项集时，常用的方法有Apriori算法和FP-Growth算法。
Apriori算法基于自底向上的逐层策略，用于发现一些项集X的支持度，从而生成更大的项集。
FP-Growth算法则是一种基于前缀树（频繁模式树）的方法，通过压缩数据集并以此构建频繁模式树，快速发现频繁项集。
计算关联规则时，需要根据生成的频繁项集，计算每个频繁项集的关联规则的支持度和置信度，一般会设定一个最小支持度和最小置信度的阈值，只保留满足条件的关联规则。
可以通过计算置信度来衡量规则的可靠性，同时可以通过设置不同的阈值来筛选不同强度的关联规则。
关联规则挖掘在很多领域中都有广泛的应用。
在市场营销中，可以通过分析用户的购物记录来挖掘用户的购买行为，从而制定相应的促销策略；在电子商务中，可以通过挖掘用户对商品的购买行为，提供个性化的商品推荐服务；在医疗领域中，可以通过关联规则挖掘来发现疾病之间的关联关系，从而提高疾病的诊断和治疗效果。
关联规则挖掘虽然在实际应用中起到了很大的作用，但也存在一些问题和挑战。
首先，随着数据量的增加，候选项集的数量将呈指数级增加，这会导致算法的效率大大降低；其次，关联规则挖掘需要考虑的因素很多，如支持度、置信度、阈值等，这些参数选取的不合理将导致挖掘结果的偏差；最后，关联规则挖掘会产生大量的规则，如何从中筛选出有价值的规则也是一个问题。
数据挖掘挖掘频繁模式关联和相关性演示文稿ppt文档
TID 2000 1000 4000 5000
购买的item A,B,C A,C A,D B,E,F
关联规则挖掘过程
大型数据库中的关联规则挖掘包含两个过程
➢ 找出所有频繁项集 ✓ 大部分的计算都集中在这一步
➢ 由频繁项集产生强关联规则 ✓ 即满足最小支持度和最小置信度的规则
关联规则挖掘分类
根据规则中所处理的值类型
数据挖掘挖掘频繁模式关联和相关性演示文稿
第二章 挖掘频繁模式、关联 和相关性
1 基本概念
2 频繁项集挖掘方法
3 模式评估方法
• 基本概念
购物篮分析： “尿布与啤酒”
采用关联模型比较典型的案例是“尿布与啤酒”的故事。在美国，一些年轻的父亲下班 后经常要到超市去买婴儿尿布，超市也因此发现了一个规律，在购买婴儿尿布的年轻父 亲们中，有30%～40%的人同时要买一些啤酒。超市随后调整了货架的摆放，把尿布和 啤酒放在一起，明显增加了销售额。同样的，我们还可以根据关联规则在商品销售方面 做各种促销活动。
TID 2000 1000 4000 5000
购买的item A,B,C A,C A,D B,E,F
规则度量：支持度和置信度
对所有满足最小支持度和置信度的关联规则
➢ 支持度s是指事务集D中包含 AB的百分比 su p( p o A r B ) tP (A B ) ➢ 置信度c是指D中包含A的事务同时也包含B的百分比
➢ 则关联规则是如下蕴涵式： AB[s,c] ✓ 其中 AI,BI并且 AB，规则 AB 在事务集D中成立，并且具 有支持度s和置信度c
关联规则基本概念——示例
项的集合 I={A,B,C,D,E,F}
每个事务T由事务标识符TID标识，它是项的集合
可视化数据挖掘中的关联规则和频繁项集
可视化数据挖掘中的关联规则和频繁项集可视化数据挖掘是一种将数据挖掘的结果以可视化的方式展示出来的方法。
它通过将数据转化为图形、图表、地图等形式，帮助人们更直观地理解和分析数据。
在可视化数据挖掘中，关联规则和频繁项集是两个重要的概念。
关联规则用于发现数据中的关联关系，而频繁项集则用于发现经常同时出现在一起的项。
本文将深入研究可视化数据挖掘中的关联规则和频繁项集，并探讨它们在实际应用中的意义和方法。
一、关联规则1.1 关联规则概述在可视化数据挖掘中，关联规则是一种描述两个或多个项之间相关性强弱程度的方法。
它可以帮助人们发现事物之间隐藏的联系，并通过这些联系做出预测或者推断。
1.2 关联规则挖掘算法为了发现大量数据中隐藏的关联性，需要使用一种高效且准确率较高的算法来进行关联规则挖掘。
常见的算法有Apriori算法、FP-Growth算法等。
1.3 可视化展示通过将得到的关联规则以图表或者其他形式展示出来，可以更加直观地理解和分析数据之间的关联关系。
例如，可以使用散点图、矩阵图等方式来展示关联规则的分布情况。
1.4 实际应用关联规则在市场营销、医疗诊断、网络安全等领域都有广泛的应用。
例如，在市场营销中，可以通过发现购买某种产品的人群中还会购买其他产品的规律，来进行精准推荐。
二、频繁项集2.1 频繁项集概述频繁项集是指在数据集中经常同时出现的一组项。
通过发现频繁项集，可以了解到哪些项经常一起出现，从而为后续分析和决策提供依据。
2.2 频繁项集挖掘算法为了发现数据中频繁项集，常用的算法有Apriori算法和FP-Growth算法。
这些算法在挖掘大规模数据时具有较高的效率和准确率。
2.3 可视化展示通过将得到的频繁项集以图表或者其他形式展示出来，可以更加直观地理解数据之间经常同时出现的情况。
例如，在市场篮子分析中，可以使用词云图等方式展示经常一起购买的商品。
2.4 实际应用频繁项集在推荐系统、市场分析、网络安全等领域都有广泛的应用。
频繁模式及关联规则挖掘技术
频繁模式挖掘的重要性
• 许多重要数据挖掘任务的基础
– 关联、相关性、因果性 – 序列模式、空间模式、时间模式、多维 – 关联分类、聚类分析
• 更加广泛的用处
– 购物篮分析、交叉销售、直销 – 点击流分析、DNA序列分析等等
II. 关联规则基本模型
• 关联规则基本模型 • Apriori算法 • Fp-Tree算法
• 设I={i1, i2,…, im}为所有项目的集合，D为事务数 据库，事务T是一个项目子集（T I）。每一个事 务具有唯一的事务标识TID。设A是一个由项目构 成的集合，称为项集。事务T包含项集A，当且仅 当A T。如果项集A中包含k个项目，则称其为k 项集。项集A在事务数据库D中出现的次数占D中
Custom er buys both
Custom er buys beer
min_conf =
Customer buys diaper
Transaction-id 10
Items bought A, B, C
Min. support 50% Min. confidence 50%
20
A, C
30
• 挖掘或识别出所有频繁项集是该算法的核心，占整 个计算量的大部分。
频繁项集
• 为了避免计算所有项集的支持度（实际上频繁项集只占很
少一部分），Apriori算法引入潜在频繁项集的概念。若潜
在频繁k项集的集合记为Ck ，频繁k项集的集合记为Lk ，m
个项目构成的k项集的集合为 ，则三者之间满足关系Lk
II. Apriori算法的步骤
• Apriori算法命名源于算法使用了频繁项集性质的先 验（Prior）知识。
• Apriori算法将发现关联规则的过程分为两个步骤：
频繁项集和关联规则的计算
频繁项集和关联规则的计算
频繁项集和关联规则是数据挖掘中常用的技术之一，用于发现数据集中的相关模式。
下面是频繁项集和关联规则的计算步骤：
1. 频繁项集的计算：
- 首先，对数据集中的所有项进行扫描，并计算每个项的支
持度（出现的频率）。
- 根据设定的最小支持度阈值，筛选出支持度大于阈值的项，这些项称为频繁项。
- 将频繁项按照长度进行组合，生成长度为2的候选项集。
- 对候选项集进行扫描，并计算每个候选项集的支持度。
- 删除支持度小于阈值的候选项集，保留支持度大于等于阈
值的候选项集作为频繁项集。
- 重复以上步骤，依次生成长度为3、4、...的候选项集，直
到不能再生成新的候选项集为止。
2. 关联规则的计算：
- 从频繁项集中，选择包含至少两个项的项集。
- 对于每个频繁项集，生成所有可能的子集。
- 对于每个子集，计算其置信度（在该子集出现的情况下，
包含该子集的父项集出现的概率）。
- 根据设定的最小置信度阈值，筛选出置信度大于阈值的子
集作为关联规则。
- 输出关联规则，包括关联规则的前件和后件以及置信度。
通过频繁项集和关联规则的计算，可以找出数据集中常出现的项集和项集之间的关联规则，从而为决策制定提供支持。
数据挖掘中的关联规则与频繁项集
数据挖掘中的关联规则与频繁项集数据挖掘是一种从数据中自动发现并提取出有用信息的过程。
在数据挖掘的实践中，关联规则和频繁项集是常用的技术手段，在挖掘数据中隐藏的关联性方面发挥着重要作用。
本文将介绍关联规则和频繁项集的概念、算法以及在实际应用中的案例。
一、关联规则的概念和算法关联规则是指在数据集中不同项之间的关系或联系。
它用条件语句表示，包含一个前件和一个后件，前件和后件之间通过“→”符号连接。
关联规则的重要性在于可以帮助我们发现数据中的隐藏模式和趋势，从而指导商业决策或其他应用。
关联规则的发现主要依靠关联规则挖掘算法，其中最经典的算法是Apriori算法。
Apriori算法的基本思想是通过迭代依次增加项集的长度来挖掘频繁项集和关联规则。
该算法的核心步骤包括候选项集生成、支持度计数和关联规则生成。
候选项集生成是指根据频繁( k-1 )项集生成候选k项集的过程。
支持度计数是指统计每个候选项集在数据集中出现的频率，以判断其是否为频繁项集。
关联规则生成则是通过计算支持度和置信度来选择满足预设阈值的关联规则。
二、频繁项集的概念和算法频繁项集是指在数据集中经常同时出现的一组项的集合。
频繁项集的挖掘是数据挖掘中的一个重要任务，它可以帮助我们了解数据集的特点、发现隐藏的关联性以及预测未来的趋势。
频繁项集的挖掘算法除了Apriori算法外，还有FP-growth算法。
FP-growth算法是一种基于前缀树结构的高效挖掘频繁项集的算法。
它通过构建频繁模式树来减少候选项集的生成和计数过程，从而提高了算法的效率。
FP-growth算法的主要步骤包括构建频繁项集树、挖掘频繁项集和生成关联规则。
其中，构建频繁项集树是通过统计每个项在数据集中的频率，并根据最小支持度对项进行排序。
挖掘频繁项集则是从频繁项集树的根节点开始，递归地向下遍历树的每一条路径，寻找满足最小支持度的频繁项集。
关联规则的生成类似于Apriori算法。
三、关联规则与频繁项集的应用案例关联规则和频繁项集的应用非常广泛，以下是几个典型的案例：1. 超市销售分析：超市可以通过分析顾客购买商品的关联规则，以优化商品摆放位置和促销策略，从而提高销售额和顾客满意度。
挖掘频繁模式关联和相关
5.1基本概念: 频繁模式与关联规则
Transaction-id Items bought
10
20 30 40 50
Customer buys both
A, B, D
A, C, D A, D, E B, E, F B, C, D, E, F
Customer buys diaper
项集 X = {x1, …, xk} 每个事务T是项的集合 关联规则是形如 X Y 的蕴 涵式，满足最小支持度和置 信度 支持度 s, 事务中同时包含 项X Y的概率 置信度 c, 事务包含项 X 时 也包含项Y 的条件概率
L1 = {frequent items}; for (k = 1; Lk !=; k++) do begin Ck+1 = candidates generated from Lk; for each transaction t in database do
increment the count of all candidates in Ck+1 that are contained in t Lk+1 = candidates in Ck+1 with min_support end return k Lk;
{1 3} {2 3} {2 5} {3 5} 2 2 3 2
{1 {1 {1 {2 {2 {3 2} 3} 5} 3} 5} 5} 1 2 1 2 3 2
C2 itemset {1 2} Scan D
{1 {1 {2 {2 {3 3} 5} 3} 5} 5}
C3 itemset {2 3 5}
Scan D
多次扫描数据库代价高:
数据挖掘 频繁模式 关联规则
数据挖掘频繁模式关联规则
1. 什么是数据挖掘
数据挖掘是指从大量数据中提取出关于企业、市场、客户、社会
等方面的有用信息并进行分析的过程。
此过程通常包括数据清洗、特
征选择、数据转换、数据挖掘以及模型评估等环节。
2. 频繁模式
频繁模式是指在数据集合中出现频率较高的一组数据。
通过频繁
模式的挖掘，我们可以看出哪些数据之间有着紧密的关联，为分析提
供了有力支持。
3. 关联规则
关联规则是在频繁项集的基础上，选择两个或更多项目之间的关
联关系。
反应的是不同商品间的关系，在规则的形式化中，使用的是“如果 A 那么B”的表达方式，其中 A 和 B 均为商品或事物。
4. 频繁模式和关联规则在商业上的应用
频繁模式和关联规则的应用十分的广泛。
其中，商业领域是十分
重要的一个方面，如超市销售数据的挖掘、网站行为数据的分析等等。
在销售数据挖掘中，超市可以通过对不同商品的销售进行挖掘，发现
不同商品之间的关联度，有助于促进不同商品之间的协同销售，从而
增加销售收益。
5. 频繁模式和关联规则在社会领域的应用
在社会领域，频繁模式和关联规则也具有很高的应用价值。
比如，通过舆情分析和数据挖掘，可以挖掘出不同的舆情数据，从而及时掌
握人民群众的意见和想法。
总之，频繁模式和关联规则的应用可以更好地发掘数据的信息价值，对于实现精细化管理和预测分析等方面都将有着重要的作用。
大数据分析中的关联规则挖掘技术
大数据分析中的关联规则挖掘技术一、概述随着互联网的普及与发展，人们对大数据的需求越来越高。
大数据分析技术的出现使得数据的价值得到充分的发挥，而其中的关联规则挖掘技术又是其中一个非常重要的环节。
关联规则挖掘技术是指通过数据挖掘算法从大量的数据中发现不同数据之间的联系和规律，从而为决策提供科学依据。
本文将从什么是关联规则挖掘技术、关联规则挖掘技术的原理、关联规则挖掘技术的应用等几个方面进行探讨。
二、什么是关联规则挖掘技术？关联规则挖掘技术指的是从一组数据中发现两种或多种数据之间的某种关系，或称为多维度的协同分析。
这种技术可以帮助我们识别出不同数据之间的联系，以及更深入地理解这些联系的性质和特征。
在数据挖掘中，关联规则挖掘技术一般用于计算频繁项集，即数据中频繁出现的数据项组合。
三、关联规则挖掘技术的原理在关联规则挖掘技术中，我们主要关注的是两个概念：支持度和置信度。
支持度指的是一个数据集中某一个数据项组合出现的频率。
置信度则表示，如果数据集中包含某个数据项组合，那么另外一个数据项组合也有可能出现的频率。
在进行关联规则挖掘时，我们需要先计算所有数据项组合的支持度和置信度。
然后将这些数据项组合按照支持度和置信度进行排名，找到满足一定条件的数据项组合。
这些条件是根据不同问题和数据集的特征设定的，例如最小支持度、最小置信度等。
四、关联规则挖掘技术的应用1. 营销活动在市场营销中，关联规则挖掘技术可以帮助企业识别出顾客之间的消费行为相似性，从而提高针对性和效果，增加销售额。
例如，一家超市可以通过关联规则挖掘技术分析购买数据，识别出哪些商品经常被一起购买，然后将这些商品放置在一起，带来更好的购物体验和销售额。
2. 医学研究在医学领域，关联规则挖掘技术可以帮助医生识别出不同疾病之间的联系和共同特征，从而加深对疾病的理解和预测。
例如，科学家可以通过关联规则挖掘技术分析病人的基因数据，找出多个基因之间的联系，从而理解疾病的发生和发展过程，并提出更好的治疗方案。
云计算中频繁项集挖掘与关联规则挖掘研究
云计算中频繁项集挖掘与关联规则挖掘研究随着云计算的广泛应用，越来越多的数据被存储在云服务器上。
为了更好地管理和利用这些海量数据，频繁项集挖掘和关联规则挖掘成为了云计算领域中的研究热点。
本文将对云计算中频繁项集挖掘与关联规则挖掘进行详细分析和研究。
一、云计算中的频繁项集挖掘频繁项集挖掘是从大规模数据集中发现频繁出现的集合的过程。
在云计算环境下，频繁项集挖掘具有以下挑战和问题：1. 数据规模大：云计算环境中的数据集往往非常庞大，包含着海量的数据。
传统的频繁项集挖掘算法无法高效地处理大数据集。
2. 数据分布式存储：云计算环境中，数据存储在不同的服务器上，需要设计分布式算法来处理数据的并行计算和通信。
3. 隐私保护：云服务器存储了大量的用户数据，用户希望在频繁项集挖掘的过程中保护其数据的隐私。
研究者们提出了一系列针对云计算环境的频繁项集挖掘算法，以应对上述挑战。
这些算法通常采用分布式计算模型，通过将数据划分到不同的服务器上并行计算来加快挖掘速度。
此外，为了保护数据隐私，差分隐私等隐私保护技术也被引入到频繁项集挖掘中，确保用户的数据不会被泄露。
二、云计算中的关联规则挖掘关联规则挖掘是从数据集中发现项集之间的关联关系的过程。
在云计算环境下，关联规则挖掘也面临一些独特的挑战和问题：1. 多维数据关联：云计算环境中的数据往往是多维的，传统的关联规则挖掘算法无法有效处理多维数据。
2. 数据存储分布式：同频繁项集挖掘一样，云计算中的数据存储在不同服务器上，需要设计分布式算法来实现并行计算和通信。
3. 数据更新频繁：云计算环境中的数据是动态变化的，需要实时进行关联规则挖掘和更新。
针对上述挑战，研究者们提出了一些云计算环境下的关联规则挖掘算法。
这些算法通常采用多维关联规则挖掘算法，可以同时挖掘多个维度之间的关联关系。
同时，分布式计算和通信技术也被应用于关联规则挖掘中，使得算法能够高效地处理分布式存储的数据。
三、云计算中频繁项集挖掘与关联规则挖掘的应用云计算中频繁项集挖掘与关联规则挖掘算法可以应用于多个领域，以下是一些应用案例：1. 电子商务：通过挖掘用户的购买记录和浏览记录，可以发现用户的购买偏好和商品间的关联关系，从而实现个性化推荐。
数据挖掘 频繁模式 关联规则
数据挖掘频繁模式关联规则
数据挖掘是一种从大量数据中提取有用信息的技术。
频繁模式和关联规则是数据挖掘中的两个重要概念，它们可以帮助我们发现数据中的隐藏规律和关系。
频繁模式是指在数据集中经常出现的模式或项集。
例如，在一份销售记录中，经常一起购买的商品组合就是一个频繁模式。
频繁模式挖掘可以帮助我们了解消费者的购买习惯，优化商品搭配和促销策略等。
关联规则是指在数据集中不同项之间的关系。
例如，在一份购物清单中，如果经常购买牛奶的人也经常购买面包，那么就可以得出一个关联规则：“牛奶→面包”。
关联规则挖掘可以帮助我们发现商品之间的关联性，从而提高销售额和客户满意度。
频繁模式和关联规则的挖掘过程通常包括以下几个步骤：
1. 数据预处理：对数据进行清洗、去重、转换等操作，以便于后续分析。
2. 频繁项集挖掘：通过扫描数据集，找出经常出现的项集，即频繁项集。
3. 关联规则生成：根据频繁项集，生成满足最小支持度和最小置信度要求的关联规则。
4. 关联规则评估：对生成的关联规则进行评估，选择最有价值的规则。
频繁模式和关联规则的挖掘可以应用于各种领域，如市场营销、医疗健康、社交网络等。
例如，在医疗健康领域，可以通过挖掘患者的病历数据，发现不同疾病之间的关联规则，从而提高诊断准确率和治疗效果。
频繁模式和关联规则是数据挖掘中的重要概念，它们可以帮助我们发现数据中的隐藏规律和关系，从而提高决策的准确性和效率。
数据挖掘中的关联规则与频繁项集挖掘算法
数据挖掘中的关联规则与频繁项集挖掘算法在当今信息爆炸的时代，随着数据规模的不断增加，数据挖掘技术越来越受到重视。
数据挖掘是一种从大量数据中提取隐含的、以前未知的、潜在有用的信息的过程。
数据挖掘技术可以帮助企业和机构更好地理解其数据，发现其中的规律和模式，并据此做出合理的决策。
在数据挖掘中，关联规则与频繁项集挖掘算法是两个重要的技术，本文将对它们进行详细介绍。
一、关联规则关联规则是数据挖掘中常用的一种技术，用于发现数据中的关联关系。
关联规则通常用来描述数据之间的相关性，并找出一些隐藏的规律和关系。
它可以被应用于很多领域，例如市场营销、医疗诊断、天气预测等。
一个典型的关联规则可以表示为“A→B”，意思是当事件A发生时，事件B也会发生。
其中A和B可以是单个项或者项集。
1.找出频繁项集在关联规则挖掘中，首先需要找出频繁项集。
频繁项集是指经常出现在一起的一组项的集合。
找出频繁项集有多种算法，其中最著名的是Apriori算法和FP-growth算法。
Apriori算法是一种基于候选集生成的方法，它通过不断迭代的方式来找出频繁项集。
而FP-growth 算法则是一种基于数据压缩的方法，它通过构建FP树来高效地发现频繁项集。
2.计算关联规则在找出频繁项集之后，接下来需要计算关联规则。
计算关联规则的方法通常有两种，一种是基于支持度和置信度的方法，另一种是基于卡方检验的方法。
支持度是指一个项集在数据集中出现的频率，而置信度是指如果项集A出现，则项集B也出现的概率。
通过对支持度和置信度的限定，可以筛选出符合要求的关联规则。
3.应用关联规则找出关联规则之后，可以将其应用于实际业务中。
例如在市场营销中，可以根据关联规则来设计促销活动；在医疗诊断中，可以根据关联规则来发现疾病的潜在因素。
因此，关联规则在实际应用中具有广泛的价值。
二、频繁项集挖掘算法频繁项集挖掘算法是数据挖掘中的一种重要技术，它用来找出在数据集中频繁出现的项集。
数据挖掘中的关联规则挖掘技术
数据挖掘中的关联规则挖掘技术数据挖掘是现代信息技术领域中非常重要的一种技术，它通过对大规模数据的分析、处理、挖掘和建模等过程，发现有价值的知识和信息，提供决策支持和业务优化等功能，对企业的发展和决策起到了至关重要的作用。
其中，关联规则挖掘技术是数据挖掘领域中非常常见和重要的技术之一，它可以通过构建数据集中的项集和频繁项集之间的关系模型，发现数据集中隐藏的规律和关联性，为企业优化和决策提供有力支持。
在本文中，我们将对关联规则挖掘技术进行介绍和探讨，旨在为读者深入了解该技术提供一定的参考和指导。
一、关联规则挖掘技术的基本概念关联规则挖掘技术是数据挖掘领域中一种常见的算法，主要用于在大规模数据集中发现项集之间的关联关系。
关联规则是指两个或以上相关的项之间的逻辑关系，通常用“IF-THEN”语句的形式来表示。
例如，一个关联规则可能表示为：“如果用户购买了牛奶和鸡蛋，那么他们有51%的概率会购买面包。
”可以看出，关联规则挖掘技术主要是通过计算不同项集之间的支持度和置信度等指标来发现数据中的潜在关联关系。
在关联规则挖掘中，常用的几个基本概念包括：1、频繁项集：指在数据集中出现频率较高的项的集合，可以通过自底向上逐层扫描数据集，发现每个阶段出现频率高于最小支持度阈值的所有项的集合来获取。
2、支持度：指数据集中出现某个项集的比例，它可以用来衡量一个项集在数据集中的频繁程度。
支持度越高，说明项集越常出现。
3、置信度：指一个关联规则成立的概率，它可以用来判断规则是否具有实际的关联性。
置信度越高，说明规则越有可能成立。
4、提升度：指一个规则中后件项的出现是否依赖于前件项的出现，它可以用来衡量规则的强度和关联度。
二、关联规则挖掘技术的算法流程关联规则挖掘技术主要有两种算法：Apriori算法和FP-Growth算法。
1、Apriori算法Apriori算法是经典的关联规则挖掘算法之一，主要是可以通过集合的包含关系来枚举所有可能的频繁项集。
频繁模式挖掘与关联规则挖掘共68页文档
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳掘与关联规则挖掘
1、战鼓一响，法律无声。——英国 2、任何法律的根本；不，不成文法本 身就是 讲道理 ……法 律，也 ----即 明示道 理。— —爱·科 克
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正，其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等，但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克
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用FP-tree递归增长频繁集
方法
对每个项，生成它的 条件模式库, 然后是它的 条件 FP-tree 对每个新生成的条件FP-tree，重复这个步骤 直到结果FP-tree为空, 或只含唯一的一个路径
(此路径的每个子路径对应的项集都是频繁集)
挖掘 FP-tree的主要步骤 的主要步骤
sup 2 3 3 1 3 sup 1 2 1 2 3 2
L1
Itemset {A} {B} {C} {E}
sup 2 3 3 3
C2
sup 2 2 3 2
L2
C2 2nd scan
Itemset {A, B} {A, C} {A, E} {B, C} {B, E} {C, E}
C3
Itemset {B, C, E}
从FP-tree的头表开始 按照每个频繁项的连接遍历 FP-tree 列出能够到达此项的所有前缀路径，得到条件 模式库
头表 Item frequency head f 4 c 4 a 3 b 3 m 3 p 3 f:4 c:3 a:3 m:2 p:2 b:1 m:1 b:1 {} c:1 b:1 p:1
建立 FP-tree树 树
TID 100 200 300 400 500 步骤: 1. 扫描数据库一次，得到频繁 1-项集 2. 把项按支持度递减排序 3. 再一次扫描数据库，建立FPtree Items bought (ordered) frequent items {f, a, c, d, g, i, m, p} {f, c, a, m, p} {a, b, c, f, l, m, o} {f, c, a, b, m} {b, f, h, j, o} {f, b} {b, c, k, s, p} {c, b, p} {a, f, c, e, l, p, m, n} {f, c, a, m, p} 头表 Item frequency head f 4 c 4 a 3 b 3 m 3 p 3 f:4 c:3 a:3 m:2 p:2 b:1 m:1 b:1
给定一组事务 产生所有的关联规则 满足最小支持度和最小可信度
关联规则基本模型（续）
设I={i1, i2,…, im}为所有项目的集合，D为事务数 据库，事务T是一个项目子集（T⊆I）。每一个事 务具有唯一的事务标识TID。设A是一个由项目构 成的集合，称为项集。事务T包含项集A，当且仅 当A⊆T。如果项集A中包含k个项目，则称其为k项 集。项集A在事务数据库D中出现的次数占D中总 事务的百分比叫做项集的支持度。如果项集的支 持度超过用户给定的最小支持度阈值，就称该项 集是频繁项集（或大项集）。
浙江大学本科生《数据挖掘导论》课件
第3课 频繁模式及关 联规则挖掘技术
徐从富，副教授 浙江大学人工智能研究所
内容提纲
关联规则挖掘简介 关联规则基本模型 关联规则价值衡量与发展 参考文献
I.
关联规则简介
关联规则反映一个事物与其他事物之间的相互依 存性和关联性。如果两个或者多个事物之间存在 一定的关联关系，那么，其中一个事物就能够通 过其他事物预测到。 典型的关联规则发现问题是对超市中的货篮数据 （Market Basket）进行分析。通过发现顾客放入 货篮中的不同商品之间的关系来分析顾客的购买 习惯。
最小支持度 = 0.5
{} c:1 b:1 p:1
FP-tree 结构的好处
完备:
不会打破交易中的任何模式 包含了频繁模式挖掘所需的全部信息
紧密
去除不相关信息—不包含非频繁项 支持度降序排列: 支持度高的项在FP-tree中 共享的机会也高 决不会比原数据库大（如果不计算树节点的 额外开销)
用FP-tree挖掘频繁集 挖掘频繁集
条件模式库
item c a b m p cond. pattern base f:3 fc:3 fca:1, f:1, c:1 fca:2, fcab:1 fcam:2, cb:1
FP-tree支持条件模式库构造的属性 支持条件模式库构造的属性
Node-link property For any frequent item ai, all the possible patterns containing only frequent items and ai can be obtained by following ai’s node-links, starting from ai’s head in the fp-tree header. Prefix path property To calculate the frequent patterns with suffix ai, only the prefix subpathes of nodes labeled ai in the FP-tree need to be accumulated, and the frequency count of every node in the prefix path should carry the same count as that in the corresponding node ai in the path.
规则度量：支持度与可信度
二者都买 的客户 买尿布的客 户
查找所有的规则 X & Y ⇒ Z 具有最小支持度和可信度
支持度, s, 一次交易中包含 {X 、 Y 、 Z}的可能性 可信度, c, 包含{X 、 Y}的交 易中也包含Z的条件概率
买啤酒的客户
交易ID 2000 1000 4000 5000
关联规则挖掘算法
Agrawal等人提出的AIS，Apriori和AprioriTid Cumulate和Stratify，Houstsma等人提出的SETM Park等人提出的DHP Savasere等人的PARTITION Han等人提出的不生成候选集直接生成频繁模式 FPGrowth 其中最有效和有影响的算法为Apriori，DHP和 PARTITION，FPGrowth。
关联规则基本模型（续）
关联规则是形如X⇒Y的逻辑蕴含式，其中X⊂I， Y⊂I，且X∩Y=∅。如果事务数据库D中有s%的事 务包含X∪Y，则称关联规则X⇒Y的支持度为s%， 实际上，支持度是一个概率值。若项集X的支持度 记为support (X)，规则的信任度为support (X∪Y)／ support (X)。这是一个条件概率P (Y | X)。 也就是： support (X⇒Y)=P (X ∪Y) confidence (X⇒Y)=P (Y | X)
挖掘频繁集 不用生成候选集
用Frequent-Pattern tree (FP-tree) 结构压缩数据库, 高度浓缩，同时对频繁集的挖掘又完备的 避免代价较高的数据库扫描 开发一种高效的基于FP-tree的频繁集挖掘算法 采用分而治之的方法学：分解数据挖掘任务为 小任务 避免生成关联规则: 只使用部分数据库!
购买的商品 A,B,C A,C A,D B,E,F
设最小支持度为50%, 最小可 信度为 50%, 则可得到
A ⇒ C (50%, 66.6%) C ⇒ A (50%, 100%)
关联规则基本模型（续）
关联规则就是支持度和信任度分别满足用 户给定阈值的规则。 发现关联规则需要经历如下两个步骤：
找出所有频繁项集。 由频繁项集生成满足最小信任度阈值的规则。
3rd scan
L3
Itemset {B, C, E}
sup 2
Visualization of Association Rules: Pane Graph
Visualization of Association Rules: Rule Graph
提高Apriori算法的方法
Hash-based itemset counting（散列项集计数） Transaction reduction（事务压缩） Partitioning（划分） Sampling（采样）
关联规则的性质：
性质1：频繁项集的子集必为频繁项集。 性质2：非频繁项集的超集一定是非频繁的。 Apriori算法运用性质1，通过已知的频繁项集构成 长度更大的项集，并将其称为潜在频繁项集。潜在 频繁k项集的集合Ck 是指由有可能成为频繁k项集的 项集组成的集合。以后只需计算潜在频繁项集的支 持度，而不必计算所有不同项集的支持度，因此在 一定程度上减少了计算量。
1) 为FP-tree中的每个节点生成条件模式库 2) 用条件模式库构造对应的条件FP-tree 3) 递归构造条件 FP-trees 同时增长其包含的频繁集
如果条件FP-tree只包含一个路径，则直接生成所包含 的频繁集。 如果条件FP-tree包含多个路径，则采用混合的方法
步骤1: 步骤 从 FP-tree 到条件模式库
什么是关联规则挖掘
关联规则挖掘 首先被Agrawal, Imielinski and Swami在1993年的SIGMOD会议上提出 在事务、关系数据库中的项集和对象中发现频繁模式、关联规则、相关 性或者因果结构 频繁模式: 数据库中频繁出现的项集 目的: 发现数据中的规律 超市数据中的什么产品会一起购买？— 啤酒和尿布 在买了一台PC之后下一步会购买? 哪种DNA对这种药物敏感? 我们如何自动对Web文档进行分类?
频繁模式挖掘的重要性
许多重要数据挖掘任务的基础
关联、相关性、因果性 序列模式、空间模式、时间模式、多维 关联分类、聚类分析
更加广泛的用处
购物篮分析、交叉销售、直销 点击流分析、DNA序列分析等等
II.
关联规则基本模型
关联规则基本模型 Apriori算法 Fp-Tree算法
I.
关联规则基本模型
IBM公司Almaden研究中心的R.Agrawal首先 提出关联规则模型，并给出求解算法AIS。 随后又出现了SETM和Apriori等算法。其中， Apriori是关联规则模型中的经典算法。