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聚類(lèi)分析:大數(shù)據(jù)時(shí)代數(shù)據(jù)挖掘的關(guān)鍵突破口
2015-12-01
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聚類(lèi)分析:大數(shù)據(jù)時(shí)代數(shù)據(jù)挖掘的關(guān)鍵突破口


什么是聚類(lèi)分析?聚類(lèi)分析有什么用?聚類(lèi)算法有哪些?聚類(lèi)分析的應(yīng)用……這些問(wèn)題的探究可為大數(shù)據(jù)時(shí)代數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)挖掘找到關(guān)鍵突破口!

人類(lèi)文明已邁入大數(shù)據(jù)時(shí)代,得“數(shù)據(jù)”者得天下,但你"數(shù)據(jù)分析師"不能把海量數(shù)據(jù)一下推給用戶(hù),那是毫無(wú)價(jià)值的。"數(shù)據(jù)分析師"需要把通過(guò)對(duì)海量數(shù)據(jù)的挖掘、處理、分析,得出結(jié)果,然后給用戶(hù),這才是有價(jià)值的“數(shù)據(jù)”。

由此,數(shù)據(jù)處理技術(shù)必不可少,那么說(shuō)到大數(shù)據(jù)分析中的應(yīng)用,還得先說(shuō)說(shuō)聚類(lèi)算法。數(shù)據(jù)挖掘常用的經(jīng)典算法之一就是聚類(lèi)法,是數(shù)據(jù)挖掘采用的起步技術(shù),也是數(shù)據(jù)挖掘入門(mén)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

一、什么是聚類(lèi)分析?

聚類(lèi)分析指將物理或抽象對(duì)象的集合分組為由類(lèi)似的對(duì)象組成的多個(gè)類(lèi)的分析過(guò)程,其目的是在相似的基礎(chǔ)上收集數(shù)據(jù)來(lái)分類(lèi)。

聚類(lèi)類(lèi)似于分類(lèi),但與分類(lèi)的目的不同,是針對(duì)數(shù)據(jù)的相似性和差異性將一組數(shù)據(jù)分為幾個(gè)類(lèi)別。屬于同一類(lèi)別的數(shù)據(jù)間的相似性很大,但不同類(lèi)別之間數(shù)據(jù)的相似性很小,跨類(lèi)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性很低。聚類(lèi)與分類(lèi)的不同還在于,聚類(lèi)所要求劃分的類(lèi)是未知的。

二、聚類(lèi)分析的重要性

“物以類(lèi)聚,人以群分”,這是人類(lèi)幾千年來(lái)認(rèn)識(shí)世界和社會(huì)的基本能力,是從大數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)價(jià)值必須面對(duì)的一個(gè)普遍性、基礎(chǔ)性問(wèn)題,是認(rèn)知科學(xué)作為“學(xué)科的學(xué)科”要解決的首要問(wèn)題。無(wú)論是政治、經(jīng)濟(jì)、文學(xué)、歷史、社會(huì)、文化、還是數(shù)理、化工、醫(yī)農(nóng)、交通、地理、各行各業(yè)的大數(shù)據(jù)或宏觀或微觀的任何價(jià)值發(fā)現(xiàn),無(wú)不借助于大數(shù)據(jù)聚類(lèi)分析的結(jié)果,因此,數(shù)據(jù)分析和挖掘的首要問(wèn)題是聚類(lèi),這種聚類(lèi)是跨學(xué)科、跨領(lǐng)域、跨媒體的。大數(shù)據(jù)聚類(lèi)是數(shù)據(jù)密集型科學(xué)的基礎(chǔ)性、普遍性問(wèn)題。

可以毫不夸張的講,如果聚類(lèi)算法都搞不明白,或者說(shuō)沒(méi)有“落地”的“實(shí)例”,那說(shuō)在搞數(shù)據(jù)挖掘就純粹是忽悠了。

人類(lèi)的認(rèn)知科學(xué)要想有所突破,首先就要在大數(shù)據(jù)聚類(lèi)上去的突破,聚類(lèi)是挖掘大數(shù)據(jù)資產(chǎn)價(jià)值的第一步。

三、聚類(lèi)算法的種類(lèi)

作為數(shù)據(jù)挖掘中很活躍的一個(gè)研究領(lǐng)域,聚類(lèi)分析有多種算法。

基于劃分聚類(lèi)算法:

k-means:

是一種典型的劃分聚類(lèi)算法,它用一個(gè)聚類(lèi)的中心來(lái)代表一個(gè)簇,即在迭代過(guò)程中選擇的聚點(diǎn)不一定是聚類(lèi)中的一個(gè)點(diǎn),該算法只能處理數(shù)值型數(shù)據(jù)

k-modes:

K-Means算法的擴(kuò)展,采用簡(jiǎn)單匹配方法來(lái)度量分類(lèi)型數(shù)據(jù)的相似度

k-prototypes:

結(jié)合了K-Means和K-Modes兩種算法,能夠處理混合型數(shù)據(jù)

k-medoids:

在迭代過(guò)程中選擇簇中的某點(diǎn)作為聚點(diǎn),PAM是典型的k-medoids算法

CLARA:

CLARA算法在PAM的基礎(chǔ)上采用了抽樣技術(shù),能夠處理大規(guī)模數(shù)據(jù)

CLARANS:

CLARANS算法融合了PAM和CLARA兩者的優(yōu)點(diǎn),是第一個(gè)用于空間數(shù)據(jù)庫(kù)的聚類(lèi)算法

Focused CLARAN:

采用了空間索引技術(shù)提高了CLARANS算法的效率

PCM:

模糊集合理論引入聚類(lèi)分析中并提出了PCM模糊聚類(lèi)算法


    基于層次聚類(lèi)算法:

CURE:

采用抽樣技術(shù)先對(duì)數(shù)據(jù)集D隨機(jī)抽取樣本,再采用分區(qū)技術(shù)對(duì)樣本進(jìn)行分區(qū),然后對(duì)每個(gè)分區(qū)局部聚類(lèi),最后對(duì)局部聚類(lèi)進(jìn)行全局聚類(lèi)

ROCK:

也采用了隨機(jī)抽樣技術(shù),該算法在計(jì)算兩個(gè)對(duì)象的相似度時(shí),同時(shí)考慮了周?chē)鷮?duì)象的影響

CHEMALOEN(變色龍算法):

首先由數(shù)據(jù)集構(gòu)造成一個(gè)K-最近鄰圖Gk ,再通過(guò)一個(gè)圖的劃分算法將圖Gk 劃分成大量的子圖,每個(gè)子圖代表一個(gè)初始子簇,最后用一個(gè)凝聚的層次聚類(lèi)算法反復(fù)合并子簇,找到真正的結(jié)果簇

SBAC:

SBAC算法則在計(jì)算對(duì)象間相似度時(shí),考慮了屬性特征對(duì)于體現(xiàn)對(duì)象本質(zhì)的重要程度,對(duì)于更能體現(xiàn)對(duì)象本質(zhì)的屬性賦予較高的權(quán)值

BIRCH:

BIRCH算法利用樹(shù)結(jié)構(gòu)對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行處理,葉結(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)一個(gè)聚類(lèi),用中心和半徑表示,順序處理每一個(gè)對(duì)象,并把它劃分到距離最近的結(jié)點(diǎn),該算法也可以作為其他聚類(lèi)算法的預(yù)處理過(guò)程

BUBBLE:

BUBBLE算法則把BIRCH算法的中心和半徑概念推廣到普通的距離空間

BUBBLE-FM:

BUBBLE-FM算法通過(guò)減少距離的計(jì)算次數(shù),提高了BUBBLE算法的效率


    基于密度聚類(lèi)算法:

DBSCAN:

DBSCAN算法是一種典型的基于密度的聚類(lèi)算法,該算法采用空間索引技術(shù)來(lái)搜索對(duì)象的鄰域,引入了“核心對(duì)象”和“密度可達(dá)”等概念,從核心對(duì)象出發(fā),把所有密度可達(dá)的對(duì)象組成一個(gè)簇

GDBSCAN:

算法通過(guò)泛化DBSCAN算法中鄰域的概念,以適應(yīng)空間對(duì)象的特點(diǎn)

OPTICS:

OPTICS算法結(jié)合了聚類(lèi)的自動(dòng)性和交互性,先生成聚類(lèi)的次序,可以對(duì)不同的聚類(lèi)設(shè)置不同的參數(shù),來(lái)得到用戶(hù)滿意的結(jié)果

FDC:

FDC算法通過(guò)構(gòu)造k-d tree把整個(gè)數(shù)據(jù)空間劃分成若干個(gè)矩形空間,當(dāng)空間維數(shù)較少時(shí)可以大大提高DBSCAN的效率


基于網(wǎng)格的聚類(lèi)算法:

STING:

利用網(wǎng)格單元保存數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)信息,從而實(shí)現(xiàn)多分辨率的聚類(lèi)

WaveCluster:

在聚類(lèi)分析中引入了小波變換的原理,主要應(yīng)用于信號(hào)處理領(lǐng)域。(備注:小波算法在信號(hào)處理,圖形圖像,加密解密等領(lǐng)域有重要應(yīng)用,是一種比較高深和牛逼的東西)

CLIQUE:

是一種結(jié)合了網(wǎng)格和密度的聚類(lèi)算法

基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的聚類(lèi)算法:

自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)SOM:

該方法的基本思想是--由外界輸入不同的樣本到人工的自組織映射網(wǎng)絡(luò)中,一開(kāi)始時(shí),輸入樣本引起輸出興奮細(xì)胞的位置各不相同,但自組織后會(huì)形成一些細(xì)胞群,它們分別代表了輸入樣本,反映了輸入樣本的特征


    基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的聚類(lèi)算法:

COBWeb:

COBWeb是一個(gè)通用的概念聚類(lèi)方法,它用分類(lèi)樹(shù)的形式表現(xiàn)層次聚類(lèi)

AutoClass:

是以概率混合模型為基礎(chǔ),利用屬性的概率分布來(lái)描述聚類(lèi),該方法能夠處理混合型的數(shù)據(jù),但要求各屬性相互獨(dú)立

聚類(lèi)分析是一種探索性的分析,在分類(lèi)的過(guò)程中,人們不必事先給出一個(gè)分類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn),聚類(lèi)分析能夠從樣本數(shù)據(jù)出發(fā),自動(dòng)進(jìn)行分類(lèi)。聚類(lèi)分析所使用方法的不同,常常會(huì)得到不同的結(jié)論。不同研究者對(duì)于同一組數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類(lèi)分析,所得到的聚類(lèi)數(shù)未必一致。

四、聚類(lèi)分析的應(yīng)用

商業(yè)

聚類(lèi)分析被用來(lái)發(fā)現(xiàn)不同的客戶(hù)群,并且通過(guò)購(gòu)買(mǎi)模式刻畫(huà)不同的客戶(hù)群的特征。聚類(lèi)分析是細(xì)分市場(chǎng)的有效工具,同時(shí)也可用于研究消費(fèi)者行為,尋找新的潛在市場(chǎng)、選擇實(shí)驗(yàn)的市場(chǎng),并作為多元分析的預(yù)處理。

電子商務(wù)

聚類(lèi)分析在電子商務(wù)中網(wǎng)站建設(shè)數(shù)據(jù)挖掘中也是很重要的一個(gè)方面,數(shù)據(jù)分析師通過(guò)分組聚類(lèi)出具有相似瀏覽行為的客戶(hù),并分析客戶(hù)的共同特征,可以更好的幫助電子商務(wù)的用戶(hù)了解自己的客戶(hù),向客戶(hù)提供更合適的服務(wù)。

大數(shù)據(jù)作為網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的一種客觀存在,是網(wǎng)絡(luò)時(shí)代人類(lèi)社會(huì)的重要資產(chǎn),數(shù)據(jù)數(shù)量巨大等給人們的認(rèn)知造成了很大的困擾,盡管目前對(duì)于大數(shù)據(jù)的認(rèn)知存在挑戰(zhàn),但數(shù)據(jù)分析師將會(huì)成為大數(shù)據(jù)認(rèn)知的突破口,這是一個(gè)發(fā)展趨向。

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