
SAS中的聚類分析方法總結(jié)
說起聚類分析,相信很多人并不陌生。這篇原創(chuàng)博客我想簡單說一下我所理解的聚類分析,歡迎各位高手不吝賜教和拍磚。
按照正常的思路,我大概會(huì)說如下幾個(gè)問題:
1. 什么是聚類分析?
2. 聚類分析有什么用?
3. 聚類分析怎么做?
下面我將分聚類分析概述、聚類分析算法及sas實(shí)現(xiàn)、案例三部分來系統(tǒng)的回答這些問題。
聚類分析概述
1. 聚類分析的定義
中國有句俗語叫“物以類聚,人以群分”——剔除這句話的貶義色彩。說白了就是物品根據(jù)物品的特征和功用可以分門別類,人和人會(huì)根據(jù)性格、偏好甚至利益結(jié)成不同的群體。分門別類和結(jié)成群體之后,同類(同群)之間的物品(人)的特征盡可能相似,不同類(同群)之間的物品(人)的特征盡可能不同。這個(gè)過程實(shí)際上就是聚類分析。從這個(gè)過程我們可以知道如下幾點(diǎn):
1) 聚類分析的對(duì)象是物(人),說的理論一點(diǎn)就是樣本
2) 聚類分析是根據(jù)物或者人的特征來進(jìn)行聚集的,這里的特征說的理論一點(diǎn)就是變量。當(dāng)然特征選的不一樣,聚類的結(jié)果也會(huì)不一樣;
3) 聚類分析中評(píng)判相似的標(biāo)準(zhǔn)非常關(guān)鍵。說的理論一點(diǎn)也就是相似性的度量非常關(guān)鍵;
4) 聚類分析結(jié)果的好壞沒有統(tǒng)一的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn);
2. 聚類分析到底有什么用?
1) 說的官腔一點(diǎn)就是為了更好的認(rèn)識(shí)事物和事情,比如我們可以把人按照地域劃分為南方人和北方人,你會(huì)發(fā)現(xiàn)這種分法有時(shí)候也蠻有道理。一般來說南方人習(xí)慣吃米飯,北方習(xí)慣吃面食;
2) 說的實(shí)用一點(diǎn),可以有效對(duì)用戶進(jìn)行細(xì)分,提供有針對(duì)性的產(chǎn)品和服務(wù)。比如銀行會(huì)將用戶分成金卡用戶、銀卡用戶和普通卡用戶。這種分法一方面能很好的節(jié)約銀行的資源,另外一方面也能很好針對(duì)不同的用戶實(shí)習(xí)分級(jí)服務(wù),提高彼此的滿意度。
再比如移動(dòng)會(huì)開發(fā)全球通、神州行和動(dòng)感地帶三個(gè)套餐或者品牌,實(shí)際就是根據(jù)移動(dòng)用戶的行為習(xí)慣做了很好的用戶細(xì)分——聚類分析;
3) 上升到理論層面,聚類分析是用戶細(xì)分里面最為重要的工具,而用戶細(xì)分則是整個(gè)精準(zhǔn)營銷里面的基礎(chǔ)。精準(zhǔn)營銷是目前普遍接納而且被采用的一種營銷手段和方式。
3. 聚類分析的流程是怎樣的?
比較簡單的聚類分析往往只根據(jù)一個(gè)維度來進(jìn)行,比如講用戶按照付費(fèi)情況分成高端用戶、中端用戶和低端用戶。這 個(gè)只需要根據(jù)商業(yè)目的統(tǒng)計(jì)一下相關(guān)數(shù)據(jù)指定一個(gè)高端、中端和低端的分界點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)就可以。
如果是比較復(fù)雜的聚類分析,比如移動(dòng)里面經(jīng)常會(huì)基于用戶的多種行為(通話、短信、gprs流失扥等)來對(duì)用戶進(jìn)行細(xì)分,這個(gè)就是比較復(fù)雜的用戶細(xì)分。如果是這樣的細(xì)分通常會(huì)作為一個(gè)比較標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)挖掘項(xiàng)目來執(zhí)行,所以基本上會(huì)按照數(shù)據(jù)挖掘的流程來執(zhí)行。具體分如下幾步:
1) 業(yè)務(wù)理解
主要是了解業(yè)務(wù)目標(biāo)和數(shù)據(jù)挖掘的目標(biāo)及執(zhí)行計(jì)劃
2) 數(shù)據(jù)理解
主要是弄清楚可已取哪些變量數(shù)據(jù),具體怎么定義
3) 數(shù)據(jù)整理
根據(jù)之前的定義提取需要的數(shù)據(jù),并進(jìn)行檢測異常數(shù)據(jù),并對(duì)變量進(jìn)行挑選及探索,比如最終要用那些變量來執(zhí)行聚類算法、那些變量是離散變量,需要做特殊處理、
數(shù)據(jù)大概可以聚成幾類、類別形狀有不規(guī)則的情形嗎?
4) 建立模型
關(guān)鍵是選用什么樣的距離(相似性度量)和算法:
l 比如是樣本比較小,形狀也比較規(guī)則,可以選用層次聚類
l 比如樣本比較大,形狀規(guī)則,各類的樣本量基本相當(dāng),可以選用k-means算法
l 比如形狀規(guī)則,但是各類別之間的樣本點(diǎn)的密度差異很大,可以選用基于密度的算法
5) 模型評(píng)估
主要是評(píng)估聚類分析結(jié)果的好壞。實(shí)際上聚類分析在機(jī)器學(xué)習(xí)里面被稱之為無監(jiān)督學(xué)習(xí),是沒有大家公認(rèn)的評(píng)估方法的。所以更多會(huì)從業(yè)務(wù)可解釋性的角度去評(píng)估
聚類分析的好壞;
6) 模型發(fā)布
主要是根據(jù)聚類分析的結(jié)果根據(jù)不同的類的特診去設(shè)計(jì)不同的產(chǎn)品、服務(wù)或者渠道策略,然后去實(shí)施營銷
4. 具體在sas里面如何執(zhí)行?
通過前面的講解我們已經(jīng)知道,聚類分析涉及到如下6步,對(duì)應(yīng)著6步SAS都會(huì)有相應(yīng)的過程來執(zhí)行。
1) 距離的計(jì)算:proc distance
2) 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化:proc stdize
3) 聚類變量的選擇:proc varclus
4) 初始類別數(shù)的選擇:proc mds和proc princomp
5) 不規(guī)則形狀的變換:proc aceclus
6) 算法的選擇:層次聚類-proc cluster 劃分型聚類-proc fastclus(k-means)和
密度型聚類-proc modeclus
7) 類別特征描述:proc means
以上四個(gè)部分就從是什么、為什么、怎么樣三個(gè)角度對(duì)聚類分析做了簡單的介紹。接下來的帖子我會(huì)重點(diǎn)介紹SAS中各種聚類算法的差異、應(yīng)用范圍及實(shí)際的案例。
5. 用proc distance做什么?
我們知道數(shù)據(jù)變量分四類:名義變量、次序變量、interval變量和ritio變量。但sas里面目前的聚類算法都要求變量時(shí)ratio變量。那想要對(duì)離散變量進(jìn)行聚類怎么呢?一種想法自然是講所有的離散變量都轉(zhuǎn)成0-1變量。這會(huì)有如下幾個(gè)問題:
1) 變量的信息可能會(huì)有損失,比如次序型變量轉(zhuǎn)成0-1變量后,次序信息就很難保留;
2) 當(dāng)離散變量的取值非常多時(shí),轉(zhuǎn)成0-1變量后生成的新變量也會(huì)非常多,這樣也會(huì)造成很多處理上的不便;
3) 0-1變量也沒法做標(biāo)準(zhǔn)化等等一些運(yùn)算,因?yàn)檫@種運(yùn)算其實(shí)是沒有意義的
那該如何處理離散變量的聚類呢?答案是用proc distance。我們知道聚類過程中首先是從計(jì)算距離或者相似度開始的。一個(gè)很自然的想法就是針對(duì)離散變量定義有意義的距離(對(duì)離散變量和連續(xù)變量混合類型的數(shù)據(jù))。Proc distance就是用來算這種距離的一個(gè)很好的過程。距離或者相似度可以看成是連續(xù)數(shù)據(jù),自然就可以用sas里面的聚類算法了。
6. 用proc stdize做什么?
前面說過聚類算法首先要算的距離,然后通過距離來執(zhí)行后續(xù)的計(jì)算。在距離計(jì)算的過程方差比較大的變量影響會(huì)更大,這個(gè)通常不是我們希望看到。所以非常有必要講參與聚類的變量轉(zhuǎn)換成方差盡量相同。Proc stdize就能實(shí)現(xiàn)這種功能。Proc stdize不僅提供了將變量轉(zhuǎn)換了均值為0,方差轉(zhuǎn)換為1的標(biāo)準(zhǔn)化,還提供了很多其它類型的標(biāo)準(zhǔn)化。比如,range標(biāo)準(zhǔn)化(變量減去最小值除以最大值和最小值得差)
7. 用proc varclus做什么?
在做回歸分析的時(shí)候,我們知道變量過多會(huì)有兩個(gè)問題:
1) 變量過多會(huì)影響預(yù)測的準(zhǔn)確,尤其當(dāng)無關(guān)緊要的變量引入模型之后;
2) 變量過多不可避免的會(huì)引起變量之前的共線性,這個(gè)會(huì)影響參數(shù)估計(jì)的精度
聚類分析實(shí)際上也存在類似的問題,所以有必要先對(duì)變量做降維。說到降維,馬上有人會(huì)說這個(gè)可以用主成分啊,這個(gè)的確沒錯(cuò)。但是主成分的解釋性還是有點(diǎn)差。尤其是第二主成分之后的主成分。那用什么比較好呢?答案是proc varclus——斜交主成分。
我們常說的主成分實(shí)際上正交主成分。斜交主成分是在正交主成分的基礎(chǔ)上再做了一些旋轉(zhuǎn)。這樣得到的主成分不僅能保留主成分的優(yōu)點(diǎn)(主成分變量相關(guān)程度比較低)。另外一方面又能有很到的解釋性,并且能達(dá)到對(duì)變量聚類的效果。使同類別里面的變量盡可能相關(guān)程度比較高,不同類別里面的變量相關(guān)程度盡可能低。這樣根據(jù)一定的規(guī)則我們就可以在每個(gè)類別里面選取一些有代表性的變量,這樣既能保證原始的數(shù)據(jù)信息不致?lián)p失太多,也能有效消除共線性。有效提升聚類分析的精度。
8. 用proc mds 和proc princomp做什么?
將原始數(shù)據(jù)降到兩維,通過圖形探測整個(gè)數(shù)據(jù)聚類后大致大類別數(shù)
9. 用proc aceclus做什么?
聚類算法尤其是k-means算法要求聚類數(shù)據(jù)是球形數(shù)據(jù)。如果是細(xì)長型的數(shù)據(jù)或者非凸型數(shù)據(jù),這些算法的表現(xiàn)就會(huì)相當(dāng)差。一個(gè)很自然的變通想法就是,能不能將非球形數(shù)據(jù)變換成球形數(shù)據(jù)呢?答案是可以的。這就要用到proc aceclus。
10. 標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)聚類分析到底有什么影響?
1) 在講影響之前先羅列一下proc stdize里面的標(biāo)準(zhǔn)化方法吧
2) 標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)聚類分析的影響
從圖1中不太容易看清楚標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)于聚類分析的影響
從圖2可以清晰的看到標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)于聚類分析的影響
3) 各種標(biāo)準(zhǔn)化方法的比較
一個(gè)模擬數(shù)據(jù)的例子,模擬數(shù)據(jù)有三個(gè)類別,每個(gè)類別有100個(gè)樣本。我們比較了各種標(biāo)準(zhǔn)化方法之后再進(jìn)行聚類的誤判情況,可以大概看出各種標(biāo)準(zhǔn)化方法的差異。但此例并不能說明以下方法中誤分類數(shù)小的方法就一定優(yōu)與誤分類數(shù)大的方法。有時(shí)候還跟數(shù)據(jù)本身的分布特征有關(guān)。這個(gè)例子也提醒我們有時(shí)候我們常用的std和range標(biāo)準(zhǔn)化并不見得是最好的選擇。
proc stdize data=compact method=std
out=scompacted2;
var x y;
run;
title ‘標(biāo)準(zhǔn)化后的模擬數(shù)據(jù)1’;
proc gplot data=scompacted2;
plot y*x=c;
symbol1 c=blue;
symbol2 c=black;
symbol3 c=red;
run;
/*********************************************************/
/*2.create result table*/
/*********************************************************/
data result;
length method$ 12;
length misclassified 8;
length chisq 8;
stop;
run;
%let inputs=x y;
%let group=c;
%macro standardize(dsn=,nc=,method=);
title “&method”;
%if %bquote(%upcase(&method))=NONE %then %do;
data temp;
set &dsn;
run;
%end;
%else %do;
proc stdize data=&dsn method=&method out=temp;
var &inputs;
run;
%end;
proc fastclus data=temp maxclusters=&nc least=2
out=clusout noprint;
var &inputs;
run;
proc freq data=clusout;
tables &group*cluster / norow nocol nopercent
chisq out=freqout;
output out=stats chisq;
run;
data temp sum;
set freqout end=eof;
by &group;
retain members mode c;
if first.&group then do;
members=0; mode=0;
end;
members=members+count;
if cluster NE . then do;
if count > mode then do;
mode=count;
c=cluster;
end;
end;
if last.&group then do;
cum+(members-mode);
output temp;
end;
if eof then output sum;
run;
proc print data=temp noobs;
var &group c members mode cum;
run;
data result;
merge sum (keep=cum) stats;
if 0 then modify result;
method = “&method”;
misclassified = cum;
chisq = _pchi_;
pchisq = p_pchi;
output result;
run;
%mend standardize;
%standardize(dsn=compact,nc=3,method=ABW(.5));
%standardize(dsn=compact,nc=3,method=AGK(.9));
%standardize(dsn=compact,nc=3,method=AHUBER(.5));
%standardize(dsn=compact,nc=3,method=AWAVE(.25));
%standardize(dsn=compact,nc=3,method=EUCLEN);
%standardize(dsn=compact,nc=3,method=IQR);
%standardize(dsn=compact,nc=3,method=L(1));
%standardize(dsn=compact,nc=3,method=L(2));
%standardize(dsn=compact,nc=3,method=MAD);
%standardize(dsn=compact,nc=3,method=MAXABS);
%standardize(dsn=compact,nc=3,method=MEAN);
%standardize(dsn=compact,nc=3,method=MEDIAN);
%standardize(dsn=compact,nc=3,method=MIDRANGE);
%standardize(dsn=compact,nc=3,method=NONE);
%standardize(dsn=compact,nc=3,method=RANGE);
%standardize(dsn=compact,nc=3,method=SPACING(.3));
%standardize(dsn=compact,nc=3,method=STD);
%standardize(dsn=compact,nc=3,method=SUM);
%standardize(dsn=compact,nc=3,method=USTD);
proc sort data=result;
by misclassified;
run;
title ‘匯總數(shù)據(jù)’;
title2 ‘聚類判定類別錯(cuò)誤樣本數(shù)排序’;
proc print data=result;
run;
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