
SAS中的聚類分析方法總結
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,我大概會說如下幾個問題:
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,人和人會根據(jù)性格、偏好甚至利益結成不同的群體。分門別類和結成群體之后,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。這個過程實際上就是聚類分析。從這個過程我們可以知道如下幾點:
1) 聚類分析的對象是物(人),說的理論一點就是樣本
2) 聚類分析是根據(jù)物或者人的特征來進行聚集的,這里的特征說的理論一點就是變量。當然特征選的不一樣,聚類的結果也會不一樣;
3) 聚類分析中評判相似的標準非常關鍵。說的理論一點也就是相似性的度量非常關鍵;
4) 聚類分析結果的好壞沒有統(tǒng)一的評判標準;
2. 聚類分析到底有什么用?
1) 說的官腔一點就是為了更好的認識事物和事情,比如我們可以把人按照地域劃分為南方人和北方人,你會發(fā)現(xiàn)這種分法有時候也蠻有道理。一般來說南方人習慣吃米飯,北方習慣吃面食;
2) 說的實用一點,可以有效對用戶進行細分,提供有針對性的產品和服務。比如銀行會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不同的用戶實習分級服務,提高彼此的滿意度。
再比如移動會開發(fā)全球通、神州行和動感地帶三個套餐或者品牌,實際就是根據(jù)移動用戶的行為習慣做了很好的用戶細分——聚類分析;
3) 上升到理論層面,聚類分析是用戶細分里面最為重要的工具,而用戶細分則是整個精準營銷里面的基礎。精準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)一個維度來進行,比如講用戶按照付費情況分成高端用戶、中端用戶和低端用戶。這 個只需要根據(jù)商業(yè)目的統(tǒng)計一下相關數(shù)據(jù)指定一個高端、中端和低端的分界點標準就可以。
如果是比較復雜的聚類分析,比如移動里面經常會基于用戶的多種行為(通話、短信、gprs流失扥等)來對用戶進行細分,這個就是比較復雜的用戶細分。如果是這樣的細分通常會作為一個比較標準的數(shù)據(jù)挖掘項目來執(zhí)行,所以基本上會按照數(shù)據(jù)挖掘的流程來執(zhí)行。具體分如下幾步:
1) 業(yè)務理解
主要是了解業(yè)務目標和數(shù)據(jù)挖掘的目標及執(zhí)行計劃
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),并進行檢測異常數(shù)據(jù),并對變量進行挑選及探索,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,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的密度差異很大,可以選用基于密度的算法
5) 模型評估
主要是評估聚類分析結果的好壞。實際上聚類分析在機器學習里面被稱之為無監(jiān)督學習,是沒有大家公認的評估方法的。所以更多會從業(yè)務可解釋性的角度去評估
聚類分析的好壞;
6) 模型發(fā)布
主要是根據(jù)聚類分析的結果根據(jù)不同的類的特診去設計不同的產品、服務或者渠道策略,然后去實施營銷
4. 具體在sas里面如何執(zhí)行?
通過前面的講解我們已經知道,聚類分析涉及到如下6步,對應著6步SAS都會有相應的過程來執(zhí)行。
1) 距離的計算:proc distance
2) 數(shù)據(jù)標準化: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
以上四個部分就從是什么、為什么、怎么樣三個角度對聚類分析做了簡單的介紹。接下來的帖子我會重點介紹SAS中各種聚類算法的差異、應用范圍及實際的案例。
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ratio變量。那想要對離散變量進行聚類怎么呢?一種想法自然是講所有的離散變量都轉成0-1變量。這會有如下幾個問題:
1) 變量的信息可能會有損失,比如次序型變量轉成0-1變量后,次序信息就很難保留;
2) 當離散變量的取值非常多時,轉成0-1變量后生成的新變量也會非常多,這樣也會造成很多處理上的不便;
3) 0-1變量也沒法做標準化等等一些運算,因為這種運算其實是沒有意義的
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算距離或者相似度開始的。一個很自然的想法就是針對離散變量定義有意義的距離(對離散變量和連續(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)的計算。在距離計算的過程方差比較大的變量影響會更大,這個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換成方差盡量相同。Proc stdize就能實現(xiàn)這種功能。Proc stdize不僅提供了將變量轉換了均值為0,方差轉換為1的標準化,還提供了很多其它類型的標準化。比如,range標準化(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?
在做回歸分析的時候,我們知道變量過多會有兩個問題:
1) 變量過多會影響預測的準確,尤其當無關緊要的變量引入模型之后;
2) 變量過多不可避免的會引起變量之前的共線性,這個會影響參數(shù)估計的精度
聚類分析實際上也存在類似的問題,所以有必要先對變量做降維。說到降維,馬上有人會說這個可以用主成分啊,這個的確沒錯。但是主成分的解釋性還是有點差。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際上正交主成分。斜交主成分是在正交主成分的基礎上再做了一些旋轉。這樣得到的主成分不僅能保留主成分的優(yōu)點(主成分變量相關程度比較低)。另外一方面又能有很到的解釋性,并且能達到對變量聚類的效果。使同類別里面的變量盡可能相關程度比較高,不同類別里面的變量相關程度盡可能低。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)就會相當差。一個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. 標準化對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里面的標準化方法吧
2) 標準化對聚類分析的影響
從圖1中不太容易看清楚標準化對于聚類分析的影響
從圖2可以清晰的看到標準化對于聚類分析的影響
3) 各種標準化方法的比較
一個模擬數(shù)據(jù)的例子,模擬數(shù)據(jù)有三個類別,每個類別有100個樣本。我們比較了各種標準化方法之后再進行聚類的誤判情況,可以大概看出各種標準化方法的差異。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。有時候還跟數(shù)據(jù)本身的分布特征有關。這個例子也提醒我們有時候我們常用的std和range標準化并不見得是最好的選擇。
proc stdize data=compact method=std
out=scompacted2;
var x y;
run;
title ‘標準化后的模擬數(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 ‘聚類判定類別錯誤樣本數(shù)排序’;
proc print data=result;
run;
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2025-07-03