关联分析 Association Analysis

本文主要简单介绍了关联分析的基本概念，优缺点，应用场景，建模时的注意事项，实现方法，python示例和模型的参数等。

JasonH2021

5107人浏览 · 2023-06-04 10:06:53

JasonH2021 · 2023-06-04 10:06:53 发布

前言

关联分析是机器学习中无监督学习的一种数据挖掘技术。

一、关联分析是什么？

关联分析（Association Analysis）是一种数据挖掘技术，用于发现数据集中不同变量之间的关联关系。在关联分析中，我们会寻找频繁出现的模式，例如，如果顾客购买了商品A，那么他们也有可能购买商品B。这种关联关系可以帮助我们预测未来的行为趋势，以便做出更明智的决策。关联分析通常被用于市场营销和销售领域，以确定顾客购买某些产品或服务的倾向。

二、关联分析的优点和缺点

优点：

可以帮助我们发现变量之间的关联关系，这对于预测未来的行为趋势非常有用；
可以帮助我们发现隐藏在数据中的有用信息，以便做出更明智的决策；
可以帮助我们发现新的机会和市场趋势，以便开发新产品或服务；

缺点：

关联分析通常只能找到变量之间的相关性，但不能确定因果关系；
关联分析可能会产生误导性的结果，因为它只是寻找变量之间的频繁出现模式，而不考虑其他因素的影响；
关联分析需要大量的数据支持，如果数据量不足或数据质量较差，可能会导致结果不准确；

三、关联分析的应用场景

关联分析可以应用于很多场景，以下是一些常见的应用场景：

市场营销：通过关联分析，可以确定哪些产品或服务通常会一起被购买，以便制定更有效的市场营销策略。
零售业：通过关联分析，可以确定哪些商品经常被一起购买，以便优化店铺布局和促销策略。
在线广告：通过关联分析，可以确定哪些广告通常会被用户点击，以便优化广告投放策略。
医疗保健：通过关联分析，可以确定哪些症状通常会一起出现，以便更准确地诊断疾病。
交通规划：通过关联分析，可以确定哪些道路和交通工具通常会被使用，以便制定更有效的交通规划。
社交网络：通过关联分析，可以确定哪些用户通常会一起出现，以便推荐朋友或社交圈。
电影推荐：通过关联分析，可以确定哪些电影通常会被用户一起观看，以便推荐相似的电影。
旅游规划：通过关联分析，可以确定哪些景点和活动通常会被游客一起选择，以便制定更优秀的旅游规划。
金融服务：通过关联分析，可以确定哪些产品或服务通常会被客户选择，以便制定更适合的金融服务方案。

总之，关联分析可以应用于很多不同的领域和场景，以帮助我们更好地理解数据并做出更明智的决策。

四、构建关联分析模型的注意事项

数据预处理：关联分析算法对数据的质量要求比较高，需要进行数据清洗、去重、编码等预处理工作。同时，为了提高算法的效率，还可以对数据进行降维、过滤等操作。
选择合适的支持度和置信度：支持度和置信度是关联规则算法中非常重要的参数，需要根据具体应用场景和需求来选择合适的值。如果支持度过高，可能会导致频繁项集过少；如果置信度过低，可能会导致关联规则质量不高。
处理大规模数据：在处理大规模数据时，需要使用分布式算法或者采用其他技术来提高算法的效率。例如，可以使用MapReduce、Spark等技术来实现分布式计算。
处理多重比较问题：当比较的项集数量较多时，可能会出现多重比较问题，需要进行多重比较校正，以避免误判。
结果解释和应用：关联分析算法得到的结果需要进行解释和应用，以便为业务决策提供参考。需要注意的是，关联分析只能发现变量之间的关系，不能说明因果关系。

总之，在进行关联分析建模时，需要根据具体应用场景和需求选择合适的算法和参数，并且对结果进行合理解释和应用。

五、关联分析模型的实现类库

Python中有很多库可以实现关联分析算法，以下是一些常用的库和方法：

mlxtend：这是一个Python库，提供了Apriori、FP-growth等常见的关联分析算法实现。
Orange：这是一个数据挖掘工具，提供了GUI和Python API，可以实现关联分析、分类、回归等任务。
pandas：这是一个数据处理库，可以用来处理数据、计算频繁项集和关联规则等。
scikit-learn：这是一个常用的机器学习库，提供了多种算法和工具，包括关联分析算法。

除了以上库之外，还有其他一些库和工具可以实现关联分析算法，例如`pyfpgrowth`、`apyori`等。选择哪个库取决于具体的应用场景和需求。

六、关联分析模型的评价指标

支持度（Support）：指包含某个项集的所有事务的比例。支持度越高，说明该项集出现的频率越高，可能性越大。
置信度（Confidence）：指在包含某个项集A的事务中，同时包含另一个项集B的概率。置信度越高，说明当某些条件满足时，B出现的可能性越大。
提升度（Lift）：指包含A和B的事务出现的概率与仅包含A和仅包含B的事务出现概率的比值。提升度越高，说明A和B之间的关联性越强。
Kulczynski指标（Kulczynski）：指置信度和支持度的平均值。Kulczynski指标越高，说明A和B之间的关联性越强。

以上指标都是用来评价关联规则的质量和可靠性的，可以根据具体需求选择适合的指标进行评价。

七、类库mlxtend实现关联分析的例子

from mlxtend.frequent_patterns import apriori
from mlxtend.preprocessing import TransactionEncoder
import pandas as pd

# 购物篮数据
dataset = [['牛奶', '面包', '尿布'],
           ['可乐', '面包', '尿布', '啤酒'],
           ['牛奶', '尿布', '啤酒', '鸡蛋'],
           ['面包', '牛奶', '尿布', '啤酒'],
           ['面包', '牛奶', '尿布', '可乐']]

# 转换数据格式
te = TransactionEncoder()
te_ary = te.fit_transform(dataset)
df = pd.DataFrame(te_ary, columns=te.columns_)

# 计算频繁项集
frequent_itemsets = apriori(df, min_support=0.6, use_colnames=True)

# 输出频繁项集
print(frequent_itemsets)

以上代码中，首先定义了一个购物篮数据集`dataset`，然后使用`TransactionEncoder`将数据转换为二进制格式，再使用`apriori`函数计算频繁项集。在这里，我们设置了最小支持度为0.6，表示只有在至少60%的购物篮中出现的商品组合才被认为是频繁项集。最后，我们输出了所有的频繁项集及其支持度。