基于 Python 的大型超市商品销售关联度分析系统

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1. 项目背景

        本项目通过对数据挖掘领域中的关联规则经典算法Apriori,运用关联规则对某大型超市超市的部分数据进行分析、挖掘,判定发现不同类商品之间的关联度,挖掘出商品中隐藏的实用价值,进而在实际销售运作中有效地避免这类错误,给超市提出适当的货架销售建议与货架摆放依据,利于增加超市的运营利润。

2. 功能组成

        基于 Python 的大型超市商品销售关联度分析系统的主要功能包括：

3. Apriori关联挖掘算法

3.1 关联规则挖掘定义

        关联规则挖掘是数据挖掘领域的热点，关联规则反映一个对象与其他对象之间的相互依赖关系，如果多个对象之间存在一定的关联关系，那么一个对象可以通过其他对象进行预测。大多数关联规则挖掘算法通常采用的一种策略是，将关联规则挖掘任务分解为如下两个主要的子任务：

1. 频繁项集产生（Frequent Itemset Generation）其目标是发现满足最小支持度阈值的所有项集，这些项集称作频繁项集；
2. 规则的产生（Rule Generation）其目标是从上一步发现的频繁项集中提取所有高置信度的规则，这些规则称作强规则。关联分析的目标发现频繁项集；由频繁项集产生强关联规则，这些规则必须大于或等于最小支持度和最小置信度。

        关联分析的目标是：

1. 发现频繁项集；
2. 由频繁项集产生强关联规则，这些规则必须大于或等于最小支持度和最小置信度。

3.3 支持度

        支持度表示该数据项在事务中出现的频度。 数据项集X的支持度support(X)是D中包含X的事务数量与D的总事务数量之比，如下公式所示：

        关联规则X=>Y的支持度等于项集X∪Y的支持度，如下公式所示:

         如果support(X)大于等于用户指定的最小支持度minsup，则称X为频繁项目集，否则称X为非频繁项目集。

3.4 置信度

        置信度也称为可信度，规则 X=>Y 的置信度表示D中包含X的事务中有多大可能性也包含Y。表示的是这个规则确定性的强度，记作confidence(X=>Y)。通常，用户会根据自己的挖掘需要来指定最小置信度阈值，记为minconf。

         如果数据项集X满足support(X) >= minsup，则X是频繁数据项集。若规则X=>Y同时满足confidence(X=>Y)>=minconf，则称该规则为强关联规则，否则称为弱关联规则。一般由用户给定最小置信度阈值和最小支持度阈值。发现关联规则的任务就是从数据库中发现那些置信度、支持度大于等于给定最小阈值的强关联规则。

4. 基于 Python 的大型超市商品销售关联度分析系统

4.1 系统注册登录

4.2 超市产品销售数据展示

4.3 超市产品销售整体情况可视化分析

        针对超市近期销售数据进行统计分析和可视化：

@app.route('/product_analysis')
def product_analysis():
    """婴儿性别和年龄数据"""
    type_counts = type_df['Types'].value_counts().reset_index()
    type_counts = type_counts.sort_values(by='index')

    # 用户一次购买商品数量分布
    product_len_counts = {}
    for pro in products:
        jian_shu = '{}件'.format(len(pro))
        if jian_shu not in product_len_counts:
            product_len_counts[jian_shu] = 0
        product_len_counts[jian_shu] += 1

    product_len_counts = sorted(product_len_counts.items(), key=lambda x: x[1], reverse=True)

    product_counts = {}
    for pros in products:
        for pro in pros:
            if pro not in product_counts:
                product_counts[pro] = 0
            product_counts[pro] += 1

    product_counts = sorted(product_counts.items(), key=lambda x: x[1], reverse=True)

    return jsonify({
        '类别': [g for g in type_counts['index'].values],
        '商品个数': type_counts['Types'].values.tolist(),
        '购买商品个数': [pc[0] for pc in product_len_counts],
        '购买商品个数人次': [pc[1] for pc in product_len_counts],
        '商品': [pc[0] for pc in product_counts],
        '购买商品的人数': [pc[1] for pc in product_counts],
    })

4.4 超市产品关联分析与推荐 

@app.route('/clac_product_association//')
def clac_product_association(min_support, min_threshold):
    """计算产品之间的关联规则"""
    te = TransactionEncoder()
    # 进行 one-hot 编码
    te_ary = te.fit(products).transform(products)
    df = pd.DataFrame(te_ary, columns=te.columns_)
    # 利用 Apriori 找出频繁项集
    freq = apriori(df, min_support=float(min_support), use_colnames=True)
    # 计算关联规则
    result = association_rules(freq, metric="confidence", min_threshold=float(min_threshold))
    # 关联结果按照置信度或提升度高进行排序
    result = result.sort_values(by='confidence', ascending=False)
    # 结果保存
    result.to_csv('./results/product_association_min_support{}_{}.csv'.format(min_support, min_threshold),
                  encoding='utf8', index=False)

    results = result.to_dict(orient='records')
    for result in results:
        result['antecedents'] = str(result['antecedents'])[10: -1]  # 前因
        result['consequents'] = str(result['consequents'])[10: -1]  # 后果

    return jsonify(results)

 5. 总结

        本项目通过对数据挖掘领域中的关联规则经典算法Apriori,运用关联规则对某大型超市超市的部分数据进行分析、挖掘,判定发现不同类商品之间的关联度,挖掘出商品中隐藏的实用价值,进而在实际销售运作中有效地避免这类错误,给超市提出适当的货架销售建议与货架摆放依据,利于增加超市的运营利润。 

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