什么是数据挖掘
文章目录
- 什么是数据挖掘
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- 1.分类问题
- 2.聚类问题
- 3.回归问题
- 数据挖掘相关的标准库
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- 数据挖掘
- 模型训练
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- 分类问题
- 聚类问题
- 回归问题
- 关联问题
- 模型集成
- 模型评估
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- 评估指标
- 混淆矩阵与标准率指标
- 泛化能力评估
什么是数据挖掘
数据挖掘就是寻找数据中隐含的知识并用于生产产业价值。我们在数据中（尤其在大量的数据中）找到一些价值。
##数挖掘有什么用处？
数据挖掘是一种方法，就用它去解决一些问题，比较常见的问题有
1.分类问题
分类问题就是判断一个事物是否符合相关的标准，如判断一条新闻是社会新闻还是时政新闻，就是对已知类别的数据进行学习，为新的内容注明一个类别。
2.聚类问题
聚类与分类不同，聚类的类别预先是不清楚的。聚类就是要去发现这些类别，适合一些不确定的类别场景。
3.回归问题
简单来说，回归问题可以看作解线性方程，最大的特点就是生成的结果是连续的，而分类和聚类的结果是分散的。
通过使用回归的方法构建一个模型拟合已知的数据，然后测量因变量的结果。
数据挖掘相关的标准库
python的标准库是其核心的扩展，有两个能帮助学习的常用包的方法：
第三方库
- 基础模块
| 名称 | 含义 |
|---|---|
| NumPy | Python 语言扩展程序库，支持大量的维度数组与矩阵运算。 |
| SciPy | 集成了数学、科学和工程的计算包， 它用于有效计算 Numpy 矩阵，使 Numpy 和 Scipy 协同工作。 |
| Matplotlib | 专门用来绘图的工具包，可以使用它来进行数据可视化。 |
| pandas | 数据分析工具包，它基于 NumPy 构建，纳入了大量的库和标准数据模型。 |
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机器学习
机器学习常用的库也有 4 个，包含了基础数据挖掘、图像处理与自然语言处理常用算法。它们可以支撑 日常工程中的常见算法处理方案
| 名称 | 含义 |
|---|---|
| scikit-learn | 基于 SciPy 进行延伸的机器学习工具包，包含大量的机器学习算法模型，有 6 大基本 功能：分类、回归、聚类、数据降维、模型选择和数据预处理。 |
| OpenCV | 非常庞大的图像处理库，实现了非常多的图像和视频处理方法，如图像视频加载、基 础特征获取、边缘检测等，处理图像通常都需要其支持。 |
| NLTK | 比较传统的自然语言处理模块，自带很多语料，以及全面的传统自然语言处理算法， 比如字符串处理、卡方检验等，非常适合自然语言入门使用。 |
| Gensim | 包含了浅层词嵌入的文本处理模块，以及常用的自然语言处理相关方法，如 TF-IDF、 word2vec 等模型。 |
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深度学习平台
平台名称 开发平台 优点 TensorFlow 谷歌 相对成熟、应用广泛、服务全面、提供学习视频和其认证计划。 PyTorch Facebook 支持更加快速地构建项目。 PaddlePaddle 百度 中文文档全面，对于汉语的相关模型比较丰富。
数据挖掘
根据前人总结的方法论，我们在开始做数据挖掘的时候需要有一些准备。
模型训练
对于要解决的问题往往有共同点，针对每一类型的问题，就可以用相对应的算法，比如
分类问题
比如：电影质量是好还是差，风险内容是有风险还是无风险，情感是正向的还是负向的。
分类是有监督的学习过程，分类问题首先要有一批已经有标签结果的数据，经过分类算法的学习，就可以预测新的数据和新的未知数据的分类。如果缺少这些数据信息，就没有办法进行分类，就要考虑使用其他的算法，如聚类算法。或者处理数据，通过人工进行标注。
分类方法中包含3中情况：
- 二分法 ：这是最简单的一种，问题答案只有“是”，“否”。在处理用户内容时，首先要做一个较大的判断。eg：判断一群人是否是旅游的
- 多分类 ：在二分类的基础上，将标签可选范围扩大。要给一条内容标注它的玩法，那种类就有很多种了，eg：跑步，游泳，登山，骑车等等
- 多标签分类 ：在多分类的基础上再升级的方法。对于二分法和多分类，一条内容最后的结果只有一个，标签之间是互斥的关系。但是多标签分类下的一条数据可以被标注上多个标签。eg：一个人可以打篮球，也可以踢足球，还可以跑步。这两者并不冲突
由于分类问题众多，所以用来解决分类问题的算法也非常多，比如：KNN算法，决策树算法，随机森林，SVM等等，都可以解决分类问题。
聚类问题
跟聚类不同，聚类是无监督的，简单来说就是，只知道一些数据，而且需要为这些数据分类，划分的类有多少个不清楚，数量的基数很大。
聚类就是要划分小组，通常小组之间可能有4中情况：
- 互斥：小组和小组之间没有交集，只能存在于一个小组中。划分的方法通常用于互斥的小组，划分的方法就好像在数据之间画几条线，把数据分成几个小组。划分完之后，数据都会有自己的类别。
- 相交：小组和小组之间有交集。可以使用基于密度的聚类，用来解决数据形状不均匀的情况，有些数据集分布并不均匀，而 是呈现不规则的形状，而且组和组之间有一片空白区域，这个时候用划分的方法就很难处理，但是 基于密度的聚类不会受到分布形状的影响，只是根据数据的紧密程度去聚类。
- 层次：一个大组还可以细分成若干个小组，包含的关系。基于层次的聚类，需要使用对数据细分情况，
- 模糊：一个用户并不绝对属于某个小组，只是用概率来表示某个小组的关系。 这种聚类方法首先假设我们的数据符合某种概率分布模型，比如说 高斯分布或者正态分布， 那么对于每一种类别都会有一个分布曲线，然后按照这个概率分布对数 据进行聚类，从而获得模糊聚类的关系。
回归问题
与分类十分相似，都是根据已知的数据去学习，然后为新的数据进行预测，不同的地方是，分类方法输出的结果是离散的，回归的方法输出的结果是连续的
这张图说明不管是线性的还是非线性的数据，都可以使用回归分析。
可以看到，数据散落在坐标系上，通过学习你可以得到一条线，较好地拟合了这些数据。这条线可能不 通过任何一个数据点，而是使得所有数据点到这条线的距离都是最短的，或者说是损失最小的。根据这 条线，如果给出一个新的 x，那么你就能算出对应的 y 是多少。
关联问题
关联问题的方法就是关联分析，这是一种无监督学习，它的目标就是挖掘隐藏在数据中的关联模式并加以利用，分析关联是要在已有的数据中寻找数据的相关关系，所以，关联分析被广泛地用于各种商品销售分析、相关推荐系统分析、用户行为分析等情况。
模型集成
每个问题都可以通过相应的机器学习算法来进行解决。但 是，在实践的时候，很多问题不是靠一个算法、一个模型就能解决的，往往要针对具体的细节使用多个 模型以获得最佳效果，所以就要用到模型集成。
模型集成也叫做集成学习，就是整合多个模型来提升整体的效果。
既然是要合并多个模型，那么很容易想到训练多个并列的模型，或者串行地训练多个模型。
- Bagging（装袋法）： 比如多次随机抽样构建训练集，每构建一次，就训练一个模型，最后对多 个模型的结果附加一层决策，使用平均结果作为最终结果。随机森林算法就运用了该方法，
- Boosting（增强法）： 这个就是串行的训练，即每次把上一次训练的结果也作为一个特征，不断 地强化学习的效果
- Stacking（堆叠法）： 这个方法比较宽泛，它对前面两种方法进行了扩展，训练的多个模型既可 以进行横向扩展，也可以进行串行增强，最终再使用分类或者回归的方法把前面模型的结果进行整 合。其中的每一个模型可以使用不同的算法，对于结构也没有特定的规则。所以，在使用堆叠法时，就需要你在具体业务场景中不断地去进行尝试和优 化，以达到最佳效果。
模型评估
评估指标
混淆矩阵与标准率指标
标准率相关指标是在模型评估时最受关注的指标，它直接反映了一个模型对于样本数据的学习情况，是一种标准化的检验。
我们把这 1000 张图放进分类器进行分类计算，每张图都会得到一个预测结果，通过对预测结果的统计 可以知道，被模型预测为 “是” 的图片有 770 张，被模型预测为 “否” 的图片有 230 张。这个时候每张图 上会有两个结果：一个人工标注结果、一个模型预测结果。根据这两个数据的统计，可以得到一个混淆 矩阵：
| 样本 1000 份 | 模型预测：是 | 模型预测：否 |
|---|---|---|
| 人工标注：是 | 745（TP） | 55（FN） |
| 人工标注：否 | 25（FP） | 175（TN） |
矩阵中包含以下 4 种数值：
- 真阳性（True Positive，TP）：小猪图被判定为小猪图。样本的真实类别是正例，并且模型预测的 结果也是正例（在本案例中此数值为 745）。
- 真阴性（True Negative，TN）：不是小猪图被判定为不是小猪图。样本的真实类别是负例，并且 模型将其预测成为负例（在本案例中此数值为 175）。
- 假阳性（False Positive，FP）：不是小猪图被判定为小猪图。样本的真实类别是负例，但是模型将 其预测成为正例（在本案例中此数值为 25）。
- 假阴性（False Negative，FN）：小猪图被判定为不是小猪图。样本的真实类别是正例，但是模型 将其预测成为负例（在本案例中此数值为 55）。
泛化能力评估
泛化能 力反映的是模型对未知数据的判断能力，因为在数据挖掘中，数据的维度 通常有很多，而且数据也都是非标准值，任意记录之间的数据都会存在着差异，所以泛化能力好的模型 在数据存在着波动的情况下，仍然能够做出正确的判断。
- 过拟合与欠拟合
我们通过两个指标可以评估模型的泛化能力是好还是坏，那就是过拟合（overfitting）和欠拟合 （underfitting）。
过拟合：模型在训练集上表现良好，而在测试集或者验证集上表现不佳。这就是说，模型对样本学习有 些过度了，已经进入了死记硬背的程度，而不是掌握了普适规律，这个时候可以说泛化能力比较差。
欠拟合：在训练集和测试集上的表现都不好。这就是说模型连最基本的内容都没有学到，比如老师教你 1+1=2、1+2=3，考试也考 1+1=2，结果还是做错了。
eg：通常情况下，我们的小猪图都像左侧一样，右侧有两张图，上面一张可以看出仍然是小猪图，但是后背 上的线条有一个缺口，如果此时模型告诉我们，这个后背上有个缺口，这不是小猪图，那么这时就出现 了过拟合（判断条件过于苛刻）。右下侧是一张小羊图，如果模型告诉我们这个也有四条腿，这个是小 猪，那就是欠拟合（特征学习不完全）。
考试也考 1+1=2，结果还是做错了。
eg：通常情况下，我们的小猪图都像左侧一样，右侧有两张图，上面一张可以看出仍然是小猪图，但是后背 上的线条有一个缺口，如果此时模型告诉我们，这个后背上有个缺口，这不是小猪图，那么这时就出现 了过拟合（判断条件过于苛刻）。右下侧是一张小羊图，如果模型告诉我们这个也有四条腿，这个是小 猪，那就是欠拟合（特征学习不完全）。
