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數(shù)據(jù)挖掘研究內(nèi)容和本質(zhì) |
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隨著DMKD研究逐步走向深入，數(shù)據(jù)挖掘和知識(shí)發(fā)現(xiàn)的研究已經(jīng)形成了三根強(qiáng)大的技術(shù)支柱：數(shù)據(jù)庫、人工智能和
數(shù)理統(tǒng)計(jì)。因此，KDD大會(huì)程序委員會(huì)曾經(jīng)由這三個(gè)學(xué)科的權(quán)威人物同時(shí)來任主席。目前DMKD的主要研究內(nèi)容包括基礎(chǔ)理論、發(fā)現(xiàn)算法、數(shù)據(jù)倉庫、可視化技
術(shù)、定性定量互換模型、知識(shí)表示方法、發(fā)現(xiàn)知識(shí)的維護(hù)和再利用、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)中的知識(shí)發(fā)現(xiàn)以及網(wǎng)上數(shù)據(jù)挖掘等。
數(shù)據(jù)挖掘所發(fā)現(xiàn)的知識(shí)最常見的有以下四類： |
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廣義知識(shí)（Generalization） |
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廣義知識(shí)指類別特征的概括性描述知識(shí)。根據(jù)數(shù)據(jù)的微觀特性發(fā)現(xiàn)其表征的、帶有普遍性的、較高層次概念的、中觀和宏觀的知識(shí)，反映同類事物共同性質(zhì)，是對(duì)數(shù)據(jù)的概括、精煉和抽象。
廣
義知識(shí)的發(fā)現(xiàn)方法和實(shí)現(xiàn)技術(shù)有很多，如數(shù)據(jù)立方體、面向?qū)傩缘臍w約等。數(shù)據(jù)立方體還有其他一些別名，如“多維數(shù)據(jù)庫”、“實(shí)現(xiàn)視圖”、“OLAP"等。該
方法的基本思想是實(shí)現(xiàn)某些常用的代價(jià)較高的聚集函數(shù)的計(jì)算，諸如計(jì)數(shù)、求和、平均、最大值等，并將這些實(shí)現(xiàn)視圖儲(chǔ)存在多維數(shù)據(jù)庫中。既然很多聚集函數(shù)需經(jīng)
常重復(fù)計(jì)算，那么在多維數(shù)據(jù)立方體中存放預(yù)先計(jì)算好的結(jié)果將能保證快速響應(yīng)，并可靈活地提供不同角度和不同抽象層次上的數(shù)據(jù)視圖。另一種廣義知識(shí)發(fā)現(xiàn)方法
是加拿大SimonFraser大學(xué)提出的面向?qū)傩缘臍w約方法。這種方法以類SQL語言表示數(shù)據(jù)挖掘查詢，收集數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)數(shù)據(jù)集，然后在相關(guān)數(shù)據(jù)集上
應(yīng)用一系列數(shù)據(jù)推廣技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)推廣，包括屬性刪除、概念樹提升、屬性閾值控制、計(jì)數(shù)及其他聚集函數(shù)傳播等。 |
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關(guān)聯(lián)知識(shí)（Association） |
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它反映一個(gè)事件和其他事件之間依賴或關(guān)聯(lián)的知識(shí)。如果兩項(xiàng)或多項(xiàng)屬性之間存在關(guān)聯(lián)，那么其中一項(xiàng)的屬性值就可
以依據(jù)其他屬性值進(jìn)行預(yù)測。最為著名的關(guān)聯(lián)規(guī)則發(fā)現(xiàn)方法是R.Agrawal提出的Apriori算法。關(guān)聯(lián)規(guī)則的發(fā)現(xiàn)可分為兩步。第一步是迭代識(shí)別所有
的頻繁項(xiàng)目集，要求頻繁項(xiàng)目集的支持率不低于用戶設(shè)定的最低值；第二步是從頻繁項(xiàng)目集中構(gòu)造可信度不低于用戶設(shè)定的最低值的規(guī)則。識(shí)別或發(fā)現(xiàn)所有頻繁項(xiàng)目
集是關(guān)聯(lián)規(guī)則發(fā)現(xiàn)算法的核心，也是計(jì)算量最大的部分。 |
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分類知識(shí)(Classification＆Clustering) |
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它反映同類事物共同性質(zhì)的特征型知識(shí)和不同事物之間的差異型特征知識(shí)。最為典型的分類方法是基于決策樹的分類
方法。它是從實(shí)例集中構(gòu)造決策樹，是一種有指導(dǎo)的學(xué)習(xí)方法。該方法先根據(jù)訓(xùn)練子集（又稱為窗口）形成決策樹。如果該樹不能對(duì)所有對(duì)象給出正確的分類，那么
選擇一些例外加入到窗口中，重復(fù)該過程一直到形成正確的決策集。最終結(jié)果是一棵樹，其葉結(jié)點(diǎn)是類名，中間結(jié)點(diǎn)是帶有分枝的屬性，該分枝對(duì)應(yīng)該屬性的某一可
能值。最為典型的決策樹學(xué)習(xí)系統(tǒng)是ID3，它采用自頂向下不回溯策略，能保證找到一個(gè)簡單的樹。算法C4.5和C5.0都是ID3的擴(kuò)展，它們將分類領(lǐng)域
從類別屬性擴(kuò)展到數(shù)值型屬性。
數(shù)據(jù)分類還有統(tǒng)計(jì)、粗糙集（RoughSet）等方法。線性回歸和線性辨別分析是典型的統(tǒng)計(jì)模型。為降低決策樹生成代價(jià)，人們還提出了一種區(qū)間分類器。最近也有人研究使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行分類和規(guī)則提取。 |
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預(yù)測型知識(shí)（Prediction） |
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它根據(jù)時(shí)間序列型數(shù)據(jù)，由歷史的和當(dāng)前的數(shù)據(jù)去推測未來的數(shù)據(jù)，也可以認(rèn)為是以時(shí)間為關(guān)鍵屬性的關(guān)聯(lián)知識(shí)。
目
前，時(shí)間序列預(yù)測方法有經(jīng)典的統(tǒng)計(jì)方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和機(jī)器學(xué)習(xí)等。1968年Box和Jenkins提出了一套比較完善的時(shí)間序列建模理論和分析方法，這些
經(jīng)典的數(shù)學(xué)方法通過建立隨機(jī)模型，如自回歸模型、自回歸滑動(dòng)平均模型、求和自回歸滑動(dòng)平均模型和季節(jié)調(diào)整模型等，進(jìn)行時(shí)間序列的預(yù)測。由于大量的時(shí)間序列
是非平穩(wěn)的，其特征參數(shù)和數(shù)據(jù)分布隨著時(shí)間的推移而發(fā)生變化。因此，僅僅通過對(duì)某段歷史數(shù)據(jù)的訓(xùn)練，建立單一的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，還無法完成準(zhǔn)確的預(yù)測任
務(wù)。為此，人們提出了基于統(tǒng)計(jì)學(xué)和基于精確性的再訓(xùn)練方法，當(dāng)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)存預(yù)測模型不再適用于當(dāng)前數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)模型重新訓(xùn)練，獲得新的權(quán)重參數(shù)，建立新的模型。
也有許多系統(tǒng)借助并行算法的計(jì)算優(yōu)勢進(jìn)行時(shí)間序列預(yù)測。 |
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偏差型知識(shí)(Deviation) |
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此外，還可以發(fā)現(xiàn)其他類型的知識(shí)，如偏差型知識(shí)(Deviation)，它是對(duì)差異和極端特例的描述，揭示事
物偏離常規(guī)的異常現(xiàn)象，如標(biāo)準(zhǔn)類外的特例，數(shù)據(jù)聚類外的離群值等。所有這些知識(shí)都可以在不同的概念層次上被發(fā)現(xiàn)，并隨著概念層次的提升，從微觀到中觀、到
宏觀，以滿足不同用戶不同層次決策的需要。 |
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數(shù)據(jù)挖掘的功能 |
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數(shù)據(jù)挖掘通過預(yù)測未來趨勢及行為，做出前攝的、基于知識(shí)的決策。數(shù)據(jù)挖掘的目標(biāo)是從數(shù)據(jù)庫中發(fā)現(xiàn)隱含的、有意義的知識(shí)，主要有以下五類功能。 |
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自動(dòng)預(yù)測趨勢和行為 |
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數(shù)據(jù)挖掘自動(dòng)在大型數(shù)據(jù)庫中尋找預(yù)測性信息，以往需要進(jìn)行大量手工分析的問題如今可以迅速直接由數(shù)據(jù)本身得出
結(jié)論。一個(gè)典型的例子是市場預(yù)測問題，數(shù)據(jù)挖掘使用過去有關(guān)促銷的數(shù)據(jù)來尋找未來投資中回報(bào)最大的用戶，其它可預(yù)測的問題包括預(yù)報(bào)破產(chǎn)以及認(rèn)定對(duì)指定事件
最可能作出反應(yīng)的群體。 |
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關(guān)聯(lián)分析 |
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數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)是數(shù)據(jù)庫中存在的一類重要的可被發(fā)現(xiàn)的知識(shí)。若兩個(gè)或多個(gè)變量的取值之間存在某種規(guī)律性，就稱為關(guān)
聯(lián)。關(guān)聯(lián)可分為簡單關(guān)聯(lián)、時(shí)序關(guān)聯(lián)、因果關(guān)聯(lián)。關(guān)聯(lián)分析的目的是找出數(shù)據(jù)庫中隱藏的關(guān)聯(lián)網(wǎng)。有時(shí)并不知道數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)函數(shù)，即使知道也是不確定的，
因此關(guān)聯(lián)分析生成的規(guī)則帶有可信度。 |
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聚類 |
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數(shù)據(jù)庫中的記錄可被化分為一系列有意義的子集，即聚類。聚類增強(qiáng)了人們對(duì)客觀現(xiàn)實(shí)的認(rèn)識(shí)，是概念描述和偏差分
析的先決條件。聚類技術(shù)主要包括傳統(tǒng)的模式識(shí)別方法和數(shù)學(xué)分類學(xué)。80年代初，Mchalski提出了概念聚類技術(shù)牞其要點(diǎn)是，在劃分對(duì)象時(shí)不僅考慮對(duì)象
之間的距離，還要求劃分出的類具有某種內(nèi)涵描述，從而避免了傳統(tǒng)技術(shù)的某些片面性。 |
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概念描述 |
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概念描述就是對(duì)某類對(duì)象的內(nèi)涵進(jìn)行描述，并概括這類對(duì)象的有關(guān)特征。概念描述分為特征性描述和區(qū)別性描述，前
者描述某類對(duì)象的共同特征，后者描述不同類對(duì)象之間的區(qū)別。生成一個(gè)類的特征性描述只涉及該類對(duì)象中所有對(duì)象的共性。生成區(qū)別性描述的方法很多，如決策樹
方法、遺傳算法等。 |
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偏差檢測 |
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數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)常有一些異常記錄，從數(shù)據(jù)庫中檢測這些偏差很有意義。偏差包括很多潛在的知識(shí)，如分類中的反常實(shí)例、不滿足規(guī)則的特例、觀測結(jié)果與模型預(yù)測值的偏差、量值隨時(shí)間的變化等。偏差檢測的基本方法是，尋找觀測結(jié)果與參照值之間有意義的差別。 |
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數(shù)據(jù)挖掘常用技術(shù) |
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人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) |
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仿照生理神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的非線形預(yù)測模型，通過學(xué)習(xí)進(jìn)行模式識(shí)別。 |
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決策樹 |
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代表著決策集的樹形結(jié)構(gòu)。 |
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遺傳算法 |
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基于進(jìn)化理論，并采用遺傳結(jié)合、遺傳變異、以及自然選擇等設(shè)計(jì)方法的優(yōu)化技術(shù)。 |
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近鄰算法 |
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將數(shù)據(jù)集合中每一個(gè)記錄進(jìn)行分類的方法。 |
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規(guī)則推導(dǎo) |
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從統(tǒng)計(jì)意義上對(duì)數(shù)據(jù)中的“如果-那么”規(guī)則進(jìn)行尋找和推導(dǎo)。
采用上述技術(shù)的某些專門的分析工具已經(jīng)發(fā)展了大約十年的歷史，不過這些工具所面對(duì)的數(shù)據(jù)量通常較小。而現(xiàn)在這些技術(shù)已經(jīng)被直接集成到許多大型的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)倉庫和聯(lián)機(jī)分析系統(tǒng)中去了。 |
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摘自《數(shù)據(jù)挖掘討論組》 |