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基於Spark的FPGrowth(關聯規則演算法)

在推薦中,關聯規則推薦使用的比較頻繁,畢竟是通過概率來預測的,易於理解且準確度比較高,不過有一個缺點為,想要覆蓋推薦物品的數量,就要降低支援度與置信度。過高的支援度與置信度會導致物品覆蓋不過,這裡需要其他的推薦方法合作,建議使用基於Spark的模型推薦演算法(矩陣分解+ALS).

一FPGrowth演算法描述:

FPGrowth演算法

概念:支援度,置信度,提升度(Spark好像沒有計算這個的函式,需要自己計算)
列子:假如10000個消費者購買了商品,尿布1000個,啤酒2000個,麵包500個,同時購買了尿布和啤酒800個,同時購買了尿布和麵包100個。
1)支援度:在所有項集中出現的可能性,項集同時含有,x與y的概率。是第一道門檻,衡量量是多少,可以理解為‘出鏡率’,一般會支援初始值過濾掉低的規則。
尿布和啤酒的支援度為:800/10000=8%
2)置信度:在X發生的條件下,Y發生的概率。這是第二道門檻,衡量的是質量,設定最小的置信度篩選可靠的規則。
尿布-》啤酒的置信度為:800/1000=80%,啤酒-》尿布的置信度為:800/2000=40%
3)提升度:在含有x條件下同時含有Y的可能性(x->y的置信度)比沒有x這個條件下含有Y的可能性之比:confidence(尿布=> 啤酒)/概率(啤酒)) = 80%/((2000+800)/10000) 。如果提升度=1,那就是沒啥關係這兩個。
通過支援度和置信度可以得出強關聯關係,通過提升的,可判別有效的強關聯關係。

2 FPGrowth特點

1)產生候選集,2)只需要兩次遍歷資料庫,提高效率。
再舉個我們這裡的列子,列如時間的原因是,使用最近的行為訓練規則,太久的行為沒有意義
樣本如下:
列子:使用者,時間,消費的漫畫
u1,20160925,成都1995,seven,神獸退散。
u2,20160925,成都1995,seven,six。
u1,20160922,成都1995,惡魔日記

比如產生了如下規則:
規則:成都1995,seven->神獸退散
這條規則:
成都1995,seven的支援度2/3
成都1995,seven-》神獸退散,的置信度1/2
這裡打個廣告哈,成都1995,seven,神獸退散(漫畫)比較真的比較好看,成都1995也要拍網劇了哈!!


關聯規則主要的難道在於頻繁項集的篩選,apriori演算法就是一個一個組合的,如果item數量很多,那麼太慢了,FPGrowth演算法速度比較快。
我本身對FPGowth的樹形結構產生頻繁項集不是特別瞭解,以後可以研究下哈,核心點就是通過頭樹和樹減少遍歷次數吧
3
演算法
輸入:引數,樣本
輸出:規則
FPGrowth參考資料
參考資料
http://www.cnblogs.com/zhangchaoyang/articles/2198946.html

二Spark程式碼實現(修改了一下Spark的列子)

//資料樣本:
r z h k p
z y x w v u t s
s x o n r
x z y m t s q e
z
x z y r q t p
package org.wq.scala.ml

import org.apache.spark.mllib.fpm.FPGrowth
import org.apache.spark.{SparkConf, SparkContext}

/**
  * Created by Administrator on 2016/10/24.
  */
object FP_GrowthTest {

  def main(args:Array[String]){
    val conf = new SparkConf().setAppName("FPGrowthTest").setMaster("local").set("spark.sql.warehouse.dir","E:/ideaWorkspace/ScalaSparkMl/spark-warehouse")
    val sc = new SparkContext(conf)
    //設定引數
    //最小支援度
    val minSupport=0.2
    //最小置信度
    val minConfidence=0.8
    //資料分割槽
    val numPartitions=2

    //取出資料
    val data = sc.textFile("data/mllib/sample_fpgrowth.txt")

    //把資料通過空格分割
    val transactions=data.map(x=>x.split(" "))
    transactions.cache()
    //建立一個FPGrowth的演算法實列
    val fpg = new FPGrowth()
    //設定訓練時候的最小支援度和資料分割槽
    fpg.setMinSupport(minSupport)
    fpg.setNumPartitions(numPartitions)

    //把資料帶入演算法中
    val model = fpg.run(transactions)

    //檢視所有的頻繁項集,並且列出它出現的次數
    model.freqItemsets.collect().foreach(itemset=>{
     println( itemset.items.mkString("[", ",", "]")+","+itemset.freq)
    })

    //通過置信度篩選出推薦規則則
    //antecedent表示前項
    //consequent表示後項
    //confidence表示規則的置信度
    //這裡可以把規則寫入到Mysql資料庫中,以後使用來做推薦
    //如果規則過多就把規則寫入redis,這裡就可以直接從記憶體中讀取了,我選擇的方式是寫入Mysql,然後再把推薦清單寫入redis
    model.generateAssociationRules(minConfidence).collect().foreach(rule=>{
       println(rule.antecedent.mkString(",")+"-->"+
        rule.consequent.mkString(",")+"-->"+ rule.confidence)
    })
    //檢視規則生成的數量
    println(model.generateAssociationRules(minConfidence).collect().length)

    //並且所有的規則產生的推薦,後項只有1個,相同的前項產生不同的推薦結果是不同的行
    //不同的規則可能會產生同一個推薦結果,所以樣本資料過規則的時候需要去重

  }
}

上面規則是本地執行的,部署的話需要改下哈,程式碼如下

package org.wq.scala.ml

import org.apache.spark.mllib.fpm.FPGrowth
import org.apache.spark.{SparkConf, SparkContext}

/**
  * Created by Administrator on 2016/10/24.
  */
object FP_Growth {

  def main(args:Array[String]){

    if(args.length!=4){
      println("請輸入4個引數 購物籃資料路徑 最小支援度 最小置信度 資料分割槽")
      System.exit(0)
    }

    val conf = new SparkConf().setAppName("FPGrowthTest")
    val sc = new SparkContext(conf)

    val data_path=args(0)
    //設定引數
    //最小支援度
    val minSupport=args(1).toDouble
    //最小置信度
    val minConfidence=args(2).toDouble
    //資料分割槽
    val numPartitions=args(3).toInt


    //取出資料
    val data = sc.textFile(data_path)
    //把資料通過空格分割
    val transactions=data.map(x=>x.split(" "))
    transactions.cache()

    //建立一個FPGrowth的演算法實列
    val fpg = new FPGrowth()
    //設定訓練時候的最小支援度和資料分割槽
    fpg.setMinSupport(minSupport)
    fpg.setNumPartitions(numPartitions)

    //把資料帶入演算法中
    val model = fpg.run(transactions)

    //檢視所有的頻繁項集,並且列出它出現的次數
    model.freqItemsets.collect().foreach(itemset=>{
     println( itemset.items.mkString("[", ",", "]")+","+itemset.freq)
    })

    //通過置信度篩選出推薦規則則
    //antecedent表示前項
    //consequent表示後項
    //confidence表示規則的置信度
    //這裡可以把規則寫入到Mysql資料庫中,以後使用來做推薦
    //如果規則過多就把規則寫入redis,這裡就可以直接從記憶體中讀取了,我選擇的方式是寫入Mysql,然後再把推薦清單寫入redis
    model.generateAssociationRules(minConfidence).collect().foreach(rule=>{
       println(rule.antecedent.mkString(",")+"-->"+
        rule.consequent.mkString(",")+"-->"+ rule.confidence)
    })
    //檢視規則生成的數量
    println(model.generateAssociationRules(minConfidence).collect().length)

    //並且所有的規則產生的推薦,後項只有1個,相同的前項產生不同的推薦結果是不同的行
    //不同的規則可能會產生同一個推薦結果,所以樣本資料過規則的時候需要去重

  }
}

三提交部署

上傳jar與資料到主節點
這裡寫圖片描述
這裡寫圖片描述

#然後把資料檔案scp到各個節點
cd /home/jar/data
scp sample_fpgrowth.txt spark@slave1:/home/jar/data/
scp sample_fpgrowth.txt spark@slave2:/home/jar/data/

這裡寫圖片描述

然後提交給spark叢集執行
資料目錄:/home/jar/data
jar目錄:/home/jar
模型目錄:/home/jar/model

spark-submit  --class org.wq.scala.ml.FP_Growth --master spark://master:7077 --executor-memory 700m --num-executors 1  /home/jar/FP_Growth.jar  /home/jar/data/sample_fpgrowth.txt 0.2 0.8 2

執行結果:
頻繁項集:
這裡寫圖片描述

規則:
這裡寫圖片描述

叢集跑job資訊
這裡寫圖片描述

四:注意事項

1我使用了20w多樣本計算,近2000個物品,支援度5%,置信70%,訓練出來的規則很多,最後匹配的規則比較慢,而且物品的覆蓋比較少。所以把近2000的物品修改為主推的近500,這樣規則就減少了很多,切覆蓋的物品也比較多。具體引數自己試下哈,樣本和樣本的結構不一樣。
2FpGrowth的訓練其實比較快的,把樣本量提升到了50w,訓練的時間也是分鐘級別的,10分鐘左右吧,前提是支援度比高。在調整演算法的時間,支援度很重要,關係到執行的時間,我把支援度調整的很低的時候,演算法跑不出來,也會記憶體溢位(本身記憶體也不大哈)。不過時間多也無所謂,因為本身就是離線模型訓練哈。
3引數調整方案,多試試,覺得準確性和物品覆蓋比較滿意的時候就行了額,至於引數的自動迭代,完全沒什麼思路,除了輸入不同引數,求最好。
4訓練的時候資料能cache就cache哈,會比叫快哈
5 這個訓練中,6個樣本,都產生了85個規則,可以想象,樣本量大了之後,規則暴多,所以把規則寫入mysql,group by,group_concat()(會mysql的應該明白我說啥)可以合併規則,把置信度高的放在前面,當然自己寫程式碼可以哈。
s,t,x–>z–>1
s,t,x–>y–>1
合併為s,t,x–>z,y置信度高的在前面哈

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