Технология Data Mining. Методы Data Mining Data mining примеры

В настоящее время элементы искусственного интеллекта активно внедряются в практическую деятельность менеджера. В отличие от традиционных систем искусственного интеллекта, технология интеллектуального поиска и анализа данных или "добыча данных" (Data Mining - DM), не пытается моделировать естественный интеллект, а усиливает его возможности мощностью современных вычислительных серверов, поисковых систем и хранилищ данных. Нередко рядом со словами "Data Mining" встречаются слова "обнаружение знаний в базах данных" (Knowledge Discovery in Databases).

Рис. 6.17.

Data Mining - это процесс обнаружения в сырых данных ранее неизвестных, нетривиальных, практически полезных и доступных интерпретации знаний, необходимых для принятия решений в различных сферах человеческой деятельности. Data Mining представляют большую ценность для руководителей и аналитиков в их повседневной деятельности. Деловые люди осознали, что с помощью методов Data Mining они могут получить ощутимые преимущества в конкурентной борьбе.

В основу современной технологии Data Mining (Discovery-driven Data Mining) положена концепция шаблонов (Patterns), отражающих фрагменты многоаспектных взаимоотношений в данных. Эти шаблоны представляют собой закономерности, свойственные выборкам данных, которые могут быть компактно выражены в понятной человеку форме. Поиск шаблонов производится методами, не ограниченными рамками априорных предположений о структуре выборки и виде распределений значений анализируемых показателей. На рис. 6.17 показана схема преобразования данных с использованием технологии Data Mining.

Рис. 6.18.

Основой для всевозможных систем прогнозирования служит историческая информация, хранящаяся в БД в виде временных рядов. Если удается построить шаблоны, адекватно отражающие динамику поведения целевых показателей, есть вероятность, что с их помощью можно предсказать и поведение системы в будущем. На рис. 6.18 показан полный цикл применения технологии Data Mining.

Важное положение Data Mining - нетривиальность разыскиваемых шаблонов. Это означает, что найденные шаблоны должны отражать неочевидные, неожиданные (Unexpected) регулярности в данных, составляющие так называемые скрытые знания (Hidden Knowledge). К деловым людям пришло понимание, что "сырые" данные (Raw Data) содержат глубинный пласт знаний, и при грамотной его раскопке могут быть обнаружены настоящие самородки, которые можно использовать в конкурентной борьбе.

Сфера применения Data Mining ничем не ограничена - технологию можно применять всюду, где имеются огромные количества каких-либо "сырых" данных!

В первую очередь методы Data Mining заинтересовали коммерческие предприятия, развертывающие проекты на основе информационных хранилищ данных (Data Warehousing). Опыт многих таких предприятий показывает, что отдача от использования Data Mining может достигать 1000%. Известны сообщения об экономическом эффекте, в 10-70 раз превысившем первоначальные затраты от 350 до 750 тыс. долларов. Есть сведения о проекте в 20 млн долларов, который окупился всего за 4 месяца. Другой пример - годовая экономия 700 тыс. долларов за счет внедрения Data Mining в одной из сетей универсамов в Великобритании.

Компания Microsoft официально объявила об усилении своей активности в области Data Mining. Специальная исследовательская группа Microsoft, возглавляемая Усамой Файядом, и шесть приглашенных партнеров (компании Angoss, Datasage, Epiphany, SAS, Silicon Graphics, SPSS) готовят совместный проект по разработке стандарта обмена данными и средств для интеграции инструментов Data Mining с базами и хранилищами данных.

Data Mining является мультидисциплинарной областью, возникшей и развивающейся на базе достижений прикладной статистики, распознавания образов, методов искусственного интеллекта, теории баз данных и др. (рис. 6.19). Отсюда обилие методов и алгоритмов, реализованных в различных действующих системах Data Mining. [Дюк В.А. www.inftech.webservis.ru/it/datamining/ar2.html]. Многие из таких систем интегрируют в себе сразу несколько подходов. Тем не менее, как правило, в каждой системе имеется какая-то ключевая компонента, на которую делается главная ставка.

Можно назвать пять стандартных типов закономерностей, выявляемых с помощью методов Data Mining: ассоциация, последовательность, классификация, кластеризация и прогнозирование.

Рис. 6.19. Области применения технологии Data Mining

Ассоциация имеет место в том случае, если несколько событий связаны друг с другом. Например, исследование, проведенное в компьютерном супермаркете, может показать, что 55% купивших компьютер берут также и принтер или сканер, а при наличии скидки за такой комплект принтер приобретают в 80% случаев. Располагая сведениями о подобной ассоциации, менеджерам легко оценить, насколько действенна предоставляемая скидка.

Если существует цепочка связанных во времени событий, то говорят о последовательности. Так, например, после покупки дома в 45% случаев в течение месяца приобретается и новая кухонная плита, а в пределах двух недель 60% новоселов обзаводятся холодильником.

С помощью классификации выявляются признаки, характеризующие группу, к которой принадлежит тот или иной объект. Это делается посредством анализа уже классифицированных объектов и формулирования некоторого набора правил.

Кластеризация отличается от классификации тем, что сами группы заранее не заданы. С помощью кластеризации средства Data Mining самостоятельно выделяют различные однородные группы данных.

Что такое Data Mining

орпоративная база данных любого современного предприятия обычно содержит набор таблиц, хранящих записи о тех или иных фактах либо объектах (например, о товарах, их продажах, клиентах, счетах). Как правило, каждая запись в подобной таблице описывает какой-то конкретный объект или факт. Например, запись в таблице продаж отражает тот факт, что такой-то товар продан такому-то клиенту тогда-то таким-то менеджером, и по большому счету ничего, кроме этих сведений, не содержит. Однако совокупность большого количества таких записей, накопленных за несколько лет, может стать источником дополнительной, гораздо более ценной информации, которую нельзя получить на основе одной конкретной записи, а именно - сведений о закономерностях, тенденциях или взаимозависимостях между какими-либо данными. Примерами подобной информации являются сведения о том, как зависят продажи определенного товара от дня недели, времени суток или времени года, какие категории покупателей чаще всего приобретают тот или иной товар, какая часть покупателей одного конкретного товара приобретает другой конкретный товар, какая категория клиентов чаще всего вовремя не отдает предоставленный кредит.

Подобного рода информация обычно используется при прогнозировании, стратегическом планировании, анализе рисков, и ценность ее для предприятия очень высока. Видимо, поэтому процесс ее поиска и получил название Data Mining (mining по-английски означает «добыча полезных ископаемых», а поиск закономерностей в огромном наборе фактических данных действительно сродни этому). Термин Data Mining обозначает не столько конкретную технологию, сколько сам процесс поиска корреляций, тенденций, взаимосвязей и закономерностей посредством различных математических и статистических алгоритмов: кластеризации, создания субвыборок, регрессионного и корреляционного анализа. Цель этого поиска - представить данные в виде, четко отражающем бизнес-процессы, а также построить модель, при помощи которой можно прогнозировать процессы, критичные для планирования бизнеса (например, динамику спроса на те или иные товары или услуги либо зависимость их приобретения от каких-то характеристик потребителя).

Отметим, что традиционная математическая статистика, долгое время остававшаяся основным инструментом анализа данных, равно как и средства оперативной аналитической обработки данных (online analytical processing, OLAP), о которых мы уже неоднократно писали (см. материалы на эту тему на нашем компакт-диске), не всегда могут успешно применяться для решения таких задач. Обычно статистические методы и OLAP используются для проверки заранее сформулированных гипотез. Однако нередко именно формулировка гипотезы оказывается самой сложной задачей при реализации бизнес-анализа для последующего принятия решений, поскольку далеко не все закономерности в данных очевидны с первого взгляда.

В основу современной технологии Data Mining положена концепция шаблонов, отражающих закономерности, свойственные подвыборкам данных. Поиск шаблонов производится методами, не использующими никаких априорных предположений об этих подвыборках. Если при статистическом анализе или при применении OLAP обычно формулируются вопросы типа «Каково среднее число неоплаченных счетов заказчиками данной услуги?», то применение Data Mining, как правило, то подразумевает ответы на вопросы типа «Существует ли типичная категория клиентов, не оплачивающих счета?». При этом именно ответ на второй вопрос нередко обеспечивает более нетривиальный подход к маркетинговой политике и к организации работы с клиентами.

Важной особенностью Data Mining является нестандартность и неочевидность разыскиваемых шаблонов. Иными словами, средства Data Mining отличаются от инструментов статистической обработки данных и средств OLAP тем, что вместо проверки заранее предполагаемых пользователями взаимозависимостей они на основании имеющихся данных способны находить такие взаимозависимости самостоятельно и строить гипотезы об их характере.

Следует отметить, что применение средств Data Mining не исключает использования статистических инструментов и OLAP-средств, поскольку результаты обработки данных с помощью последних, как правило, способствуют лучшему пониманию характера закономерностей, которые следует искать.

Исходные данные для Data Mining

ППрименение Data Mining оправданно при наличии достаточно большого количества данных, в идеале - содержащихся в корректно спроектированном хранилище данных (собственно, сами хранилища данных обычно создаются для решения задач анализа и прогнозирования, связанных с поддержкой принятия решений). О принципах построения хранилищ данных мы также неоднократно писали; соответствующие материалы можно найти на нашем компакт-диске, поэтому на этом вопросе мы останавливаться не будем. Напомним лишь, что данные в хранилище представляют собой пополняемый набор, единый для всего предприятия и позволяющий восстановить картину его деятельности на любой момент времени. Отметим также, что структура данных хранилища проектируется таким образом, чтобы выполнение запросов к нему осуществлялось максимально эффективно. Впрочем, существуют средства Data Mining, способные выполнять поиск закономерностей, корреляций и тенденций не только в хранилищах данных, но и в OLAP-кубах, то есть в наборах предварительно обработанных статистических данных.

Типы закономерностей, выявляемых методами Data Mining

огласно В.А.Дюку , выделяют пять стандартных типов закономерностей, выявляемых методами Data Mining:

Ассоциация - высокая вероятность связи событий друг с другом (например, один товар часто приобретается вместе с другим);

Последовательность - высокая вероятность цепочки связанных во времени событий (например, в течение определенного срока после приобретения одного товара будет с высокой степенью вероятности приобретен другой);

Классификация - имеются признаки, характеризующие группу, к которой принадлежит то или иное событие или объект (обычно при этом на основании анализа уже классифицированных событий формулируются некие правила);

Кластеризация - закономерность, сходная с классификацией и отличающаяся от нее тем, что сами группы при этом не заданы - они выявляются автоматически в процессе обработки данных;

Временные закономерности - наличие шаблонов в динамике поведения тех или иных данных (типичный пример - сезонные колебания спроса на те или иные товары либо услуги), используемых для прогнозирования.

Методы исследования данных в Data Mining

егодня существует довольно большое количество разнообразных методов исследования данных. Основываясь на вышеуказанной классификации, предложенной В.А.Дюком, среди них можно выделить:

Регрессионный, дисперсионный и корреляционный анализ (реализован в большинстве современных статистических пакетов, в частности в продуктах компаний SAS Institute, StatSoft и др.);

Методы анализа в конкретной предметной области, базирующиеся на эмпирических моделях (часто применяются, например, в недорогих средствах финансового анализа);

Нейросетевые алгоритмы, идея которых основана на аналогии с функционированием нервной ткани и заключается в том, что исходные параметры рассматриваются как сигналы, преобразующиеся в соответствии с имеющимися связями между «нейронами», а в качестве ответа, являющегося результатом анализа, рассматривается отклик всей сети на исходные данные. Связи в этом случае создаются с помощью так называемого обучения сети посредством выборки большого объема, содержащей как исходные данные, так и правильные ответы;

Алгоритмы - выбор близкого аналога исходных данных из уже имеющихся исторических данных. Называются также методом «ближайшего соседа»;

Деревья решений - иерархическая структура, базирующаяся на наборе вопросов, подразумевающих ответ «Да» или «Нет»; несмотря на то, что данный способ обработки данных далеко не всегда идеально находит существующие закономерности, он довольно часто используется в системах прогнозирования в силу наглядности получаемого ответа;

Кластерные модели (иногда также называемые моделями сегментации) применяются для объединения сходных событий в группы на основании сходных значений нескольких полей в наборе данных; также весьма популярны при создании систем прогнозирования;

Алгоритмы ограниченного перебора, вычисляющие частоты комбинаций простых логических событий в подгруппах данных;

Эволюционное программирование - поиск и генерация алгоритма, выражающего взаимозависимость данных, на основании изначально заданного алгоритма, модифицируемого в процессе поиска; иногда поиск взаимозависимостей осуществляется среди каких-либо определенных видов функций (например, полиномов).

Подробнее об этих и других алгоритмах Data Mining, а также о реализующих их средствах можно прочесть в книге «Data Mining: учебный курс» В.А.Дюка и А.П.Самойленко, выпущенной издательством «Питер» в 2001 году . Сегодня это одна из немногих книг на русском языке, посвященная данной проблеме.

Ведущие производители средств Data Mining

редства Data Mining, как и большинство средств Business Intelligence, традиционно относятся к дорогостоящим программным инструментам - цена некоторых из них доходит до нескольких десятков тысяч долларов. Поэтому до недавнего времени основными потребителями этой технологии были банки, финансовые и страховые компании, крупные торговые предприятия, а основными задачами, требующими применения Data Mining, считались оценка кредитных и страховых рисков и выработка маркетинговой политики, тарифных планов и иных принципов работы с клиентами. В последние годы ситуация претерпела определенные изменения: на рынке программного обеспечения появились относительно недорогие инструменты Data Mining от нескольких производителей, что сделало доступной эту технологию для предприятий малого и среднего бизнеса, ранее о ней и не помышлявших.

К современным средствам Business Intelligence относятся генераторы отчетов, средства аналитической обработки данных, средства разработки BI-решений (BI Platforms) и так называемые Enterprise BI Suites - средства анализа и обработки данных масштаба предприятия, которые позволяют осуществлять комплекс действий, связанных с анализом данных и с созданием отчетов, и нередко включают интегрированный набор BI-инструментов и средства разработки BI-приложений. Последние, как правило, содержат в своем составе и средства построения отчетов, и OLAP-средства, а нередко - и Data Mining-средства.

По данным аналитиков Gartner Group, лидерами на рынке средств анализа и обработки данных масштаба предприятия являются компании Business Objects, Cognos, Information Builders, а претендуют на лидерство также Microsoft и Oracle (рис. 1). Что касается средств разработки BI-решений, то основными претендентами на лидерство в этой области являются компании Microsoft и SAS Institute (рис. 2).

Отметим, что средства Business Intelligence компании Microsoft относятся к сравнительно недорогим продуктам, доступным широкому кругу компаний. Именно поэтому мы и собираемся рассмотреть некоторые практические аспекты применения Data Mining на примере продуктов этой компании в последующих частях данной статьи.

Литература:

1. Дюк В.А. Data Mining - интеллектуальный анализ данных. - http://www.olap.ru/basic/dm2.asp .

2. Дюк В.А., Самойленко А.П. Data Mining: учебный курс. - СПб.: Питер, 2001.

3. B. de Ville. Microsoft Data Mining. Digital Press, 2001.

Мы приветствуем вас на портале Data Mining - уникальном портале, посвященном современным методам Data Mining.

Технологии Data Mining представляют собой мощный аппарат современной бизнес-аналитики и исследования данных для обнаружения скрытых закономерностей и построение предсказательных моделей. Data Mining или добыча знаний основывается не на умозрительных рассуждениях, а на реальных данных.

Рис. 1. Схема применения Data Mining

Problem Definition – Постановка задачи: классификация данных, сегментация, построение предсказательных моделей, прогнозирование.
Data Gathering and Preparation – Сбор и подготовка данных, чистка, верификация, удаление повторных записей.
Model Building – Построение модели, оценка точности.
Knowledge Deployment – Применение модели для решения поставленной задачи.

Data Mining применяется для реализации масштабных аналитических проектов в бизнесе, маркетинге, интернете, телекоммуникациях, промышленности, геологии, медицине, фармацевтике и других областях.

Data Mining позволяет запустить процесс нахождения значимых корреляций и связей в результате просеивания огромного массива данных с использованием современных методов распознавания образов и применения уникальных аналитических технологий, включая деревья принятия решений и классификации, кластеризацию, нейронносетевые методы и другие.

Пользователь, впервые открывший для себя технологию добычи данных, поражается обилию методов и эффективных алгоритмов, позволяющих найти подходы к решению трудных задач, связанных с анализом больших объемов данных.

В целом Data Mining можно охарактеризовать как технологию, предназначенную для поиска в больших объемах данных неочевидных , объективных и практически полезных закономерностей.

В основе Data Mining лежат эффективные методы и алгоритмы, разработанные для анализа неструктурированных данных большого объема и размерности.

Ключевой момент состоит в том, что данные большого объема и большой размерности представляются лишенными структуры и связей. Цель технологии добычи данных – выявить эти структуры и найти закономерности там, где, на первый взгляд, царит хаос и произвол.

Вот актуальный пример применения добычи данных в фармацевтике и лекарственной индустрии.

Взаимодействие лекарственных веществ - нарастающая проблема, с которой сталкивается современное здравоохранение.

Со временем количество назначаемых лекарств (безрецептурных и всевозможных добавок) возрастает, что делает все более и более вероятным взаимодействие между лекарствами, которое может стать причиной серьезных побочных эффектов, о которых не подозревают врачи и пациенты.

Эта область относится к постклиническим исследованиям, когда лекарство уже выпущено на рынок и интенсивно используется.

Клинические исследования относятся к оценке эффективности препарата, но слабо учитывают взаимодействия данного лекарства с другими препаратами, представленными на рынке.

Исследователи из Стэнфордского Университета в Калифорнии изучили базу данных FDA (Food and Drug Administration - Управление по контролю за пищевыми продуктами и лекарственными препаратами) побочных эффектов лекарств и обнаружили, что два часто используемых препарата – антидепрессант пароксетин и правастатин, используемый для понижения уровня холестерина – увеличивают риск развития диабета, если употребляются совместно.

Исследование по проведению подобного анализа, основанного на данных FDA выявило 47 ранее неизвестных неблагоприятных взаимодействий.

Это замечательно, с той оговоркой, что многие отрицательные эффекты, отмеченные пациентами, остаются не выявленными. Как раз в таком случае сетевой поиск способен себя проявить наилучшим образом.

Ближайшие курсы по Data Mining Академии Анализа Данных StatSoft в 2020 г.

Мы начинаем знакомство с Data Mining, используя замечательные видеоролики Академии Анализа Данных.

Обязательно посмотрите наши ролики, и вы поймете, что такое Data Mining!

Видео 1. Что такое Data Mining?

Видео 2. Обзор методов добычи данных: деревья принятия решений, обобщенные предсказательные модели, кластеризация и многое другое

В вашем браузере отключен JavaScript

Прежде чем запустить исследовательский проект, мы должны организовать процесс получения данных из внешних источников, сейчас мы покажем, как это делается.

Ролик познакомит вас с уникальной технологией STATISTICA In-place database processing и связью Data Mining с реальными данными.

Видео 3. Порядок взаимодействия с базами данных: графический интерфейс построения SQL запросов технология In-place database processing

В вашем браузере отключен JavaScript

Теперь мы познакомимся с технологиями интерактивного бурения, эффективными при проведении разведочного анализа данных. Сам термин бурение отражает связь технологии Data Mining с геологоразведкой.

Видео 4. Интерактивное бурение: Разведочные и графические методы для интерактивного исследования данных

В вашем браузере отключен JavaScript

Теперь мы познакомимся с анализом ассоциаций (association rules), эти алгоритмы позволяют находить связи, имеющиеся в реальных данных. Ключевым моментом является эффективность алгоритмов на больших объемах данных.

Результатом алгоритмов анализа связей, например, алгоритма Apriori нахождение правил связей исследуемых объектов с заданной достоверностью, например, 80 %.

В геологии эти алгоритмы можно применять при разведочном анализе полезных ископаемых, например, как признак А связан с признаками В и С.

Вы можете найти конкретные примеры таких решений по нашим ссылкам:

В розничной торговле алгоритма Apriori или их модификации позволяют исследовать связь различных товаров, например, при продаже парфюмерии (духи – лак – туш для ресниц и т.д.) или товаров разных брендов.

Анализ наиболее интересных разделов на сайте также можно эффективно проводить с помощью правил ассоциаций.

Итак, познакомьтесь с нашим следующим роликом.

Видео 5. Правила ассоциаций

В вашем браузере отключен JavaScript

Приведем примеры применения Data Mining в конкретных областях.

Интернет-торговля:

• анализ траекторий покупателей от посещения сайта до покупки товаров
• оценка эффективности обслуживания, анализ отказов в связи с отсутствием товаров
• связь товаров, которые интересны посетителям

Розничная торговля: анализ информации о покупателях на основе кредитных карт, карт скидок и тд.

Типичные задачи розничной торговли, решаемые средствами Data Miningа:

• анализ покупательской корзины ;
• создание предсказательных моделей и классификационных моделей покупателей и покупаемых товаров;
• создание профилей покупателей;
• CRM, оценка лояльности покупателей разных категорий, планирование программ лояльности;
• исследование временных рядов и временных зависимостей, выделение сезонных факторов, оценка эффективности рекламных акций на большом диапазоне реальных данных.

Телекоммуникационный сектор открывает неограниченные возможности для применения методов добычи данных, а также современных технологий big data:

• классификация клиентов на основе ключевых характеристик вызовов (частота, длительность и т.д.), частоты смс ;
• выявление лояльности клиентов ;
• определение мошенничества и др.

Страхование:

• анализ риска . Путем выявления сочетаний факторов, связанных с оплаченными заявлениями, страховщики могут уменьшить свои потери по обязательствам. Известен случай, когда страховая компания обнаружила, что суммы, выплаченные по заявлениям людей, состоящих в браке, вдвое превышает суммы по заявлениям одиноких людей. Компания отреагировала на это пересмотром политики скидок семейным клиентам.
• выявление мошенничества . Страховые компании могут снизить уровень мошенничества, отыскивая определенные стереотипы в заявлениях о выплате страхового возмещения, характеризующих взаимоотношения между юристами, врачами и заявителями.

Практическое применение добычи данных и решение конкретных задач представлено на следующем нашем видео.

Вебинар 1. Вебинар «Практические задачи Data Mining: проблемы и решения»

Вебинар 2. Вебинар "Data Mining и Text Mining: примеры решения реальных задач"

В вашем браузере отключен JavaScript

Более глубокие знания по методологии и технологии добычи данных вы можете получить на курсах StatSoft.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Подобные документы

Классификация задач DataMining. Создание отчетов и итогов. Возможности Data Miner в Statistica. Задача классификации, кластеризации и регрессии. Средства анализа Statistica Data Miner. Суть задачи поиск ассоциативных правил. Анализ предикторов выживания.

курсовая работа , добавлен 19.05.2011


Описание функциональных возможностей технологии Data Mining как процессов обнаружения неизвестных данных. Изучение систем вывода ассоциативных правил и механизмов нейросетевых алгоритмов. Описание алгоритмов кластеризации и сфер применения Data Mining.

контрольная работа , добавлен 14.06.2013


Основы для проведения кластеризации. Использование Data Mining как способа "обнаружения знаний в базах данных". Выбор алгоритмов кластеризации. Получение данных из хранилища базы данных дистанционного практикума. Кластеризация студентов и задач.

курсовая работа , добавлен 10.07.2017


Data mining, developmental history of data mining and knowledge discovery. Technological elements and methods of data mining. Steps in knowledge discovery. Change and deviation detection. Related disciplines, information retrieval and text extraction.

доклад , добавлен 16.06.2012


Анализ проблем, возникающих при применении методов и алгоритмов кластеризации. Основные алгоритмы разбиения на кластеры. Программа RapidMiner как среда для машинного обучения и анализа данных. Оценка качества кластеризации с помощью методов Data Mining.

курсовая работа , добавлен 22.10.2012


Совершенствование технологий записи и хранения данных. Специфика современных требований к переработке информационных данных. Концепция шаблонов, отражающих фрагменты многоаспектных взаимоотношений в данных в основе современной технологии Data Mining.

контрольная работа , добавлен 02.09.2010


Анализ применения нейронных сетей для прогнозирования ситуации и принятия решений на фондовом рынке с помощью программного пакета моделирования нейронных сетей Trajan 3.0. Преобразование первичных данных, таблиц. Эргономическая оценка программы.

дипломная работа , добавлен 27.06.2011


Трудности использования эволюционных алгоритмов. Построение вычислительных систем, основанных на принципах естественного отбора. Недостатки генетических алгоритмов. Примеры эволюционных алгоритмов. Направления и разделы эволюционного моделирования.

Искусственных нейронных сетей, генетических алгоритмов , эволюционного программирования , ассоциативной памяти , нечёткой логики . К методам Data Mining нередко относят статистические методы (дескриптивный анализ, корреляционный и регрессионный анализ , факторный анализ , дисперсионный анализ , компонентный анализ , дискриминантный анализ , анализ временных рядов). Такие методы, однако, предполагают некоторые априорные представления об анализируемых данных, что несколько расходится с целями Data Mining (обнаружение ранее неизвестных нетривиальных и практически полезных знаний).

Одно из важнейших назначений методов Data Mining состоит в наглядном представлении результатов вычислений, что позволяет использовать инструментарий Data Mining людьми, не имеющих специальной математической подготовки. В то же время, применение статистических методов анализа данных требует хорошего владения теорией вероятностей и математической статистикой .

Введение

Методы Data Mining (или, что то же самое, Knowledge Discovery In Data, сокращённо, KDD) лежат на стыке баз данных , статистики и искусственного интеллекта .

Исторический экскурс

Область Data Mining началась с семинара (англ. workshop), проведёного Григорием Пятецким-Шапиро в 1989 году.

Ранее, работая в компании GTE Labs, Григорий Пятецкий-Шапиро заинтересовался вопросом: можно ли автоматически находить определённые правила, чтобы ускорить некоторые запросы к крупным базам данных. Тогда же было предложено два термина - Data Mining («добыча данных» ) и Knowledge Discovery In Data (который следует переводить как «открытие знаний в базах данных»).

Постановка задачи

Первоначально задача ставится следующим образом:

• имеется достаточно крупная база данных;
• предполагается, что в базе данных находятся некие «скрытые знания».

Необходимо разработать методы обнаружения знаний, скрытых в больших объёмах исходных «сырых» данных.

Что означает «скрытые знания»? Это должны быть обязательно знания:

• ранее не известные - то есть такие знания, которые должны быть новыми (а не подтверждающими какие-то ранее полученные сведения);
• нетривиальные - то есть такие, которые нельзя просто так увидеть (при непосредственном визуальном анализе данных или при вычислении простых статистических характеристик);
• практически полезные - то есть такие знания, которые представляют ценность для исследователя или потребителя;
• доступные для интерпретации - то есть такие знания, которые легко представить в наглядной для пользователя форме и легко объяснить в терминах предметной области.

Эти требования во многом определяют суть методов Data mining и то, в каком виде и в каком соотношении в технологии Data mining используются системы управления базами данных, статистические методы анализа и методы искусственного интеллекта.

Data mining и базы данных

Методы Data mining имеет смысл применять только для достаточно больших баз данных. В каждой конкретной области исследований существует свой критерий «великости» базы данных.

Развитие технологий баз данных сначала привело к созданию специализированного языка - языка запросов к базам данных. Для реляционных баз данных - это язык SQL , который предоставил широкие возможности для создания, изменения и извлечения хранимых данных. Затем возникла необходимость в получении аналитической информации (например, информации о деятельности предприятия за определённый период), и тут оказалось, что традиционные реляционные базы данных, хорошо приспособленные, например, для ведения оперативного учёта (на предприятии), плохо приспособлены для проведения анализа. это привело, в свою очередь, к созданию т.н. «хранилищ данных », сама структура которых наилучшим способом соответствует проведению всестороннего математического анализа.

Data mining и статистика

В основе методов Data mining лежат математические методы обработки данных, включая и статистические методы. В промышленных решениях, нередко, такие методы непосредственно включаются в пакеты Data mining. Однако, следует учитывать, что часто исследователи для упрощения необоснованно используют параметрические тесты вместо непараметрических, и во вторых, результаты анализа трудно интерпретируемы , что полностью расходится с целями и задачами Data mining. Тем не менее, статистические методы используются, но их применение ограничивается выполнением только определённых этапов исследования.

Data mining и искусственный интеллект

Знания, добываемые методами Data mining принято представлять в виде моделей . В качестве таких моделей выступают:

• ассоциативные правила;
• деревья решений;
• кластеры;
• математические функции.

Методы построения таких моделей принято относить к области т.н. «искусственного интеллекта ».

Задачи

Задачи, решаемые методами Data Mining, принято разделять на описательные (англ. descriptive ) и предсказательные (англ. predictive ).

В описательных задачах самое главное - это дать наглядное описание имеющихся скрытых закономерностей, в то время как в предсказательных задачах на первом плане стоит вопрос о предсказании для тех случаев, для которых данных ещё нет.

К описательным задачам относятся:

• поиск ассоциативных правил или паттернов (образцов);
• группировка объектов, кластерный анализ;
• построение регрессионной модели.

К предсказательным задачам относятся:

• классификация объектов (для заранее заданных классов);
• регрессионный анализ , анализ временны́х рядов.

Алгоритмы обучения

Для задач классификации характерно «обучение с учителем », при котором построение (обучение) модели производится по выборке, содержащей входные и выходные векторы.

Для задач кластеризации и ассоциации применяется «обучение без учителя », при котором построение модели производится по выборке, в которой нет выходного параметра. Значение выходного параметра («относится к кластеру …», «похож на вектор …») подбирается автоматически в процессе обучения.

Для задач сокращения описания характерно отсутствие разделения на входные и выходные векторы . Начиная с классических работ К. Пирсона по методу главных компонент , основное внимание уделяется аппроксимации данных.

Этапы обучения

Выделяется типичный ряд этапов решения задач методами Data Mining:

1. Формирование гипотезы;
2. Сбор данных;
3. Подготовка данных (фильтрация);
4. Выбор модели;
5. Подбор параметров модели и алгоритма обучения;
6. Обучение модели (автоматический поиск остальных параметров модели);
7. Анализ качества обучения, если неудовлетворительный переход на п. 5 или п. 4;
8. Анализ выявленных закономерностей, если неудовлетворительный переход на п. 1, 4 или 5.

Подготовка данных

Перед использованием алгоритмов Data Mining необходимо произвести подготовку набора анализируемых данных. Так как ИАД может обнаружить только присутствующие в данных закономерности, исходные данные с одной стороны должны иметь достаточный объем, чтобы эти закономерности в них присутствовали, а с другой - быть достаточно компактными, чтобы анализ занял приемлемое время. Чаще всего в качестве исходных данных выступают хранилища или витрины данных . Подготовка необходима для анализа многомерных данных до кластеризации или интеллектуального анализа данных.

Очищенные данные сводятся к наборам признаков (или векторам, если алгоритм может работать только с векторами фиксированной размерности), один набор признаков на наблюдение. Набор признаков формируется в соответствии с гипотезами о том, какие признаки сырых данных имеют высокую прогнозную силу в расчете на требуемую вычислительную мощность для обработки. Например, черно-белое изображение лица размером 100×100 пикселей содержит 10 тыс. бит сырых данных. Они могут быть преобразованы в вектор признаков путем обнаружения в изображении глаз и рта. В итоге происходит уменьшение объема данных с 10 тыс. бит до списка кодов положения, значительно уменьшая объем анализируемых данных, а значит и время анализа.

Ряд алгоритмов умеют обрабатывать пропущенные данные, имеющие прогностическую силу (например, отсутствие у клиента покупок определенного вида). Скажем, при использовании метода ассоциативных правил (англ.) русск. обрабатываются не векторы признаков, а наборы переменной размерности.

Выбор целевой функции будет зависеть от того, что является целью анализа; выбор «правильной» функции имеет основополагающее значение для успешного интеллектуального анализа данных.

Наблюдения делятся на две категории - обучающий набор и тестовый набор. Обучающий набор используется для «обучения» алгоритма Data Mining, а тестовый набор - для проверки найденных закономерностей.

См. также

• Вероятностная нейронная сеть Решетова

Примечания

Литература

• Паклин Н. Б., Орешков В. И. Бизнес-аналитика: от данных к знаниям (+ СD) . - СПб. : Изд. Питер, 2009. - 624 с.
• Дюк В., Самойленко А. Data Mining: учебный курс (+CD). - СПб. : Изд. Питер, 2001. - 368 с.
• Журавлёв Ю.И. , Рязанов В.В., Сенько О.В. РАСПОЗНАВАНИЕ. Математические методы. Программная система. Практические применения . - М .: Изд. «Фазис», 2006. - 176 с. - ISBN 5-7036-0108-8
• Зиновьев А. Ю. Визуализация многомерных данных . - Красноярск: Изд. Красноярского государственного технического университета, 2000. - 180 с.
• Чубукова И. А. Data Mining: учебное пособие . - М .: Интернет-университет информационных технологий: БИНОМ: Лаборатория знаний, 2006. - 382 с. - ISBN 5-9556-0064-7
• Ian H. Witten, Eibe Frank and Mark A. Hall Data Mining: Practical Machine Learning Tools and Techniques. - 3rd Edition. - Morgan Kaufmann, 2011. - P. 664. - ISBN 9780123748560

Ссылки

• Data Mining Software в каталоге ссылок Open Directory Project (dmoz).

Data Mining and Machine Learning
	Weka GNU R KNIME Rapid Miner Gretl PSPP
Proprietary	Deductor Statistica SPSS




Wikimedia Foundation . 2010 .