频繁模式挖掘-DHP算法详解

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前言

数据挖掘领域的频繁模式中,Apriori算法算是经典,然而该算法有如下的问题:

  1. 对数据库多次扫描
  2. 候选集数量庞大
  3. 为计算候选集支持度所需负载较重

所以有了很多改进算法,DHP是其中一个基于散列优化的算法,主要用于缩小Ck的项集个数

原理

DHP算法生效于Apriori算法的剪枝步过程中。在第k次扫描时,生成每个事务的k+1项集,代入一个Hash函数中,生成一个Hash表,同时记录每个桶中元素个数。

当生成Ck+1时,对Lk*Lk自连接产生的结果先进行代入上述Hash函数若所落的该桶的计数小于最小支持阈值,则该元素必定不为频繁项集,故可以过滤掉之,不放入Ck+1中

由于所有具有相同Hash值的项的总个数小于最小支持阈值,如:

Hash(A,B) = 4
Hash(X,Y) = 4

不妨假设4号桶元素个数小于最小支持阈值,则单个的 (A,B) 个数也必定小于最小支持阈值。故可排除

样例详解

假设最小支持度计数为2,即min_sup = 2
并使用如下数据:

TransactionID ProductID
T1 A D E
T2 B D
T3 B D E
T4 C E
T5 C D
T6 C E
T7 A C D E
T8 C D E

第一次扫描

生成1-项目候选集C1,并统计其支持度,得到对应L1:

C1 = {{A} , {B} , {C} , {D} , {E}}
 
L1 = {{A} , {B} , {C} , {D} , {E}}

在这次扫描的同时会对每个事务产生所有的2项集,即:


构造2项集的Hash函数,如:

hash(x,y) = (order(x)*10 + order(y)) % 7

order()函数返回参数的序,如本例中 order(A) = 1 , order(B) = 2 ....

将该次扫描得到的所有2项集代入Hash函数,得到对应Hash表:


将L1*L1自连接,得到:

L1 * L1 ={ {A ,C} , {A ,D } ,{A ,E} , {B ,D} , {B ,E} , {C ,D } , {C ,E} , {D , E } }

对于上述结果的每个子集,代入hash(x,y)函数,并丢弃掉hash结果为2、4、5的子集(该桶的对应计数 < min_sup)

得到:

C2 = { {A ,C} , {A ,D } ,{A ,E} , {B ,D } ,  {C ,D } , {C ,E} , {D , E } }

相比于没有应用Hash过滤的Apriori,可以多去除一个{B, E}项。

后续

后续步骤重复上述过程,指导不能产生频繁项集,则终止。

总结

DHP算法作为Apriori算法的一个优化,基本过程还是与Apriori无异,但是通过建立k项集的Hash表,再生产Ck时,可以有效过滤掉非频繁项集,从而达到压缩Ck的目的,提高剪枝效率。

DHP算法的效率高低直接受所选用的hash函数影响,需要有一个比较好的hash函数

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