数据挖掘-MovieLens数据集_电影推荐_亲和性分析_Aprioro算法

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  1. #!/usr/bin/env python2  
  2. # -*- coding: utf-8 -*-  
  3. """ 
  4. Created on Tue Feb  7 14:38:33 2017 
  5.  
  6. 电影推荐分析: 
  7.     使用 亲和性分析方法 基于 Apriori算法 推荐电影 
  8.  
  9. @author: yingzhang 
  10. """  
  11.   
  12. #读取数据集: http://grouplens.org/datasets/movielens/  
  13. import os  
  14. #使用pandas加载数据  
  15. import pandas as pd  
  16. ''''' 
  17. 1m数据集读取方法 
  18. '''  
  19. #data_folder=os.path.join( os.path.expanduser("~"),"ml-1m")  
  20. #ratings_filename=os.path.join( data_folder,"ratings.dat")  
  21. #all_ratings=pd.read_csv( ratings_filename, delimiter="::",header=None, names=["UserID","MovieID","Rating","Datetime"])  
  22. ''''' 
  23. 100k数据集读取方法 
  24. '''  
  25. data_folder=os.path.join( os.path.expanduser("~"),"ml-100k")  
  26. #获取用户评分数据  
  27. ratings_filename=os.path.join( data_folder,"u.data")  
  28. all_ratings=pd.read_csv( ratings_filename, delimiter="\t",header=None, names=["UserID","MovieID","Rating","Datetime"])  
  29.   
  30. all_ratings[:1]  
  31. #输出的数据格式如下  
  32. ''''' 
  33.    UserID  MovieID  Rating   Datetime 
  34. 0       1     1193       5  978300760 
  35. '''  
  36. #时间格式要转换一下  
  37. all_ratings["Datetime"]=pd.to_datetime(all_ratings["Datetime"],unit='s')  
  38. all_ratings[:1]  
  39.   
  40. #新增一列，用来存用户对某个电影是否喜欢 ( 如果评分大于3)  
  41. all_ratings["Favorable"]=all_ratings["Rating"]>3  
  42. all_ratings[:10]  
  43. #输出的数据格式如下: Favorable这一列的数据表明用户是否喜欢这部电影  
  44. ''''' 
  45.    UserID  MovieID  Rating            Datetime Favorable 
  46. 0       1     1193       5 2000-12-31 22:12:40      True 
  47. 1       1      661       3 2000-12-31 22:35:09     False 
  48. '''  
  49. #从数据集中取前200名用户的打分数据作训练集  
  50. ratings=all_ratings[  all_ratings['UserID'].isin(range(200))]  
  51. #过滤一次数据，只保留用户喜欢的电影(即 Favorable为True值的)  
  52. favorable_ratings=ratings[ratings["Favorable"]]  
  53. favorable_ratings[:5]  
  54.   
  55. #因为要生成频繁项集，所以我们只对打分超过一次的用户感兴趣，所以按照UserID分组，并遍历每个用户看过的每一部电影，存到一个字典中  
  56. from collections import defaultdict  
  57. favorable_reviews_by_users=dict((k,frozenset(v.values))   
  58.                                 for k,v in favorable_ratings.groupby("UserID")["MovieID"])  
  59. print("length: {0}".format( len(favorable_reviews_by_users) ) )  
  60.   
  61. #再创建一个数据框，存入每部电影评价分为3分以上的人数( 即 Favorable为True)的数量  
  62. num_favorable_by_movie=ratings[["MovieID","Favorable"]].groupby("MovieID").sum()  
  63. #查看结果  
  64. num_favorable_by_movie  
  65. #排序输出前五名  
  66. num_favorable_by_movie.sort( "Favorable",ascending=False)[:5]  
  67.   
  68.   
  69. #创建一个函数，它接收新发现的频繁项集，创建超集，检测频繁程度  
  70. ''''' 
  71. favorable_reviews_by_users: 用户打分情况的集合 
  72. k_1_itemsets: 上一个频繁项集 
  73. min_support:最小支持度 
  74. 返回值格式: 
  75.     dict( 频繁项集    支持度 ) 
  76. '''  
  77. def find_frequent_itemsets( favorable_reviews_by_users, k_1_itemsets, min_support):  
  78.     counts=defaultdict( int )  
  79.     #循环用户和他们的打分数据  
  80.     for user,reviews in favorable_reviews_by_users.items():  
  81.         #再循环前一次找出的频繁项集,判断它们是否为 reviews的子集,  
  82.         for itemset in k_1_itemsets:  
  83.             if itemset.issubset( reviews):  #如果是，表明用户已经为子集中的电影打过分了  
  84.                 #那么接下来，就要遍历用户打过分却没有出现在项集reviews中的电影了,因为这样可以用它来生成超集，更新该项集的计数  
  85.                 for other_reviewed_movie in reviews-itemset: #other_reviewed_movie 用户打过分，但还不在频繁项集中  
  86.                     current_superset=itemset|frozenset( (other_reviewed_movie,))  
  87.                     counts[current_superset]+=1    #这个频繁项集的数量支持度+1  
  88.     #函数最后检测达到支持度要求的项集，只返回频繁度够的频繁项集  
  89.     return dict(  [(itemset,frequency) for itemset,frequency in counts.items()  if frequency>=min_support   ]           )              
  90.                   
  91. import sys  
  92. #创建一个字典，存不同长度的频繁项集  
  93. #数据格式:  
  94.     #频繁项集长度   对应的频繁项集  
  95. frequent_itemsets={}  
  96. min_support=50   #要求的最小支持度  
  97. #从频繁项集长度为1的开始,并且支持度要大于50  
  98. frequent_itemsets[1]= dict((frozenset((movie_id,)),row["Favorable"]) for movie_id,row in num_favorable_by_movie.iterrows() if row["Favorable"]>min_support)  
  99. #输出频繁集长度为1,支持度大于50的所有的电影信息  
  100. frequent_itemsets[1]  
  101. print("there are {0} movie with more than {1} favorable reviews".format( len(frequent_itemsets[1]), min_support))  
  102. sys.stdout.flush()   #将缓冲区的内容输出到终端  
  103.   
  104. #定义要找的频繁集的最大长度  
  105. max_length=20  
  106. #循环频繁集长度从2到 max_length  
  107. for k in range(2, max_length):  
  108.     cur_frequent_itemsets=find_frequent_itemsets(  favorable_reviews_by_users,  frequent_itemsets[k-1], min_support   )  
  109.     if len(cur_frequent_itemsets)==0:  
  110.         print("can not find any frequent itemsets of length {0}".format( k ))  
  111.         sys.stdout.flush()  
  112.         break  
  113.     else:  
  114.         print(" find {0} frequent itemsets of length {1}".format(len(cur_frequent_itemsets), k))  
  115.         print("\t data as following:")  
  116.         #print( cur_frequent_itemsets )  
  117.         sys.stdout.flush()  
  118.         frequent_itemsets[k]=cur_frequent_itemsets  
  119. # del itemsets of length 1  
  120. #del frequent_itemsets[1]  
  121.   
  122. #######################################################################  
  123. #以上Apriori算法结束后，得到了一系列的频繁项集，但它还不是关联规则。频繁项集是一组达到最小支持度的项目，而关联规则是由前提和结论组成  
  124. #从频繁项集中抽取关联规则，把其中几部电影作为前提，另一部电影作为结论组成规则: 如果用户喜欢xx,yy,zz,那么他们也会喜欢ttt  
  125. #遍历频繁项集，为每个项集生成规则  
  126. candidate_rules=[]  
  127. #itemset_length 频繁项集长度  
  128. # itemset_counts :  (itemset,frequency)  
  129. for itemset_length,itemset_counts in frequent_itemsets.items():  
  130.     #取出itemset_counts中的每个键，{电影1,电影2,...}  
  131.     for itemset in itemset_counts.keys():  
  132.         #循环频繁项集中的每部电影，生成条件和结论  
  133.         for conclusion in itemset:     
  134.             premise=itemset-set((conclusion,))  
  135.             candidate_rules.append((premise,conclusion))  
  136. print("there are {0} candidate rules".format( len(candidate_rules)))  
  137. #print("the rules as following:")  
  138. #print( candidate_rules)  
  139.               
  140. #######################################################################  
  141. #计算每条规则的置信度:   
  142. #先用两个字典存规则应验, 规则不适用数量  
  143. correct_counts=defaultdict(int)   #规则应验  
  144. incorrect_counts=defaultdict(int)    #规则不适用  
  145. #循环所有的用户及他们喜欢的电影  
  146. for user, reviews in favorable_reviews_by_users.items():  
  147.     #循环所有的规则  
  148.     for candidate_rule in candidate_rules:  
  149.         premise,conclusion=candidate_rule  
  150.         #判断前提是否是 reviews中的一个子集， 并且结论也在 reviews中，说明这条规则应验，否则不适用  
  151.         if premise.issubset(reviews):  
  152.             if conclusion in reviews:  
  153.                 correct_counts[candidate_rule]+=1  
  154.             else:  
  155.                 incorrect_counts[candidate_rule]+=1  
  156. #计算置信度  
  157. rule_confidence={candidate_rule: correct_counts[candidate_rule]/ float(correct_counts[candidate_rule]+incorrect_counts[candidate_rule]) for candidate_rule in candidate_rules}  
  158. #设定最低置信度  
  159. min_confidence=0.9  
  160. #过滤掉小于最低置信度的规则  
  161. rule_confidence={candidate_rule:  confidence for    candidate_rule,confidence in rule_confidence.items() if confidence>min_confidence}  
  162. print( "the total of rules which bigger than min_confidence is {}".format( len(rule_confidence )) )  
  163.                    
  164. #排序输出前五条置信度最高的规则  
  165. from operator import itemgetter  
  166. sorted_confidence=sorted( rule_confidence.items(),key=itemgetter(1),reverse=True)  
  167. for index in range(5):  
  168.     print("Rule #{0}".format(index+1))  
  169.     (premise,conclusion)=sorted_confidence[index][0]  
  170.     print("Rule: if a person recommends {0} they will also recommend {1}".format( premise, conclusion))  
  171.     print( " - Confidence: {0:.3f}".format( rule_confidence[(premise,conclusion)]))  
  172.     print("")  
  173.       
  174. #######################################################################  
  175. #加载电影的名字  
  176. #100k数据集取法  
  177. movie_name_filename=os.path.join( data_folder,"u.item")  
  178. movie_name_data=pd.read_csv(movie_name_filename,delimiter="|",header=None,encoding="mac-roman")  
  179. movie_name_data.columns=["MovieID", "Title", "Release Date", "Video Release", "IMDB", "<UNK>", "Action", "Adventure",  
  180.                            "Animation", "Children's", "Comedy", "Crime", "Documentary", "Drama", "Fantasy", "Film-Noir",  
  181.                            "Horror", "Musical", "Mystery", "Romance", "Sci-Fi", "Thriller", "War", "Western"]  
  182. #定义一个查找电影名的函数  
  183. def get_movie_name(movie_id):  
  184.     title_object=movie_name_data[movie_name_data["MovieID"]==movie_id]["Title"]  
  185.     title=title_object.values[0]  
  186.     return title  
  187. #测试这个函数  
  188. get_movie_name(4)  
  189.   
  190. #重新排序输出前五条置信度最高的规则  
  191. for index in range(5):  
  192.     print("Rule #{0}".format(index+1))  
  193.     (premise,conclusion)=sorted_confidence[index][0]  
  194.     premise_names=",".join( get_movie_name(idx) for idx in premise  )  
  195.     conclusion_name=get_movie_name( conclusion)  
  196.     print("Rule: if a person recommends {0} they will also recommend {1}".format( premise_names, conclusion_name))  
  197.     print( " - Confidence: {0:.3f}".format( rule_confidence[(premise,conclusion)]))  
  198.     print("")  
  199.   
  200.   
  201. #######################################################################  
  202. #评估: 寻找最好的规则.   
  203. #抽取所有没有用于训练的数据作为测试集, 训练集数据用了前200名用户的打分数据，测试集用其它的数据即可  
  204. test_dataset=  all_ratings[~all_ratings['UserID'].isin(range(200))]  
  205. test_favorable_ratings=test_dataset[test_dataset["Favorable"]]  
  206. test_favorable_reviews_by_users=dict((k,frozenset(v.values))   
  207.                                 for k,v in test_favorable_ratings.groupby("UserID")["MovieID"])    
  208. #计算规则应验的数量  
  209. test_correct_counts=defaultdict(int)   #规则应验  
  210. test_incorrect_counts=defaultdict(int)    #规则不适用  
  211. #循环所有的用户及他们喜欢的电影  
  212. for user, reviews in test_favorable_reviews_by_users.items():  
  213.     #循环所有的规则  
  214.     for candidate_rule in candidate_rules:  
  215.         premise,conclusion=candidate_rule  
  216.         #判断前提是否是 reviews中的一个子集， 并且结论也在 reviews中，说明这条规则应验，否则不适用  
  217.         if premise.issubset(reviews):  
  218.             if conclusion in reviews:  
  219.                 test_correct_counts[candidate_rule]+=1  
  220.             else:  
  221.                 test_incorrect_counts[candidate_rule]+=1       
  222.   
  223. #计算置信度  
  224. test_rule_confidence={candidate_rule: test_correct_counts[candidate_rule]/ float(test_correct_counts[candidate_rule]+test_incorrect_counts[candidate_rule]) for candidate_rule in candidate_rules}  
  225. print( len(test_rule_confidence))  
  226. #最后排序输出前五名  
  227. sorted_test_confidence=sorted(  test_rule_confidence.items(),key=itemgetter(1),reverse=True )  
  228. print( sorted_test_confidence[:5])  
  229.   
  230. #输出规则信息  
  231. for index in range(10):  
  232.     print("Rule #{0}".format(index+1))  
  233.     (premise,conclusion)=sorted_confidence[index][0]  
  234.     premise_names=",".join( get_movie_name(idx) for idx in premise  )  
  235.     conclusion_name=get_movie_name( conclusion)  
  236.     print("Rule: if a person recommends {0} they will also recommend {1}".format( premise_names, conclusion_name))  
  237.     print( " - Train Confidence: {0:.3f}".format( rule_confidence[(premise,conclusion)]))  
  238.     print( " - Test Confidence: {0:.3f}".format( test_rule_confidence[(premise,conclusion)]))  
  239.     print("")  
posted @ 2017-06-28 12:51  专注it  阅读(1948)  评论(1)    收藏  举报