Apriori算法的python实现

#coding=utf8
#python3.5
#http://www.cnblogs.com/90zeng/p/apriori.html

def loadDataSet():
'''创建一个用于测试的简单的数据集'''
return [ [ 1, 3, 4,5 ], [ 2, 3, 5 ], [ 1, 2, 3,4, 5 ], [ 2,3,4, 5 ] ]
def createC1( dataSet ):
'''
构建初始候选项集的列表，即所有候选项集只包含一个元素，
C1是大小为1的所有候选项集的集合
'''
C1 = []
for transaction in dataSet:
for item in transaction:
if [ item ] not in C1:
C1.append( [ item ] )
C1.sort()
#return map( frozenset, C1 )
#return [var for var in map(frozenset,C1)]
return [frozenset(var) for var in C1]
def scanD( D, Ck, minSupport ):
'''
计算Ck中的项集在数据集合D(记录或者transactions)中的支持度,
返回满足最小支持度的项集的集合，和所有项集支持度信息的字典。
'''
ssCnt = {}
for tid in D:                  # 对于每一条transaction
for can in Ck:             # 对于每一个候选项集can，检查是否是transaction的一部分 # 即该候选can是否得到transaction的支持
if can.issubset( tid ):
ssCnt[ can ] = ssCnt.get( can, 0) + 1
numItems = float( len( D ) )
retList = []
supportData = {}
for key in ssCnt:
support = ssCnt[ key ] / numItems                   # 每个项集的支持度
if support >= minSupport:                           # 将满足最小支持度的项集，加入retList
retList.insert( 0, key )
supportData[ key ] = support                        # 汇总支持度数据
return retList, supportData
def aprioriGen( Lk, k ): # Aprior算法
'''
由初始候选项集的集合Lk生成新的生成候选项集，
k表示生成的新项集中所含有的元素个数
'''
retList = []
lenLk = len( Lk )
for i in range( lenLk ):
for j in range( i + 1, lenLk ):
L1 = list( Lk[ i ] )[ : k - 2 ];
L2 = list( Lk[ j ] )[ : k - 2 ];
L1.sort();L2.sort()
if L1 == L2:
retList.append( Lk[ i ] | Lk[ j ] )
return retList
def apriori( dataSet, minSupport = 0.5 ):
C1 = createC1( dataSet )                                # 构建初始候选项集C1
#D = map( set, dataSet )                                 # 将dataSet集合化，以满足scanD的格式要求
#D=[var for var in map(set,dataSet)]
D=[set(var) for var in dataSet]
L1, suppData = scanD( D, C1, minSupport )               # 构建初始的频繁项集，即所有项集只有一个元素
L = [ L1 ]                                              # 最初的L1中的每个项集含有一个元素，新生成的
k = 2                                                   # 项集应该含有2个元素，所以 k=2

while ( len( L[ k - 2 ] ) > 0 ):
Ck = aprioriGen( L[ k - 2 ], k )
Lk, supK = scanD( D, Ck, minSupport )
suppData.update( supK )                             # 将新的项集的支持度数据加入原来的总支持度字典中
L.append( Lk )                                      # 将符合最小支持度要求的项集加入L
k += 1                                              # 新生成的项集中的元素个数应不断增加
return L, suppData                                      # 返回所有满足条件的频繁项集的列表，和所有候选项集的支持度信息
def calcConf( freqSet, H, supportData, brl, minConf=0.7 ):  # 规则生成与评价
'''
计算规则的可信度，返回满足最小可信度的规则。
freqSet(frozenset):频繁项集
H(frozenset):频繁项集中所有的元素
supportData(dic):频繁项集中所有元素的支持度
brl(tuple):满足可信度条件的关联规则
minConf(float):最小可信度
'''
prunedH = []
for conseq in H:
conf = supportData[ freqSet ] / supportData[ freqSet - conseq ]
if conf >= minConf:
print(freqSet - conseq, '-->', conseq, 'conf:', conf)
brl.append( ( freqSet - conseq, conseq, conf ) )
prunedH.append( conseq )
return prunedH

def rulesFromConseq( freqSet, H, supportData, brl, minConf=0.7 ):
'''
对频繁项集中元素超过2的项集进行合并。
freqSet(frozenset):频繁项集
H(frozenset):频繁项集中的所有元素，即可以出现在规则右部的元素
supportData(dict):所有项集的支持度信息
brl(tuple):生成的规则
'''
m = len( H[ 0 ] )
if len( freqSet ) > m + 1: # 查看频繁项集是否足够大，以到于移除大小为 m的子集，否则继续生成m+1大小的频繁项集
Hmp1 = aprioriGen( H, m + 1 )
Hmp1 = calcConf( freqSet, Hmp1, supportData, brl, minConf ) #对于新生成的m+1大小的频繁项集，计算新生成的关联规则的右则的集合
if len( Hmp1 ) > 1: # 如果不止一条规则满足要求（新生成的关联规则的右则的集合的大小大于1），进一步递归合并，
#这样做的结果就是会有“[1|多]->多”(右边只会是“多”，因为合并的本质是频繁子项集变大，
#而calcConf函数的关联结果的右侧就是频繁子项集）的关联结果
rulesFromConseq( freqSet, Hmp1, supportData, brl, minConf )

def generateRules( L, supportData, minConf=0.7 ):
'''
根据频繁项集和最小可信度生成规则。
L(list):存储频繁项集
supportData(dict):存储着所有项集（不仅仅是频繁项集）的支持度
minConf(float):最小可信度
'''
bigRuleList = []
for i in range( 1, len( L ) ):
for freqSet in L[ i ]:                                                      # 对于每一个频繁项集的集合freqSet
H1 = [ frozenset( [ item ] ) for item in freqSet ]
if i > 1:# 如果频繁项集中的元素个数大于2，需要进一步合并，这样做的结果就是会有“[1|多]->多”(右边只会是“多”，
#因为合并的本质是频繁子项集变大，而calcConf函数的关联结果的右侧就是频繁子项集），的关联结果
rulesFromConseq( freqSet, H1, supportData, bigRuleList, minConf )
else:
calcConf( freqSet, H1, supportData, bigRuleList, minConf )
return bigRuleList
if __name__ == '__main__':
myDat = loadDataSet()                                   # 导入数据集
#C1 = createC1( myDat )                                  # 构建第一个候选项集列表C1
#D = map( set, myDat )                                   # 构建集合表示的数据集 D，python3中的写法，或者下面那种
#D=[var for var in map(set,myDat)]
#D=[set(var) for var in myDat] #D: [{1, 3, 4}, {2, 3, 5}, {1, 2, 3, 5}, {2, 5}]
#L, suppData = scanD( D, C1, 0.5 )                       # 选择出支持度不小于0.5 的项集作为频繁项集
#print(u"频繁项集L：", L)
#print(u"所有候选项集的支持度信息：", suppData)
#print("myDat",myDat)
L, suppData = apriori( myDat, 0.5 )                     # 选择频繁项集
print(u"频繁项集L：", L)
print(u"所有候选项集的支持度信息：", suppData)
rules = generateRules( L, suppData, minConf=0.7 )
print('rules:\n', rules)