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2017-09-07 18:24:11 +08:00
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@@ -7,7 +7,7 @@
```
奇异值分解(SVD, Singular Value Decomposition):
提取信息的一种方法,可以把 SVD 看成是从噪声数据中抽取相关特征。从生物信息学到金融学,SVD 是提出信息的强大工具。
提取信息的一种方法,可以把 SVD 看成是从噪声数据中抽取相关特征。从生物信息学到金融学,SVD 是提取信息的强大工具。
```
## SVD 场景
@@ -19,10 +19,10 @@
![LSA举例](/images/14.SVD/使用SVD简化数据-LSI举例.png)
> 推荐引擎
> 推荐系统
1. 利用 SVD 从数据中构建一个主题空间。
2. 再在该空间下计算其相似度。(从高维-低维空间的转化,在低维空间来计算相似度,SVD提升了推荐引擎的效率。)
2. 再在该空间下计算其相似度。(从高维-低维空间的转化,在低维空间来计算相似度,SVD 提升了推荐系统的效率。)
![主题空间案例1](/images/14.SVD/SVD_推荐系统_主题空间案例1.jpg)
@@ -32,6 +32,8 @@
例如:`32*32=1024 => 32*2+2*1+32*2=130`(2*1表示去掉了除对角线的0), 几乎获得了10倍的压缩比。
![SVD公式](/images/14.SVD/使用SVD简化数据-SVD公式.jpg)
## SVD 原理
### SVD 工作原理
@@ -39,32 +41,38 @@
> 矩阵分解
* 矩阵分解是将数据矩阵分解为多个独立部分的过程。
* 矩阵分解可以将原始矩阵表示成新的易于处理的形式,这种新形式时两个或多个矩阵的乘积。(类似代数中的因数分解)
* 矩阵分解可以将原始矩阵表示成新的易于处理的形式,这种新形式是两个或多个矩阵的乘积。(类似代数中的因数分解)
* 举例:如何将12分解成两个数的乘积?(1,12)、(2,6)、(3,4)都是合理的答案。
> SVD 是矩阵分解的一种类型,也是矩阵分解最常见的技术
* SVD 将原始的数据集矩阵Data分解成三个矩阵U、∑、\\(V^T\\)
* SVD 将原始的数据集矩阵 Data 分解成三个矩阵 U、∑、V
* 举例:如果原始矩阵 \\(Data_{m*n}\\) 是m行n列,
* \\(U_{m*m}\\) 表示m行m列
* \\(∑_{m*n}\\) 表示m行n列
* \\(V^T_{n*n}\\) 表示n行n列。
* \\(U_{m*n}\\) 表示m行n列
* \\(∑_{m*k}\\) 表示m行k列
* \\(V_{k*n}\\) 表示k行n列。
![SVD公式](/images/14.SVD/使用SVD简化数据-SVD公式.png)
\\(Data_{m*n} = U_{m\*k} \* ∑_{k\*k} \* V_{k\*n}\\)
* 上述分解中会构建出一个矩阵∑,该矩阵只有对角元素,其他元素均为0(近似于0)。另一个惯例就是,∑的对角元素是从大到小排列的。这些对角元素称为奇异值,它们对应原始矩阵 Data 的奇异值。
* 奇异值与特征值(PCA 数据中重要特征)是有关系的。这里的奇异值就是矩阵 \\(Data * Date^T\\) 特征值的平方根。
![SVD公式](/images/14.SVD/使用SVD简化数据-SVD公式.jpg)
具体的案例:(大家可以试着推导一下:https://wenku.baidu.com/view/b7641217866fb84ae45c8d17.html )
![SVD公式](/images/14.SVD/SVD公式的测试案例.jpg)
* 上述分解中会构建出一个矩阵∑,该矩阵只有对角元素,其他元素均为0(近似于0)。另一个惯例就是,∑的对角元素是从大到小排列的。这些对角元素称为奇异值。
* 奇异值与特征值(PCA 数据中重要特征)是有关系的。这里的奇异值就是矩阵 \\(Data * Data^T\\) 特征值的平方根。
* 普遍的事实:在某个奇异值的数目(r 个=>奇异值的平方和累加到总值的90%以上)之后,其他的奇异值都置为0(近似于0)。这意味着数据集中仅有 r 个重要特征,而其余特征则都是噪声或冗余特征。
### SVD 算法特点
```
优点:简化数据,去除噪声,提高算法的结果
优点:简化数据,去除噪声,优化算法的结果
缺点:数据的转换可能难以理解
使用的数据类型:数值型数据
```
## 推荐引擎
## 推荐系统
### 推荐系统 概述
@@ -87,10 +95,12 @@
> 基于物品的相似度和基于用户的相似度:物品比较少则选择物品相似度,用户比较少则选择用户相似度。【矩阵还是小一点好计算】
* 基于物品的相似度:计算物品之间的距离。【耗时会随物品数量的增加而增加】
* 由于物品A和物品C 相似度(相关度)很高,所以给买A的人推荐C。
![SVD公式](/images/14.SVD/使用SVD简化数据-基于物品相似度.png)
* 基于用户的相似度:计算用户之间的距离。【耗时会随用户数量的增加而增加】
* 由于用户A和用户C 相似度(相关度)很高,所以A和C是兴趣相投的人,对于C买的物品就会推荐给A。
![SVD公式](/images/14.SVD/使用SVD简化数据-基于用户相似度.png)
@@ -111,9 +121,9 @@
* `相似度= 0.5 + 0.5*( float(inA.T*inB) / la.norm(inA)*la.norm(inB))`
* 如果夹角为90度,则相似度为0;如果两个向量的方向相同,则相似度为1.0。
> 推荐引擎的评价
> 推荐系统的评价
* 采用交叉测试的方法。
* 采用交叉测试的方法。【拆分数据为训练集和测试集】
* 推荐引擎评价的指标: 最小均方根误差(Root mean squared error, RMSE),也称标准误差(Standard error),就是计算均方误差的平均值然后取其平方根。
* 如果RMSE=1, 表示相差1个星级;如果RMSE=2.5, 表示相差2.5个星级。
@@ -126,7 +136,7 @@
3. 对这些物品的评分从高到低进行排序,返回前N个物品。
### 项目案例: 餐馆菜肴推荐引擎
### 项目案例: 餐馆菜肴推荐系统
#### 项目概述

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@@ -2,31 +2,52 @@
![大数据与MapReduce首页](/images/15.BigData_MapReduce/mr_headPage.jpg "大数据与MapReduce首页")
## 大数据 概述
`大数据: 收集到的数据已经远远超出了我们的处理能力。`
## MapReduce
## 大数据 场景
```
Hadoop 是 MapRedece框架的一个免费开源实现。
假如你为一家网络购物商店工作,很多拥护访问该网站,其中有些人会购买商品,有些人则随意浏览后就离开。
对于你来说,可能很想识别那些有购物意愿的用户。
那么问题就来了,数据集可能会非常大,在单机上训练要运行好几天。
接下来:我们讲讲 Hadoop 如何来解决这样的问题
```
## MapReduce
### Hadoop 概述
```
Hadoop 是 MapRedece 框架的一个免费开源实现。
MapReduce: 分布式的计算框架,可以将单个计算作业分配给多台计算机执行。
```
### MapRedece 原理
> MapRedece 工作原理
* 主节点控制 MapReduce 的作业流程
* MapReduce 的作业可以分成map任务和reduce任务
* map 任务之间不做数据交流,reduce 任务也一样
* 在 map 和 reduce 阶段中间,有一个 sort 和 combine 阶段
* 数据被重复存放在不同的机器上,以防止某个机器失效
* mapper 和 reducer 传输的数据形式为 key/value对
![MapReduce框架的示意图](/images/15.BigData_MapReduce/mr_1_cluster.jpg "MapReduce框架的示意图")
> MapRedece 特点
```
优点: 使程序以并行的方式执行,可在短时间内完成大量工作。
缺点: 算法必须经过重写,需要对系统工程有一定的理解。
适用数据类型: 数值型和标称型数据。
```
* MapReduce框架的示意图
* ![MapReduce框架的示意图](/images/15.BigData_MapReduce/mr_1_cluster.jpg "MapReduce框架的示意图")
> 关于MapRduce的学习要点
* 主节点控制MapReduce的作业流程
* MapReduce的作业可以分成map任务和reduce任务
* map任务之间不做数据交流,reduce任务也一样
* 在map和reduce阶段中间,有一个sort和combine阶段
* 数据被重复存放在不同的机器上,以防止某个机器实效
* mapper和reducer传输的数据形式为key/value对
## Python中Hadoop流的使用
### Hadoop 流(Python 调用)
> 理论简介
@@ -44,19 +65,19 @@ cat inputFile.txt | python mapper.py | sort | python reducer.py > outputFile.txt
# 测试 Mapper
# Linux
cat input/15.BigData_MapReduce/inputFile.txt | python src/python/15.BigData_MapReduce/mrMeanMapper.py
# # Window
# Window
# python src/python/15.BigData_MapReduce/mrMeanMapper.py < input/15.BigData_MapReduce/inputFile.txt
# 测试 Reducer
# Linux
cat input/15.BigData_MapReduce/inputFile.txt | python src/python/15.BigData_MapReduce/mrMeanMapper.py | python src/python/15.BigData_MapReduce/mrMeanReducer.py
# # Window
# Window
# python src/python/15.BigData_MapReduce/mrMeanMapper.py < input/15.BigData_MapReduce/inputFile.txt | python src/python/15.BigData_MapReduce/mrMeanReducer.py
```
## MapReduce上的机器学习
### MapReduce 机器学习
> Mahout in Action
#### Mahout in Action
1. 简单贝叶斯:
2. k-近邻算法:
@@ -64,7 +85,7 @@ cat input/15.BigData_MapReduce/inputFile.txt | python src/python/15.BigData_MapR
4. 奇异值分解:Lanczos算法是一个有效的求解近似特征值的算法。
5. k-均值聚类:canopy算法初始化k个簇,然后再运行K-均值求解结果。
## 使用mrjob库将MapReduce自动化
#### 使用 mrjob 库将 MapReduce 自动化
> 理论简介
@@ -85,23 +106,12 @@ python mrMean.py < inputFile.txt > myOut.txt
python src/python/15.BigData_MapReduce/mrMean.py < input/15.BigData_MapReduce/inputFile.txt
```
## 利用Pegasos算法并行训练支持向量机
#### 利用 Pegasos 算法并行训练支持向量机
> 在MapReduce框架上使用SVM的一般方法
Pegasos是指原始估计梯度求解器(Peimal Estimated sub-GrAdient Solver)
```
收集数据:数据按文本格式存放。
准备数据:输入数据已经是可用的格式,所以不需任何准备工作。如果你需要解析一个大规模的数据集,建议使用map作业来完成,从而达到并行处理的目的。
分析数据:无。
训练算法:与普通的SVM一样,在分类器训练上仍需花费大量的时间。
测试算法:在二维空间上可视化之后,观察超平面,判断算法是否有效。
使用算法:本例不会展示一个完整的应用,但会展示如何在大数据集上训练SVM。该算法其中一个应用场景就是本文分类,通常在文本分类里可能有大量的文档和成千上万的特征。
```
> Pegasos 工作原理
> Pegasos 算法
Pegasos是指原始估计梯度求解器(Peimal Estimated sub-GrAdient Solver)。
Pegasos算法工作流程是:
1. 从训练集中随机挑选一些样本点添加到带处理列表中
2. 按序判断每个样本点是否被正确分类
* 如果是则忽略
@@ -111,19 +121,30 @@ Pegasos算法工作流程是:
上述算法伪代码如下:
```
将w初始化为0
将 w 初始化为0
对每次批处理
随机选择k个样本点(向量)
随机选择 k 个样本点(向量)
对每个向量
如果该向量被错分:
更新权重向量w
累加对w的更新
更新权重向量 w
累加对 w 的更新
```
我们继续看Python版本的代码实现。
> 开发流程
```
收集数据:数据按文本格式存放。
准备数据:输入数据已经是可用的格式,所以不需任何准备工作。如果你需要解析一个大规模的数据集,建议使用 map 作业来完成,从而达到并行处理的目的。
分析数据:无。
训练算法:与普通的 SVM 一样,在分类器训练上仍需花费大量的时间。
测试算法:在二维空间上可视化之后,观察超平面,判断算法是否有效。
使用算法:本例不会展示一个完整的应用,但会展示如何在大数据集上训练SVM。该算法其中一个应用场景就是本文分类,通常在文本分类里可能有大量的文档和成千上万的特征。
```
我们继续看 Python 版本的代码实现。
* * *
* **作者:[片刻](http://www.apache.wiki/display/~jiangzhonglian) [小瑶](http://www.apache.wiki/display/~chenyao)**
* **作者:[片刻](http://cwiki.apachecn.org/display/~jiangzhonglian) [小瑶](http://cwiki.apachecn.org/display/~chenyao)**
* [GitHub地址](https://github.com/apachecn/MachineLearning): <https://github.com/apachecn/MachineLearning>
* **版权声明:欢迎转载学习 => 请标注信息来源于 [ApacheCN](http://www.apachecn.org/)**

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Before

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@@ -52,14 +52,20 @@ def loadExData():
[1, 1, 1, 0, 0],
[5, 5, 5, 0, 0]]
"""
# # 原矩阵
# return[[1, 1, 1, 0, 0],
# [2, 2, 2, 0, 0],
# [1, 1, 1, 0, 0],
# [5, 5, 5, 0, 0],
# [1, 1, 0, 2, 2],
# [0, 0, 0, 3, 3],
# [0, 0, 0, 1, 1]]
# 原矩阵
return[[1, 1, 1, 0, 0],
[2, 2, 2, 0, 0],
[1, 1, 1, 0, 0],
[5, 5, 5, 0, 0],
[1, 1, 0, 2, 2],
[0, 0, 0, 3, 3],
[0, 0, 0, 1, 1]]
return[[0, -1.6, 0.6],
[0, 1.2, 0.8],
[0, 0, 0],
[0, 0, 0]]
# 相似度计算,假定inA和inB 都是列向量
@@ -297,12 +303,15 @@ def imgCompress(numSV=3, thresh=0.8):
if __name__ == "__main__":
# # 对矩阵进行SVD分解(用python实现SVD)
# Data = loadExData()
# print Data
# U, Sigma, VT = linalg.svd(Data)
Data = loadExData()
print 'Data:', Data
U, Sigma, VT = linalg.svd(Data)
# # 打印Sigma的结果,因为前3个数值比其他的值大了很多,为9.72140007e+00,5.29397912e+00,6.84226362e-01
# # 后两个值比较小,每台机器输出结果可能有不同可以将这两个值去掉
# print Sigma
print 'U:', U
print 'Sigma', Sigma
print 'VT:', VT
print 'VT:', VT.T
# # 重构一个3x3的矩阵Sig3
# Sig3 = mat([[Sigma[0], 0, 0], [0, Sigma[1], 0], [0, 0, Sigma[2]]])
@@ -326,10 +335,10 @@ if __name__ == "__main__":
"""
# 计算相似度的方法
myMat = mat(loadExData2())
# myMat = mat(loadExData2())
# print myMat
# 计算相似度的第一种方式
print recommend(myMat, 1, estMethod=svdEst)
# print recommend(myMat, 1, estMethod=svdEst)
# 计算相似度的第二种方式
# print recommend(myMat, 1, estMethod=svdEst, simMeas=pearsSim)