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Apriori算法的C++实现
Apriori是经典的购物篮分析算法。该算法用SQL实现难度较大,所以考虑用C++实现。花了两天,代码如下,原创转载请注明出处
//Apriori.c #include<iostream> #include<set> #include<map> #include<string> #include<vector> using namespace std; typedef map<set<string>,int> map_s; map_s Ck ;//候选集Ck map_s Lk ; //频繁项集Lk vector<set<string> > data; //原始数据 vector<set<string> > L; //频繁项集合 vector<string> data2; //分割后的原始数据 int n,m; int minSup = 2; int minConf = 0.2; set<string> s; string in; void Delete(map_s &Ck) { for( map_s::iterator l_it=Ck.begin();l_it!=Ck.end();l_it++ ) { if( l_it->second< minSup) { Ck.erase(l_it); } } } int compset(set<string> s1,set<string> s2) { int flag=0; //判断集合s1是不是s2的子集 for( set<string>::iterator it=s1.begin(); it!=s1.end();it++ ) { //s1有元素不在s2中 if( s2.find(*it)==s2.end() ) { flag=10; break; } } for( set<string>::iterator it=s2.begin(); it!=s2.end();it++ ) { //s2有元素不在s1中 if( s1.find(*it)==s1.end() ) { flag+=1; break; } } /*当flag==0,s1元素全部在s2中,s2元素也全部在s1中,s1==s2 当flag==10,s1有元素不在s2中,s2所有元素都在s1中,s1包含了s2 当flag==1,s1所有元素在s2中,s2有元素不在s1中,s2包含了s1 当flag==11,s1 s2集合互不包含 */ return flag; } map_s apriori_gen(map_s &Ck,int k) { //生成子集 map_s Ck_temp; set<string> s_temp; for( map_s::iterator l_it1=Ck.begin();l_it1!=Ck.end();l_it1++ ) { for( map_s::iterator l_it2=Ck.begin();l_it2!=Ck.end();l_it2++ ) { //如果两个set一样,则说明是同一个KEY,跳过 if(!((l_it1->first > l_it2->first)||(l_it1->first < l_it2->first))) continue; //否则开始组装,遍历整个Ck for( set<string>::iterator s_it=l_it2->first.begin();s_it!=l_it2->first.end();s_it++ ) { //如果该值在l_it1 set里面可以找到,不能组装 if( l_it1->first.find(*s_it)!=l_it1->first.end()) continue; //否则进行组装,先把l_it1的set复制进去 s_temp = l_it1->first; //再把l_it2的值放进去 s_temp.insert(*s_it); //判断该组装的set是否已在生成集合中,如果之前已生成,则不需要往下运算 if(Ck_temp.find(s_temp)!=Ck_temp.end()) continue; else //否则放到生成的子集中 { Ck_temp.insert(pair<set<string>,int >(s_temp,0)); } } } } //对于k=2的情况,需要扫描原始数据得出计数值 if( 2 == k ) { for( map_s::iterator l_it=Ck_temp.begin();l_it!=Ck_temp.end();l_it++ ) for(int i=0;i<data.size();i++) //l_it集合被data[i]完整包含,则计数值+1 if( (10 == compset(data[i],l_it->first)) || (0 == compset(data[i],l_it->first)) ) Ck_temp[l_it->first]++; //扫描完之后排除 非频繁项 for( map_s::iterator l_it=Ck_temp.begin();l_it!=Ck_temp.end();l_it++ ) if( Ck_temp[l_it->first] < minSup ) Ck_temp.erase(l_it); } //如果是大于2的情况,扫描k-1的频繁项子集 if( 2 < k ) { //每次都循环获取每个Ck的k-1子集元素 //如{I1,I2,I3}C3的子集是{I1,I2} {I2,I3} {I3,I4} //如果Ck的子集不在k-1的频繁项子集中,则去掉该Ck项 for( map_s::iterator l_it=Ck_temp.begin();l_it!=Ck_temp.end();l_it++ ) { int flag; for( set<string>::iterator s_it=l_it->first.begin();s_it!=l_it->first.end();s_it++ ) { //开始求子集 //首先把当前Ck项的集合保存 s_temp=l_it->first; //去掉一个元素,即是它的k-1子集 s_temp.erase(*s_it); //遍历频繁项集合L,看看是不是在频繁集中 flag=1; for( int i=0;i<L.size();i++ ) { //如果K-1子集在频繁项集中存在,则保留 if( 0 == compset(s_temp,L[i]) ) { flag=0; break; } } //如果找到了哪怕一个k-1子集项不在频繁项集中,直接退出 if( flag ) break; } //只有所有的k-1子集在频繁项集中,才保留该Ck项 if( flag ) Ck_temp.erase(l_it); } } cout<<"由L"<<k-1<<"产生的候选集C"<<k<<" "<<"cout数(k=2以上不做计数)"<<endl; for( map_s::iterator l_it=Ck_temp.begin();l_it!=Ck_temp.end();l_it++ ) { for( set<string>::iterator s_it=l_it->first.begin();s_it!=l_it->first.end();s_it++ ) cout<<*s_it<<" "; cout<<l_it->second<<endl; } return Ck_temp; } int main() { cout<<"请输入事务,第一行输入事务数。每行第一个值输入该事务的item数"<<endl; //生成原始数据集 cin>>n; for(int i=0;i<n;i++) { s.clear(); cin>>m; for(int j=0;j<m;j++) { cin>>in; s.insert(in); data2.push_back(in); } data.push_back(s); } //扫描数据集D,生成C1 //对于每个候选集里面的元素 for( int j=0; j<data2.size();j++ ) { int flag=1; //如果C1中存在该元素,计数值加1 for( map_s::iterator l_it=Ck.begin();l_it!=Ck.end();l_it++ ) { if( (l_it->first).find(data2[j]) != (l_it->first).end() ) { Ck[l_it->first]++; flag=0; break; } } //不存在,插入到C1集合中 if(flag) { s.clear(); s.insert(data2[j]); Ck.insert(pair<set<string>,int>(s,1)); } } //去掉支持度不足的 for( map_s::iterator l_it=Ck.begin();l_it!=Ck.end();l_it++ ) { if( l_it->second< minSup) Ck.erase(l_it); } cout<<"C1候选集:"<<endl; cout<<"项集"<<" "<<"支持度计数"<<endl; for( map_s::iterator l_it=Ck.begin();l_it!=Ck.end();l_it++ ) { for( set<string>::iterator s_it=(l_it->first).begin(); s_it!=(l_it->first).end(); s_it++) cout<<*s_it<<" "<<l_it->second<<endl; } int f_count=2; while( f_count ) { //将Ck内的k-1频繁集全部保存到L集中 for( map_s::iterator l_it=Ck.begin();l_it!=Ck.end();l_it++ ) L.push_back(l_it->first); //获取Ck集,已清除掉小于支持度的候选集 Ck=apriori_gen(Ck,f_count); if( Ck.empty() ) { break; }else{ f_count++; } } cout<<"最终的频繁集集合"<<endl; for( int i=0; i<L.size(); i++ ) { for( set<string>::iterator s_it=L[i].begin(); s_it!=L[i].end(); s_it++) cout<<*s_it<<" "; cout<<endl; } }
目前只实现到产生频繁集合,支持度默认计数2。在g++环境下编译 g++ -g Apriori.c -o apr
测试数据如下:
4
3 I1 I2 I6
4 I1 I2 I3 I5
3 I2 I3 I7
5 I1 I3 I5 I6 I2
输出如下:
用ORACLE格式化数据导出成文件,C++处理后返回文件给ORACLE,传到推荐数据库中即可完成这个算法的全流程。
当然目前还只是儿童玩具,因为所有的数据都是放在内存里的,数据量一大这个代码就不实用了。C++牛逼的地方在于可以直接调用linux底层的接口处理这一类问题,比如当内存不足时数据存到磁盘。我们这边内存有几十G,订单总量不超过1G,所以这个代码应该够用了,不够用时可以再扩展
Apriori算法的C++实现
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