Khai Phá Dữ Liệu và Phát Hiện Luật Kết Hợp Trong Cơ Sở Dữ Liệu Siêu Thị

• Tác giả: Bùi Thị Trung Thành
• Người hướng dẫn: PTS. Đoàn Văn Bản
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Khai Phá Dữ Liệu
• Đề tài: Khai Phá Dữ Liệu Và Phát Hiện Luật Kết Hợp Trong Siêu Thị
• Loại tài liệu: Luận Văn
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Thái Nguyên

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: KHO DỮ LIỆU VÀ KHAI PHÁ DỮ LIỆU
• 1.1. Mục đích của kho dữ liệu
• 1.2. Đặc điểm của dữ liệu trong kho dữ liệu
• 1.3. Khai phá dữ liệu
• 1.4. Phương pháp khai phá dữ liệu
• 1.5. Thách thức trong ứng dụng và nghiên cứu kỹ thuật khai phá dữ liệu
• 2. CHƯƠNG 2: KHAI PHÁ LUẬT KẾT HỢP
• 2.1. Một số nét về khai phá luật kết hợp
• 2.2. Một số hướng tiếp cận trong khai phá luật kết hợp
• 2.3. Phát biểu bài toán phát hiện luật kết hợp
• 2.4. Phát hiện luật kết hợp dựa trên hệ thống tin nhị phân
• 2.5. Thuật toán K-Pearset Neighbors
• 2.5.1. Giới thiệu bài toán
• 2.5.2. SDL vật lý với MS SQL Server 2008
• 2.5.3. Một số thực nghiệm và giao diện
• 2.5.4. Hướng nghiên cứu tiếp theo
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Về Khai Phá Dữ Liệu Siêu Thị Data Mining 55

Trong bối cảnh công nghệ thông tin phát triển mạnh mẽ, lượng dữ liệu thu thập được từ các siêu thị ngày càng lớn. Tuy nhiên, việc khai thác và sử dụng hiệu quả nguồn dữ liệu này vẫn còn là một thách thức. Các kỹ thuật khai thác dữ liệu truyền thống như SQL không còn đáp ứng được nhu cầu phân tích phức tạp. Khai phá dữ liệu (Data Mining) nổi lên như một giải pháp tối ưu, giúp các nhà quản lý siêu thị khám phá ra những thông tin giá trị ẩn sâu trong dữ liệu. Từ đó, đưa ra các quyết định kinh doanh chính xác và hiệu quả hơn. Data Mining siêu thị đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng, thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học và doanh nghiệp.

1.1. Ứng Dụng Rộng Rãi Của Data Mining Trong Siêu Thị

Khai phá dữ liệu được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của siêu thị, bao gồm tài chính, thị trường, thương mại, giáo dục, y tế, sinh học và bưu chính viễn thông. Các hướng tiếp cận phổ biến bao gồm phân lớp, dự đoán, phân cụm và luật kết hợp. Các kỹ thuật khai phá dữ liệu thường được chia thành hai nhóm chính: kỹ thuật mô tả (mô tả các tính chất chung của dữ liệu) và kỹ thuật dự đoán (đưa ra dự đoán dựa trên dữ liệu hiện có). Ba phương pháp thông dụng nhất là khai phá luật kết hợp, phân cụm dữ liệu và phân lớp dữ liệu.

1.2. Giải Pháp Xây Dựng Kho Dữ Liệu Data Warehouse

Để giải quyết các vấn đề trên, việc xây dựng một kho dữ liệu (Data Warehouse) và phát triển kỹ thuật khai phá tri thức từ dữ liệu (KDD - Knowledge Discovery and Data Mining) là rất quan trọng. Kho dữ liệu giúp tích hợp và quản lý dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau, tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân tích và khai thác thông tin. KDD là một quy trình gồm nhiều bước, từ làm sạch dữ liệu đến lựa chọn, biến đổi dữ liệu, khai phá dữ liệu và đánh giá tri thức.

II. Định Nghĩa Kho Dữ Liệu Data Warehouse Trong Siêu Thị 58

Trong lĩnh vực Business Intelligence (BI) siêu thị, kho dữ liệu đóng vai trò then chốt. Kho dữ liệu là một tập hợp các cơ sở dữ liệu tích hợp, hướng theo chủ đề, được thiết kế để hỗ trợ các chức năng trợ giúp quyết định. Mỗi đơn vị dữ liệu liên quan đến một khoảng thời gian cụ thể. Kho dữ liệu thường có dung lượng rất lớn, có thể lên đến hàng Terabytes. Nó được xây dựng để thuận tiện cho việc thu thập từ nhiều nguồn, nhiều kiểu dữ liệu khác nhau, kết hợp các ứng dụng hiện đại và kế thừa từ các hệ thống đã có.

2.1. Dữ Liệu Tác Nghiệp và Xử Lý Giao Dịch Trực Tuyến OLTP

Dữ liệu phát sinh từ các hoạt động hàng ngày và được thu thập, xử lý để phục vụ công việc nghiệp vụ cụ thể của một tổ chức, thường được gọi là dữ liệu tác nghiệp. Hoạt động xử lý dữ liệu này được gọi là xử lý giao dịch trực tuyến (OLTP - Online Transaction Processing). Dòng dữ liệu trong một tổ chức có thể được mô tả khái quát như sau: dữ liệu cá nhân không thuộc phạm vi quản lý của hệ quản trị kho dữ liệu.

2.2. Tích Hợp Dữ Liệu và Siêu Dữ Liệu Từ Nhiều Nguồn

Kho dữ liệu chứa các thông tin được trích xuất từ các hệ thống dữ liệu tác nghiệp, kho dữ liệu và từ những kho dữ liệu cục bộ của những chủ đề liên quan bằng các phép gộp, tổng hợp hay xử lý theo một cách nào đó. Để đáp ứng các yêu cầu thông tin của người sử dụng, hỗ trợ nhân viên thực hiện tốt công việc, giúp tổ chức xác định và quản lý các dự án hiệu quả, kho dữ liệu cần tích hợp dữ liệu và siêu dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau.

III. Mục Đích Của Kho Dữ Liệu Data Warehouse Siêu Thị 52

Mục tiêu chính của kho dữ liệu là đáp ứng các tiêu chuẩn cơ bản, bao gồm khả năng đáp ứng mọi yêu cầu về thông tin của người dùng và hỗ trợ nhân viên thực hiện công việc hiệu quả. Nó giúp đưa ra các quyết định hợp lý, tăng năng suất và lợi nhuận. Kho dữ liệu cũng giúp tổ chức xác định, quản lý và điều hành các dự án một cách hiệu quả và chính xác. Để đạt được điều này, kho dữ liệu phải tăng chất lượng dữ liệu bằng các phương pháp làm sạch và tinh lọc, tổng hợp và kết nối dữ liệu, đồng bộ hóa các nguồn dữ liệu với kho dữ liệu.

3.1. Quản Lý Siêu Dữ Liệu Metadata Trong Kho Dữ Liệu

Quản lý siêu dữ liệu (metadata) là một yếu tố quan trọng trong kho dữ liệu. Siêu dữ liệu cung cấp thông tin về dữ liệu, giúp người dùng hiểu rõ hơn về cấu trúc, nguồn gốc và ý nghĩa của dữ liệu. Nó cũng giúp các nhà quản lý kho dữ liệu duy trì và cập nhật kho dữ liệu một cách hiệu quả.

3.2. Cung Cấp Thông Tin Tích Hợp và Tóm Tắt Theo Chủ Đề

Kho dữ liệu cần cung cấp thông tin tích hợp, tóm tắt hoặc được liên kết, tổ chức theo các chủ đề. Các kết quả khai thác kho dữ liệu được dùng trong hệ thống hỗ trợ quyết định (DSS - Decision Support System), các hệ thống thông tin tác nghiệp hoặc hỗ trợ cho các truy vấn đặc biệt. Mục tiêu cơ bản của mọi tổ chức là lợi nhuận, và kho dữ liệu đóng vai trò quan trọng trong việc đạt được mục tiêu này.

IV. Đặc Tính Quan Trọng Của Dữ Liệu Trong Kho Dữ Liệu 54

Kho dữ liệu có các đặc tính quan trọng sau: tính tích hợp, tính hướng chủ đề, tính ổn định và dữ liệu tổng hợp. Tính tích hợp thể hiện ở chỗ dữ liệu tập hợp trong kho dữ liệu được thu thập từ nhiều nguồn và được trộn ghép với nhau thành một thể thống nhất. Tính hướng chủ đề có nghĩa là dữ liệu trong kho dữ liệu được tổ chức theo chủ đề, phục vụ cho tổ chức dễ dàng xác định được các thông tin cần thiết trong từng hoạt động của mình.

4.1. Tính Thời Gian và Tính Lịch Sử Của Dữ Liệu

Dữ liệu cần gắn với thời gian và có tính lịch sử. Kho dữ liệu chứa một khối lượng lớn dữ liệu có tính lịch sử. Dữ liệu được lưu trữ thành một loạt các snapshot (ảnh chụp dữ liệu). Mỗi bản ghi phản ánh những giá trị của dữ liệu tại một thời điểm nhất định, thể hiện khung nhìn của một chủ điểm trong một giai đoạn. Yếu tố thời gian có vai trò như một phần của khóa để đảm bảo tính đơn nhất của mỗi sản phẩm hàng hóa và cung cấp đặc trưng về thời gian cho dữ liệu.

4.2. Tính Ổn Định và Dữ Liệu Tổng Hợp Trong Kho Dữ Liệu

Dữ liệu trong kho dữ liệu là dữ liệu chỉ đọc và chỉ có thể được kiểm tra, không thể được thay đổi bởi người dùng đầu cuối. Nó chỉ cho phép thực hiện hai thao tác cơ bản là nạp dữ liệu vào kho và truy cập vào các cung trong kho dữ liệu. Do vậy, dữ liệu không biến động. Dữ liệu tác nghiệp thuần túy không được lưu trữ trong kho dữ liệu. Dữ liệu tổng hợp được tích hợp lại qua nhiều giai đoạn khác nhau theo các chủ điểm đã nêu ở trên.

V. Khai Phá Luật Kết Hợp Bí Quyết Tăng Doanh Thu Siêu Thị 59

Trong lĩnh vực Data Mining siêu thị, khai phá luật kết hợp đóng vai trò quan trọng trong việc khám phá ra các mối quan hệ tiềm ẩn giữa các sản phẩm mà khách hàng thường mua cùng nhau. Từ đó, siêu thị có thể đưa ra các chiến lược marketing và bán hàng hiệu quả hơn. Ví dụ, nếu luật kết hợp cho thấy khách hàng thường mua bánh mì và bơ sữa cùng nhau, siêu thị có thể đặt hai sản phẩm này gần nhau để tăng doanh thu.

5.1. Ứng Dụng Của Luật Kết Hợp Trong Phân Tích Giỏ Hàng

Phân tích giỏ hàng (Market Basket Analysis) là một ứng dụng quan trọng của luật kết hợp. Nó giúp siêu thị hiểu rõ hơn về hành vi mua sắm của khách hàng, từ đó tối ưu hóa việc trưng bày sản phẩm, thiết kế chương trình khuyến mãi và đề xuất sản phẩm phù hợp cho từng khách hàng. Các thuật toán như Apriori và FP-Growth thường được sử dụng để khai phá luật kết hợp trong phân tích giỏ hàng.

5.2. Các Độ Đo Quan Trọng Trong Đánh Giá Luật Kết Hợp

Để đánh giá chất lượng của một luật kết hợp, người ta thường sử dụng các độ đo như độ hỗ trợ (support), độ tin cậy (confidence) và độ nâng (lift). Độ hỗ trợ cho biết tần suất xuất hiện của một tập hợp các sản phẩm trong cơ sở dữ liệu. Độ tin cậy cho biết xác suất mua sản phẩm Y khi đã mua sản phẩm X. Độ nâng cho biết mức độ tương quan giữa hai sản phẩm X và Y.

VI. Ứng Dụng Thuật Toán Apriori Để Phát Hiện Luật Kết Hợp 55

Thuật toán Apriori là một trong những thuật toán phổ biến nhất để khai phá luật kết hợp. Nó hoạt động dựa trên nguyên tắc: nếu một tập hợp các sản phẩm không đủ độ hỗ trợ, thì bất kỳ tập hợp con nào của nó cũng không đủ độ hỗ trợ. Thuật toán Apriori giúp giảm thiểu số lượng tập hợp sản phẩm cần xem xét, từ đó tăng tốc quá trình khai phá luật kết hợp. Tuy nhiên, thuật toán Apriori có thể gặp khó khăn khi xử lý các cơ sở dữ liệu lớn.

6.1. Cải Tiến Thuật Toán Apriori Với AprioriTID và AprioriHybrid

Để cải thiện hiệu suất của thuật toán Apriori, các biến thể như AprioriTID và AprioriHybrid đã được phát triển. AprioriTID sử dụng thông tin về ID giao dịch để giảm số lượng quét cơ sở dữ liệu. AprioriHybrid kết hợp các ưu điểm của Apriori và AprioriTID để đạt được hiệu suất tốt hơn trong nhiều trường hợp.

6.2. Thuật Toán K Nearest Neighbors KNN Trong Khai Phá Dữ Liệu

Thuật toán K-Nearest Neighbors (KNN) là một thuật toán học máy có giám sát được sử dụng để phân loại và hồi quy. Trong khai phá dữ liệu siêu thị, KNN có thể được sử dụng để phân loại khách hàng dựa trên hành vi mua sắm của họ, từ đó đưa ra các đề xuất sản phẩm phù hợp.