数据挖掘过程中的预处理阶段

数据挖掘过程中的预处理阶段

整个数据挖掘过程中，数据预处理要花费60％左右的时间，而后的挖掘工作仅占总工作量的10％左右[1] 。经过预处理的数据，不但可以节约大量的空间和时间，而且得到的挖掘结果能更好地起到决策和预测作用。

一般的，数据预处理分为4个步骤，本文把对初始数据源的选择作为数据预处理过程中的一个步骤，即共分为5个步骤。因为，如果在数据获得初期就有一定的指导，则可以减少数据获取的盲目性以及不必要噪声的引入且对后期的工作也可节约大量的时间和空间。整个预处理过程见下图：

1 初始源数据的获取

研究发现，通过对挖掘的错误结果去寻找原因, 多半是由数据源的质量引起的。因此，原始数据的获取，从源头尽量减少错误和误差，尤其是减少人为误差，尤为重要。首先应了解任务所涉及到的原始数据的属性和数据结构及所代表的意义，确定所需要的数据项和数据提取原则，使用合适的手段和严格的操作规范来完成相关数据的获取，由于这一步骤涉及较多相关专业知识，可以结合专家和用户论证的方式尽量获取有较高含金量（预测能力）的变量因子。获取过程中若涉及到多源数据的抽取，由于运行的软硬件平台不同，对这些异质异构数据库要注意数据源的连接和数据格式的转换。若涉及到数据的保密，则在处理时应多注意此类相关数据的操作且对相关数据作备注说明以备查用。

2 数据清理

数据清理

数据清理是数据准备过程中最花费时间、最乏味，但也是最重要的步骤。该步骤可以有效减少学习过程中可能出现相互矛盾情况的问题。初始获得的数据主要有以下几种情况需要处理：

1）含噪声数据。处理此类数据，目前最广泛的是应用数据平滑技术。1999年，Pyle 系统归纳了利用数据平滑技术处理噪声数据的方法，主要有：① 分箱技术，检测周围相应属性值进行局部数据平滑。②利用聚类技术，根据要求选择包括模糊聚类分析或灰色聚类分析技术检测孤立点数据，并进行修正，还可结合使用灰色数学或粗糙集等数学方法进行相应检测。③利用回归函数或时间序列分析的方法进行修正。④计算机和人工相结合的方式等。

对此类数据，尤其对于孤立点或异常数据，是不可以随便以删除方式进行处理的。很可能孤立点的数据正是实验要找出的异常数据。因此，对于孤立点应先进入数据库，而不进行任何处理。当然，如果结合专业知识分析，确信无用则可进行删除处理。

2）错误数据。对有些带有错误的数据元组，结合数据所反映的实际问题进行分析进行更改或删除或忽略。同时也可以结合模糊数学的隶属函数寻找约束函数，根据前一段历史趋势数据对当前数据进行修正。

3）缺失数据。①若数据属于时间局部性的缺失，则可采用近阶段数据的线性插值法进行补缺；若时间段较长，则应该采用该时间段的历史数据恢复丢失数据。若属于数据的空间缺损则用其周围数据点的信息来代替，且对相关数据作备注说明，以备查用。②使用一个全局常量或属性的平均值填充空缺值。③使用回归的方法或使用基于推导的贝叶斯方法或判定树等来对数据的部分属性进行修复④忽略元组。

4）冗余数据。包括属性冗余和属性数据的冗余。若通过因子分析或经验等方法确信部分属性的相关数据足以对信息进行挖掘和决策，可通过用相关数学方法找出具有最大影响属性因子的属性数据即可，其余属性则可删除。若某属性的部分数据足以反映该问题的信息，则其余的可删除。若经过分析，这部分冗余数据可能还有他用则先保留并作备注说明。

3 数据集成和数据融合

3.1数据集成

数据集成是一种将多个数据源中的数据（数据库、数据立方体或一般文件）结合起来存放到一个一致的数据存储(如数据仓库) 中的一种技术和过程。

由于不同学科方面的数据集成涉及到不同的理论依据和规则，因此，数据集成可以说是数据预处理中比较困难的一个步骤。每个数据源的命名规则和要求都可能不一致，将多个数据源的数据抽取到一个数据仓库中为了保证实验结果的准确性必须要求所有数据的格式统一。实现格式统一的方法大致分为两类，一类是在各数据源中先进行修改，后统一抽取至数据仓库中；二是先抽取到数据仓库中，再进行统一修改。

3.2数据融合

本文所讲的融合仅限于数据层的数据融合，即把数据融合的思想引入到数据预处理的过程中，加入数据的智能化合成，产生比单一信息源更准确、更完全、更可靠的数据进行估计和判断，然后存入到数据仓库或数据挖掘模块中。如：用主成分分析法将多个指标数据融合成一个新的指标，实验时只拿融合后的新指标进行计算即可，一个新指标包含了原始多个指标的信息，既节省了存储空间，又提升了计算速度。

4 数据变换

数据变换是采用线性或非线性的数学变换方法将多维数据压缩成较少维数的数据，消除它们在空间、属性、时间及精度等特征表现的差异。这类方法虽然对原始数据通常都是有损的，但其结果往往具有更大的实用性。

常用的规范化方法有最小—最大规范化、Z —score 规范化（零—均值规范化）、小数定标规范化等。吴新玲等提出了一个通用的数据变换维数消减模型, 给出了应用主成分分析方法计算模型中的数据变换矩阵的方法, 应用实例表明, 通过数据变换可用相当少的变量来捕获原始数据的最大变化 [7]。具体采用哪种变换方法应根据涉及的相关数据的属性特点，根据研究目的可把定性问题定量化，也可把定量问题定性化进行数据的操作变换。

5 数据归约

数据经过去噪处理后，需根据相关要求对数据的属性进行相应处理。数据规

约就是在减少数据存储空间的同时尽可能保证数据的完整性，获得比原始数据小得多的数据，并将数据以合乎要求的方式表示。如：利用数据仓库的降维技术将小颗粒数据整合成大颗粒数据，方便数据的使用，节省存储空间。

6 结语

在数据预处理的实际应用过程中，上述步骤有时并不是完全分开的。另外，应该针对具体所要研究的问题通过详细分析后再进行预处理方法的选择，整个预处理过程要尽量人机结合，尤其要注重和客户以及专家多多交流。预处理后，若挖掘结果显示和实际差异较大，在排除源数据的问题后则有必要需要考虑数据的二次预处理，以修正初次数据预处理中引入的误差或方法的不当，若二次挖掘结果仍然异常则需要另行斟酌。