Veri Madenciliği Bölüm 1. Giriş

Ders bilgileri http://ceng.gazi.edu.tr/~ozdemir/teaching/dm Öğretim üyesi: Doç. Dr. Suat Özdemir E-posta: suatozdemir@gazi.edu.tr Websayfası: http://ceng.gazi.edu.tr/~ozdemir/teaching/dm Bütün duyuru, ödev, vb. için ders web sayfasını haftada en az bir kez kontrol etmelisiniz

Ders Bilgileri Ders kitabı: Kaynak kitaplar: Pang-Ning Tan, Michael Steinbach, Vipin Kumar (2005). Introduction to Data Mining. Addison Wesley, ISBN: 0-321-32136-7 Kaynak kitaplar: David J. Hand, Heikki Mannila, and Padhraic Smyth (2001). Principles of Data Mining. MIT Press. ISBN 026208290X. Data Mining, Second Edition Concepts and Techniques 2nd Edition Jiawei Han and Micheline Kamber ISBN: 978-1-55860-901-3 The Morgan Kaufmann Series, 2006.

Dersin Amacı Temel veri madenciliği konseptlerini öğrenmek Sınıflandırma, kümeleme, ilişkilendirme/birliktelik kuralları bulma gibi temel veri madenciliği konularında uygulama geliştirmek Geniş veri tabanlarında/veri ambarlarında bilgi keşfi yapabilmek.

Ders içeriği Giriş Veri önişleme Veri ambarları Sınıflandırma Kümeleme İlişkilendirme/birliktelik kuralları Veri madenciliğinde saldırı tespiti Metin madenciliği WEB madenciliği

Ders planı Motivasyon: Neden veri madenciliği? Tanım: Veri madenciliği nedir? Veri madenciliği konularının sınıflandırılması Veri ambarları Veri madenciliğinde sorunlar

Veritabanı teknolojisinin gelişimi

Neden veri madenciliği? Bilgisayarların ucuzlayıp aynı zamanda çok güçlü hale gelmeleri Teknolojinin gelişimiyle bilgisayar ortamında ve veritabanlarında tutulan veri miktarının da artması (terabyte to petabyte) Yeni veri toplama yolları Otomatik veri toplama aletleri, veritabanı sistemleri, bilgisayar kullanımının artması Büyük veri kaynakları İş dünyası: Web, e-ticaret, alışveriş, hisse senetleri, … Bilim dünyası: Uzaktan algılama ve izleme, bioinformatik, simülasyonlar.. Toplum: haberler, digital kameralar, YouTube, Facebook… Ticari rekabet baskısının artması Kişiselleştirilmiş ürünler, CSR yönetimi Veri içinde boğuluyoruz, ancak bilgi elde edemiyoruz!!!

Neden veri madenciliği?

Veri Madenciliğinin Amacı Ne yapmak istemiyoruz? Büyük miktardaki veri içinde arama yapmak (Veritabanı yönetim sistemleri bu işi yapıyor) Telefon rehberinde arama yapmak Veri madenciliğinin amacı: Aradığımız veri mevcutsa bu veriden çıkarabileceğimiz sonuçlarını anlamak Telefon rehberindeki isimlere göre, hangi bölgemizde hangi isimlerin daha yaygın olduğunu bulmak

Veritabanı - Veri Madenciliği Karşılaştırması Sorgulama Tanımlı SQL Veri Canlı veri Dinamik Çıktı Belirli Verinin bir alt kümesi Sorgulama Tam tanımlı değil Yaygın sorgulama dili yok Veri Üzerinde işlem yapılmayan veri Statik Çıktı Belirli değil Verinin bir alt kümesi değil Veritabanı Veri Madenciliği

Sorgulama örnekleri Veritabanı uygulaması: Veri madenciliği uygulaması Adı Ahmet olan kredi kartı sahiplerini bul. Bir ayda 2000 YTL’den fazla harcama yapan kredi kartı sahiplerini bul. DVD satın alan tüm müşterileri bul. Veri madenciliği uygulaması Riski az olan tüm kredi kartı başvurularını bul (sınıflandırma) Harcama alışkanlığı benzer olan kredi kartı sahiplerini bul (demetleme) DVD birlikte sıkça satın alınan ürünü bul (ilişkilendirme kuralları)

Veri madenciliği nedir? Basit ve açık olmayan, önceden bilinmeyen ve yararlı olan örüntülerin ya da bilginin çok büyük miktarlardaki veriden çıkarılması Sorgulama ya da basit istatistik yöntemler veri madenciliği değildir. Veri madenciliği terimi ne kadar doğru? KNOWLEDGE DISCOVERY FROM DATA (KDD) (VERİDEN BİLGİ KEŞFİ) Alternatif isimler Knowledge discovery (mining) in databases (KDD), knowledge extraction, data/pattern analysis, data archeology, data dredging, information harvesting, business intelligence, etc.

Veriden Bilgi Keşfi Knowledge Bilgi Teoride veri madenciliği bilgi keşfi işleminin bir parçasıdır Pratikte veri madenciliği ve veriden bilgi keşfi aynı anlamda kullanılır Pattern Evaluation Örüntü değerlendirme Data Mining Veri madenciliği Task-relevant Data Kullanım amaçlı veri Selection Seçme Data Warehouse Veri ambarı Data Cleaning Veri temizleme Data Integration Veri birleştirme Databases / Veri tabanları

Veriden Bilgi Keşfinin Aşamaları Uygulama alanını inceleme Konuyla ilgili bilgi ve uygulama amaçları Veri toplama ve birleştirme Amaca uygun veri kümesi oluşturma: Veri seçme Veri ayıklama ve önişleme Veri azaltma ve veri dönüşümü incelemede gerekli boyutları (özellikleri) seçme, boyutlar arası ilişkiyi belirleme, boyut azaltma, Veri madenciliği tekniği seçme Sınıflandırma, eğri uydurma, bağıntı kuralları, demetleme Veri madenciliği algoritmasını seçme Model değerlendirme ve bilgi sunumu Bulunan bilginin yorumlanması

Örnek: WEB madenciliği web sitesinin yapısını inceleme veri toplanması: log dosyaları, üye veri tabanı ve satış kayıtlarının toplanması verileri seçme: tarih aralığını belirleme veri ayıklama, önişleme: gereksiz kayıtları silme veri azaltma, veri dönüşümü: kullanıcı oturumları belirleme veri madenciliği tekniği seçme: demetleme veri madenciliği algoritması seçme: k-ortalama, EM, DBSCAN... Model değerlendirme/yorumlama: değişik kullanıcı grupları için sıkça izlenen yolu bulma Uygulama alanları: öneri modelleri, kişiselleştirme, ön belleğe alma

Veri madenciliği ve diğer disiplinler Veri tabanı teknolojisi İstatistik Makina Öğrenmesi Örüntü Tanıma Algoritma Diğer Disiplinler Görselleştirme

Veri Madenciliği Uygulamaları Veri analizi ve karar destek sistemleri Market analiz ve yönetimi Hedef market, müşteri ilişkileri yönetimi, market sepet analizi (basket analysis), çaprazlama satışlar, market ayrımı Risk analizi ve yönetimi Sahtekarlık tespiti (Fraud detection) ve normal olmayan desenlerin tespiti (outliers) Diğer uygulamalar Belgeler arası benzerlik Ağ güvenliği Text ve web madenciliği Sosyal ağ analizi Akan veri madenciliği

Örnekler 1. Market analizi Veri kaynağı: kredi kartı işlemleri, kuponlar.. Hedef merket belirleme Aynı özelliği taşıyan müşterilerin belirlenmesi, satış stratejisi geliştirilmesi Çapraz market analizi Ürün satışları arasındaki ilişkiyi bulma Müşteri profili çıkarma Hangi tip müşteri ne alıyor Müşteri grupları için en iyi ürünleri belirle

Örnekler (devam) 2. Risk analizi Gelir ve kaynak planlama Rekabet Bilanço değerlendirmesi Para akış analizi ve kestirimi Talep incelemesi Rekabet Diğer firmaların takibi, fiyatlandırma stratejisi geliştirme Kaynak planlaması Kaynakların incelenmesi ve uygun olarak dağıtılması

Örnekler (devam) 3. Sahtekarlık tespiti ve normal olmayan örüntülerin bulunması Sigorta, bankacılık, telekomünikasyon alanlarında Geçmiş veri kullanılarak sahtekarlık yapanlar için bir model oluşturma ve benzer davranış gösterenleri belirleme Örnek Araba sigortası Sağlık sigortası Kredi kartı başvurusu Ağ analizi

Veri madenciliği ve iş dünyası Increasing potential to support business decisions End User Decision Making Data Presentation Business Analyst Visualization Techniques Data Mining Data Analyst Information Discovery Data Exploration Statistical Summary, Querying, and Reporting Data Preprocessing/Integration, Data Warehouses DBA Data Sources Paper, Files, Web documents, Scientific experiments, Database Systems

Veri madenciliği kaynakları Veri dosyaları İlişkisel veritabanları Veri ambarları Konu odaklı olarak, düzenlenmiş, birleştirilmiş, sabitlenmiş, büyük veritabanı Gelişmiş veritabanları nesneye dayalı veritabanları www

Veri madenciliği sınıflandırma Veri açısından İlişkisel, veri ambarı, zamana bağlı, akan, text, multimedia, web Bilgi açısından Kategorize, ayrım, ilişki, sınıflandırma, kümeleme, trend analizi, outlier analizi Kullanılacak teknik açısından Veri tabanı temelli, veri ambarı temelli (OLAP), istatistik,... Uygulanancak alan açısından Ticari, telekom, banka, sahtekarlık analizi, text madenciliği...

Veri madenciliği sınıflandırması Veri madenciliğinde veriyi belli bir modele uydurmak istiyoruz. Kestirime dayalı veri madenciliği (predictive) Kredi başvurularını risk gruplarına ayırma Bu işlemde dolandırıcılık var mıdır? Şirketle çalışmayı bırakacak müşterileri öngörme Borsa tahmini Tanımlayıcı veri madenciliği (descriptive) Veriler arasındaki gizli kalmış ilişkiyi ortaya çıkarırlar En iyi müşterilerim kimler? Hangi ürünler birlikte satılıyor? Hangi müşteri gruplarının alışveriş alışkanlıkları benzer?

Kestirime dayalı (predictive) veri madenciliği Sınıflandırma: Veriyi önceden belirlenmiş sınıflardan birine dahil eder. Gözetimli öğrenme Örüntü tanıma Kestirim Eğri uydurma: Veriyi gerçel değerli bir fonksiyona dönüştürür. Zaman serileri inceleme: Zaman içinde değişen verinin değerini öngörür.

Kestirime dayalı veri madenciliği örneği: Sınıflandırma Sınıflandırıcı Model Ögrenme kümesi Model Deneme kümesi

Tanımlayıcı (descriptive) veri madenciliği Demetleme/kümeleme: Benzer verileri aynı grupta toplama Gözetimsiz öğrenme Özetleme: Veriyi altgruplara ayırır. Her altgrubu temsil edecek özellikler bulur. Genelleştirme Nitelendirme İlişkilendirme kuralları / birliktelik kurallları Veriler arasındaki ilişkiyi belirler Sıralı diziler: Veri içinde sıralı örüntüler bulmak için kullanılır.

Tanımlayıcı veri madenciliği örneği: Demetleme/Kümeleme Doküman Kümeleme: Dökümanlar içlerinde geçen terimlere göre gruplanacak Yaklaşım: Her doküman içinde sık geçen terimleri bul. Bu terimlerden ve ağırlıklarından yararlanarak bir benzerlik ölçütü geliştir. Bu ölçüte göre demetleme yap Kullanımı: Yeni bir dokümanın hangi dokümanlarla benzer olduğu terimlere göre arama yapıldığında bu terimleri içeren dokümanları bulma

Tanımlayıcı veri madenciliği örneği: Birliktelik kuralları Veri kümesindeki nesneler arasındaki ilişkiyi bulma bir nesnenin (nesnelerin) varlığı ile diğer bir nesnenin (nesnelerin) de varlığını tahmin edebilecek kurallar TID Nesneler 1 Ekmek, kola, süt 2 Bira, ekmek 3 Bira, kola, çocuk bezi, süt 4 Bira, ekmek, çocuk bezi, süt 5 Kola, çocuk bezi, süt Kurallar {süt}  {kola} {çocuk bezi,süt}  {kola}

Hangi örüntü (kural)? Binlerce örüntü: Sadece bir kısmı önemli Veri madenciliği ile bulunan sonuç kümesi üzerinde tekrar veri madenciliği uygulanacak kadar büyük Bulunan örüntünün önemli olması için: insanlar tarafından kolayca anlaşılabilir sınama verisi veya yeni veriler üzerinde belli oranda geçerli yeni, yararlı ve kullanılabilir olması gerekir.

Tanımlayıcı veri madenciliği örneği: Sıralı diziler Zamana bağlı bir veri setinde veriler arasındaki sıra ilişkilerini bulur. Satış verileri içinde:, Bilgisayar ürünleri satan bir firma: (Intro_To_Visual_C) (C++_Primer) --> (Perl_for_dummies,Tcl_Tk) Spor malzemeleri satan bir firma: (Shoes) (Racket, Racketball) --> (Sports_Jacket)

Veri madenciliği sınıflandırması: Özet Sınıflandırma/Classification [Predictive] Demetleme/Clustering [Descriptive] İlişkilendirme kuralları bulma/Association Rule Discovery [Descriptive] Sıralı dizi bulma/Sequential Pattern Discovery [Descriptive] Eğri uydurma/Regression [Predictive] Anomali bulma/Deviation Detection [Predictive]

Veri Ambarları Çok fazla miktarda üzerinde işlem yapılan veri var Çoğunlukla farklı veritabanlarında ve farklı ortamlarda Veri farklı formatlarda ve yerlerde (heterojen ve dağıtık) Karar destek birimleri veriye sanal olarak tek biryerden ulaşabilmeli Ulaşım hızlı olmalı

Veri ambarları Belirli bir döneme ait, yapılacak çalışmaya göre konu odaklı olarak düzenlenmiş, birleştirilmiş ve sabitlenmiş büyük veritabanı Amaca yönelik, konu odaklı Birleştirilmiş Zaman değişkenli, belirli bir döneme ait Son 5 yıl, v.b. Değişken değil, statik Veri silinmez, eklenmez

Veri Ambarı Mimarisi Hizmet Veri madenciliği Veri ambarı Veritabanları Diğer Kaynaklar İzleme Birleştirme OLAP Server Metadata Veri çek İşle Yükle Yenile Hizmet Veri madenciliği Veri ambarı Veri “Mart”ları Veri kaynakları Veri depolama OLAP motoru Son kullanıcı

Veri Madenciliğinde Sorunlar Güvenlik ve sosyal haklar Kullanıcı arabirimi Veri madenciliği yöntemi Başarım ve ölçeklenebilirlik Veri kaynağı

Veri Madenciliğinde Sorunlar Özellikle güvenlik ve sosyal haklar ile ilgili kişilere ait verilerin toplanarak, kişilerden habersiz ve izinsiz olarak kullanılması, veri madenciliği yöntemleri ile bulunan sonuçların izinsiz olarak açıklanması, gizlilik ve veri madenciliği politikalarının düzenlenmesi gibi sorunlar hala çözülememiştir. Veri madenciliği genelde uygulamaya özgü çözümler içerdiğinden yaygın bir kullanıcı arabirimi ve oluşmamıştır. Kullanılan veri madenciliği yöntemine göre sonuçlar arasında çok büyük farklar çıkabilmektedir. Hangi yöntemin geçerli olduğu konusunda karar vermek uygulama alanına hakim kişiler tarafından verilmelidir. Başarım ve ölçeklenebilirlik için oluşturulan metriklerin geçerlilikleri konusunda ortak bir fikir yoktur. Başarım ve ölçeklenebilirlik konusu subjektiftir. %90 başarı bazı uygulamalar için iyi sayılabilirken, sağlık alanında çok kötü bir değer olarak nitelendirilebilir. Çoğu durumda veri kaynağından elde edilen bilgilerin güvenilirliği konusunda doğrulama yapılamamaktadır (kişisel bilgilerin gizliliği).

Veri Madenciliğinde Sorunlar: Güvenlik Gizlilik ve sosyal haklar Kişilere ait verilerin toplanarak, kişilerden habersiz ve izinsiz olarak kullanılması Veri madenciliği yöntemleri ile bulunan sonuçların izinsiz olarak açıklanması Gizlilik ve veri madenciliği politikalarının düzenlenmesi

Veri Madenciliğinde Sorunlar: Son kullanıcı Kullanıcı Arabirimi Görüntüleme Sonucun anlaşılabilir ve yorumlanabilir hale getirilmesi Bilginin sunulması Etkileşim Veri madenciliği ile elde edilen bilginin kullanılması Veri madenciliği yöntemine müdahele etmek Veri madenciliği yönteminin sonucuna müdahele etmek

Veri Madenciliğinde Sorunlar: Performans Başarım ve ölçeklenebilirlik Kullanabilirlik ve ölçeklenebilirlik Zaman karmaşıklığı ve yer karmaşıklığı kabul edilebilir Örnekleme yapabilme Paralel ve dağıtık yöntemler Artımlı veri madenciliği Parçala ve çöz