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Author: wzy6642

FP_Growth_Project1/FP_Growth.py

@@ -0,0 +1,299 @@
+# -*- coding: utf-8 -*-
+"""
+Created on Sun Aug  5 17:29:40 2018
+
+@author: wzy
+"""
+# FP树的类定义
+class treeNode:
+    def __init__(self, nameValue, numOccur, parentNode):
+        # 节点名称
+        self.name = nameValue
+        # 节点出现次数
+        self.count = numOccur
+        # 不同项集的相同项通过nodeLink连接在一起
+        self.nodeLink = None
+        # 指向父节点
+        self.parent = parentNode
+        # 存储叶子节点
+        self.children = {}
+    # 节点出现次数累加
+    def inc(self, numOccur):
+        self.count += numOccur
+    # 将树以文本形式显示
+    def disp(self, ind=1):
+        print('  '*ind, self.name, ' ', self.count)
+        # 绘制子节点
+        for child in self.children.values():
+            # 缩进处理
+            child.disp(ind + 1)
+
+
+"""
+函数说明：构建FP-tree
+
+Parameters:
+    dataSet - 需要处理的数据集合
+    minSup - 最少出现的次数（支持度）
+    
+Returns:
+    retTree - 树
+    headerTable - 头指针表
+
+Modify:
+    2018-08-06
+"""
+def createTree(dataSet, minSup=1):
+    headerTable = {}
+    # 遍历数据表中的每一行数据
+    for trans in dataSet:
+        # 遍历每一行数据中的每一个数据元素
+        # 统计每一个字母出现的次数，将次数保存在headerTable中
+        for item in trans:
+            # 字典get()函数返回指定键的值，如果值不在字典中返回0。
+            # 由于dataSet里的每个列表均为frozenset所以每一个列表的值均为1即dataSet[trans]=1
+            headerTable[item] = headerTable.get(item, 0) + dataSet[trans]
+    # 遍历headerTable中的每一个字母
+    # 若headerTable中的字母出现的次数小于minSup则把这个字母删除处理
+    lessThanMinsup = list(filter(lambda k:headerTable[k] < minSup, headerTable.keys()))
+    for k in lessThanMinsup: del(headerTable[k])
+    for k in list(headerTable):
+        if headerTable[k] < minSup:
+            del(headerTable[k])
+    # 将出现次数在minSup次以上的字母保存在freqItemSet中
+    freqItemSet = set(headerTable.keys())
+    # 如果没有达标的则返回None
+    if len(freqItemSet) == 0:
+        return None, None
+    # 此时的headerTable中存放着出现次数在minSup以上的字母以及每个字母出现的次数
+    # headerTable这个字典被称为头指针表
+    for k in headerTable:
+        # 保存计数值及指向每种类型第一个元素的指针
+        headerTable[k] = [headerTable[k], None]
+    # 初始化tree
+    retTree = treeNode('Null Set', 1, None)
+    # 遍历dataSet的每一组数据以及这组数据出现的次数
+    for tranSet, count in dataSet.items():
+        localD = {}
+        # 遍历一组数据中的每一个字母
+        for item in tranSet:
+            # 如果这个字母出现在头指针表中
+            if item in freqItemSet:
+                # 将这个字母以及它在头指针表中出现的次数存储在localD中
+                localD[item] = headerTable[item][0]
+        # localD中存放的字母多于一个
+        if len(localD) > 0:
+            # 将字母按照出现的次数按降序排列
+            ordereItems = [v[0] for v in sorted(localD.items(), key=lambda p:(p[1], p[0]), reverse=True)]
+            # 对树进行更新
+            updateTree(ordereItems, retTree, headerTable, count)
+    # 返回树和头指针表
+    return retTree, headerTable
+
+
+"""
+函数说明：更新树
+
+Parameters:
+    items - 将字母按照出现的次数按降序排列
+    inTree - 树
+    headerTable - 头指针表
+    count - dataSet的每一组数据出现的次数，在本例中均为1
+    
+Returns:
+    None
+
+Modify:
+    2018-08-06
+"""
+def updateTree(items, inTree, headerTable, count):
+    # 首先查看是否存在该节点
+    if items[0] in inTree.children:
+        # 存在则计数增加
+        inTree.children[items[0]].inc(count)
+    # 不存在则新建该节点
+    else:
+        # 创建一个新节点
+        inTree.children[items[0]] = treeNode(items[0], count, inTree)
+        # 若原来不存在该类别，更新头指针列表
+        if headerTable[items[0]][1] == None:
+            # 指向更新
+            headerTable[items[0]][1] = inTree.children[items[0]]
+        # 更新指向
+        else:
+            updateHeader(headerTable[items[0]][1], inTree.children[items[0]])
+    # 仍有未分配完的树，迭代
+    if len(items) > 1:
+        updateTree(items[1:], inTree.children[items[0]], headerTable, count)
+
+
+"""
+函数说明：更新树
+
+Parameters:
+    nodeToTest - 需要插入的节点
+    targetNode - 目标节点
+    
+Returns:
+    None
+
+Modify:
+    2018-08-06
+"""
+def updateHeader(nodeToTest, targetNode):
+    while(nodeToTest.nodeLink != None):
+        nodeToTest = nodeToTest.nodeLink
+    nodeToTest.nodeLink = targetNode
+
+
+"""
+函数说明：创建数据集
+
+Parameters:
+    None
+    
+Returns:
+    simpDat - 返回生成的数据集
+
+Modify:
+    2018-08-06
+"""
+def loadSimpDat():
+    simpDat = [['r', 'z', 'h', 'j', 'p'],
+               ['z', 'y', 'x', 'w', 'v', 'u', 't', 's'],
+               ['z'],
+               ['r', 'x', 'n', 'o', 's'],
+               ['y', 'r', 'x', 'z', 'q', 't', 'p'],
+               ['y', 'z', 'x', 'e', 'q', 's', 't', 'm']]
+    return simpDat
+
+
+"""
+函数说明：将数据集数据项转换为frozenset并保存在字典中，其值均为1
+
+Parameters:
+    dataSet - 生成的数据集
+    
+Returns:
+    retDict - 保存在字典中的数据集
+
+Modify:
+    2018-08-06
+"""
+def createInitSet(dataSet):
+    retDict = {}
+    for trans in dataSet:
+        fset = frozenset(trans)
+        retDict.setdefault(fset, 0)
+        retDict[fset] += 1
+        # retDict[frozenset(trans)] = 1
+    return retDict
+
+
+"""
+函数说明：寻找当前非空节点的前缀
+
+Parameters:
+    leafNode - 当前选定的节点
+    prefixPath - 当前节点的前缀
+    
+Returns:
+    None
+
+Modify:
+    2018-08-06
+"""
+def ascendTree(leafNode, prefixPath):
+    # 当前节点的父节点不为空
+    if leafNode.parent != None:
+        # 当前节点添加入前缀列表
+        prefixPath.append(leafNode.name)
+        # 递归遍历所有前缀路线节点
+        ascendTree(leafNode.parent, prefixPath)
+
+
+"""
+函数说明：返回条件模式基
+
+Parameters:
+    basePat - 头指针列表中的元素
+    treeNode - 树中的节点
+    
+Returns:
+    condPats - 返回条件模式基
+
+Modify:
+    2018-08-06
+"""
+def findPrefixPath(basePat, treeNode):
+    condPats = {}
+    while treeNode != None:
+        prefixPath = []
+        # 寻找当前非空节点的前缀
+        ascendTree(treeNode, prefixPath)
+        # 如果遍历到前缀路线
+        if len(prefixPath) > 1:
+            # 将前缀路线保存入字典
+            condPats[frozenset(prefixPath[1:])] = treeNode.count
+        # 到下一个频繁项集出现的位置
+        treeNode = treeNode.nodeLink
+    # 返回条件模式基
+    return condPats
+
+
+"""
+函数说明：递归查找频繁项集
+
+Parameters:
+    inTree - 初始创建的FP树
+    headerTable - 头指针表
+    minSup - 最小支持度
+    preFix - 前缀
+    freqItemList - 条件树
+    
+Returns:
+    None
+
+Modify:
+    2018-08-06
+"""
+def mineTree(inTree, headerTable, minSup, preFix, freqItemList):
+    # 从头指针表的底端开始
+    bigL = [v[0] for v in sorted(headerTable.items(), key=lambda p: str(p[1]))]
+    for basePat in bigL:
+        # 加入频繁项表
+        newFreqSet = preFix.copy()
+        newFreqSet.add(basePat)
+        # print('finalFrequent Item: ', newFreqSet)
+        freqItemList.append(newFreqSet)
+        # 创造条件基
+        condPattBases = findPrefixPath(basePat, headerTable[basePat][1])
+        # print('condPattBases: ', basePat, condPattBases)
+        # 从条件模式来构建条件树
+        myContTree, myHead = createTree(condPattBases, minSup)
+        # print('head from conditional tree: ', myHead)
+        # 挖掘条件FP树，直到条件树中没有元素为止
+        if myHead != None:
+            print('conditional tree for: ', newFreqSet)
+            myContTree.disp(1)
+            mineTree(myContTree, myHead, minSup, newFreqSet, freqItemList)
+            
+if __name__ == '__main__':
+    # 创建树中的一个单节点
+    # rootNode = treeNode('pyramid', 9, None)
+    # 增加一个子节点
+    # rootNode.children['eye'] = treeNode('eye', 13, None)
+    # 显示子节点
+    # rootNode.disp()
+    # 两个子节点
+    # rootNode.children['phoenix'] = treeNode('phoenix', 3, None)
+    # 显示
+    # rootNode.disp()
+    simpDat = loadSimpDat()
+    initSet = createInitSet(simpDat)
+    myFPtree, myHeaderTab = createTree(initSet, 3)
+    # print(findPrefixPath('x', myHeaderTab['s'][1]))
+    # myFPtree.disp()
+    freqItems = []
+    mineTree(myFPtree, myHeaderTab, 3, set([]), freqItems)
+    print(freqItems)