Orange的数据挖掘工具入门使用
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3)本文档内容涉及配合Python编程语言，介绍Orange数据挖掘工具的简单实用主题。
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【1】为什么要写该博文
本文大致介绍Orange的简单知识，关键词为：Orange 的使用，Orange的数据挖掘简介等
1.1 原因
上一篇博文，介绍了Orange 的简单情况。本篇博文介绍如何入门使用。
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【2】数据格式
有网友表示没有看懂相关的数据格式，我也查询了相关的网页，搜索引擎等。没有TAB的数据格式详细文法说明，即便是有，也不是数据挖掘里的TAB格式，也有可能是我没有找到，如果有兴趣的网友向交流，可以与我的邮箱联系。
2.1 TAB数据格式
以著名的鸢尾花格式为例说明，iris.tab来源于官方网址，这里截取部分。
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sepal<space>length<\t>sepal<space>width<\t>petal<space>length<\t>petal<space>width<\t>iris<\r\n> c<\t>c<\t>c<\t>c<\t>d<\r\n> <\t><\t><\t><\t>class<\r\n> 5.1<\t>3.5<\t>1.4<\t>0.2<\t>Iris-setosa<\r\n> 4.9<\t>3.0<\t>1.4<\t>0.2<\t>Iris-setosa<\r\n> 4.7<\t>3.2<\t>1.3<\t>0.2<\t>Iris-setosa<\r\n> 4.6<\t>3.1<\t>1.5<\t>0.2<\t>Iris-setosa<\r\n> |
2.1.1 第一行
由于粘贴过来，空格或缩进世不可见的。所以我将数据修改一下，写成较为明白的格式。第一行主要是属性，属性只要使用TAB（缩进）隔开，就表明是不同的属性，所以如果使用空格隔开，仍然认为是同一属性的名字。彼此之间使用缩进隔开，也正是tab数据格式的由来。
2.1.2 第二行和第三行
第二行主要是属性的赋值类型，包括几种。类似于WEKA的ARFF格式，但是ARFF格式，网上讲得非常清楚，所以TAB反而缺少很多资料。在官方的描述符（descriptor）相关网页上记录了第二行的相关属性，引用如下：
Data instances in Orange can contain several types of variables: discrete, continuous, strings, and Python and types derived from it.
由引用结果可知，赋值的类型比WEKA的ARFF要少一些，主要是连续数值型，离散数值型，字符型和Python链接变量等。其中先说离散数值型（discrete），缩写为小写字母d，表达的是数值离散，但兼备字符特征。连续数值型，缩写为小写字母c，表达的是连续数字变化，不具备字符特点。字符型则从字面可以理解。（为什么说离散兼备字符特征，因为排序的时候，依据离散数字值，排出来与字符ASCII排序是一致的，具体没有理解透彻，希望交流指点。）
根据上面的例子，我们发现第二行里四个c，第五个是d，表示的是前四个属性是连续数值，最后一个是离散的。Cloga网友在他的博客中也写道：Orange使用一种专有的数据结构，扩展名为.tab，其实就是用tab分隔每个数据的纯文本。文档的第一行为属性的名称，用tab分隔，第二行为属性对应的数据类型，包含连续性，间断型和字符型。第三行包含一些元信息，用于指明依赖的特征（分类），不相关的特征（需要忽略的特征）和元特征。
所以第三行一般标注信息，至于什么是元信息，还来得及咨询CG老师，但是粗浅的理解可以认为第三行实际上就是在做备注，备注数据属性是否可以忽略，可以参与计算（这很重要！）。一般注明class，表示属性可以忽略。请注意class所对应的属性，只能选择离散型（d）。不知道为什么（果断我没学好知识）。在某属性下选择连续型的赋值，还注明class，会在读入的时候报错，报错类型（没有及时截图）大致为class attribute is not legal value。（补充，左侧线划的句子是不正确的，是我没有抓住本质的错误结论。导入not legal value的根本问题是tab数据格式的问题，与class注明对应的属性类别没有关系，即某个属性，注明class，它可以是任意属性，可以是s，可以是c，可以是d。我现在还原不出当时的这个报错，我也回忆不起来出现not legal value的隐患在哪里，隐隐约约觉得出现这个问题，估计是第三行class的tab数量错了，或者某个缩进打错了，导致not legal value，归根到底是简简单单的格式错误。）
综上所述，需要注意上述数据例子的格式，关键的地方我都用红色标注了，不可见的其他字符也用蓝色标注。只有这样才能符合Orange的读入，否则报错。
2.1.3 第三行以后
主要是数据，就不赘述了。数据与数据属性一一对应，使用缩进隔开就行了。
2.2 TAB的相关资料(补充)
本部分为补充，是今晚新增的查证的相关材料。
（1）How to Create Tab Delimited Files
（2）请问clusfavor软件中的delimitedText应该怎么翻译呢
总结：说明查找相关的关键词不能查询“tab文件”或“tab数据格式”，而应该查询“tab delimited 文件”之类的骨架关键词。
同时材料how to create tab delimited files提供了EXCEL可以另存为的方法。（OFFICE2010里的选择是另存为“文本（带分隔）.txt”）
Read more : http://www.ehow.com/how_5079116_create-tab-delimited-files.html
Read more : http://www.ehow.com/how_5079116_create-tab-delimited-files.html
Read more : http://www.ehow.com/how_5079116_create-tab-delimited-files.html
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【3】小实验
Orange不可能全部介绍，只能去阅读官方资料。这里就做一个聚类的小实验，把实验过程中的问题总结起来，避免后面的人走弯路。记录实验的目的，绝对不仅仅是证明成功，更是提醒后来者实验的问题，去解决重现实验的问题，这才是正确的态度。我选取的小实验主题为聚类分析，专门是层次聚类。
3.1 在小实验之前的内容
在说到聚小实验类之前，不得不提到Orange可以作为模块导入python，因此不仅可以使用可视化操作，还可以使用代码脚本验证。这些作为模块的官方说明文档，都可以去阅读，下面总结几个：
（1）关于官方数据输入（DATA Input）的代码导入和代码DEMO说明非常有用，解释了如何使用Orange的标准库来制作TAB数据，这是非常方便的。
（2）既然要聚类，必然要选择聚类距离准则，关于官方网址提供计算距离（Distance）的方法和模块接口可以参看超链接。官方提供的例程非常容易理解，非常好用，非常好验证。
（3）聚类选择了层次聚类，可以参看官方提供的层次聚类（Hierarchical Clustering）的模块接口和代码DEMO。
3.2 数据格式的制作
在这里，我目前还在学习Orange 的标准库制作TAB的方法，还没有完全学会，因此就不提前撰写相关的知识了（笔者注：貌似我犯了错误，我没有发现Orange提供标准库，好像它没有制作TAB的标准库，看来还是要自己去制作）。使用Python写TAB的数据是非常方便，比起C语言来，真的是很快速迅捷。本实验的时候，制作的时候需要提醒几点，并举一个例子：
- TAB的数据格式设计问题（请具体问题具体分析，我下面这个例子的解决方法也是具体的，不是广泛适用的）
如果我分析的数据对象是一个DNA序列数据，请注意数据格式需要如下书写：
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No1<\t>No2<\t>No3<\t>No4<\t>No5<\t>Order<\r\n> d<\t>d<\t>d<\t>d<\t>d<\t>c<\r\n> <\r\n> G<\t>G<\t>T<\t>C<\t>G<\t>1<\r\n> G<\t>T<\t>A<\t> T<\t>C<\t>2<\r\n> …… |
No1<\t>No2<\t>No3<\t>No4<\t>No5<\t>Order<\r\n> d<\t>d<\t>d<\t>d<\t>d<\t>d<\r\n> <\t><\t><\t><\t><\t>class<\r\n> G<\t>G<\t>T<\t>C<\t>G<\t>1<\r\n> G<\t>T<\t>A<\t> T<\t>C<\t>2<\r\n> …… |
上述例子应该都可以使用，之前我都验证过是可以使用的，只不过不报错，但不一定符合你的使用聚类计算。
两个的属性是五个碱基，加上一个序列的编号。尽管Orange会内置编号，但是我不知道如何使用，并且使用自己的编号，利于数据库管理。
上述左侧请注意，如果不对属性进行元信息的标注，那么空出一行，什么也不要写。
上述右侧请注意，如果标注了class，Order一定要离散的，否则可能报错（好像我实验的时候报错了）。标注class 的话，没有必要空出额外的一行。（补充，如果空了一行，但是不标注class，有时也报self.list out of range的溢出，但是仍然可以跑数据。这极可能是如果你不标注class，又空出了一行，但是你那一行带入不可见的字符，如空格或缩进，你空出的那一行必须只能是简简单单的回车换行。否则会出问题。）
但是不论上述两种设计数据格式，Order很有可能会出现问题，原因是：
（1）对于程序内部来说，聚类需要计算距离，如果属性不是需要计算距离的，结果被带进去计算，导致结果是错误的。
详细情况：上述左侧，如果Order不去注明class（表示忽略该属性），则Order的数值带入计算，影响聚类。
解决方式：对于计算距离的情形，非计算属性可以标记为c，也可以标记s，尽量不标记d。如果标记d，可以注明该属性为class，或许可以不带入运算。（补充：此为后续实验的体会）
（补充：）不论是连续型，还是离散型。Orange的tab数据投入到聚类距离计算时，凡绝对值不是0和1，即大于等于2或小于等于-2，都会被程序认为是1。所以多维属性的数值一般为0或1。如果不参与计算的属性，如序列编号等，尽量不要带入计算中。所以要么使用class注释不想参与计算的数据（注意，class只能使用一次，所以建议使用标注string来处理），要么使用string属性。这是后续实验的体会。
（2）对于人来说，聚类结果需要输出，需要可视化的观察，需要编号的显示，但是Orange可能会出现一定问题。
详细情况：上述右侧，如果Order注明了class，则在层次聚类的时候，忽略掉了该属性，自动的remove掉了，导致层次聚类后，我不知道哪条序列是原来总体集合的顺序第几条？（补充：笔者此处语句不严谨，可能有问题。后续的进一步实验觉得这句话是不正确的。）
综上所述，而上述的情况，常常见于入门知识，官方引言。因此这里摸索到使用string，则不会参与计算的方法。即给Order赋予string（缩写为s），依然给1，2，3等编号，既可以层次聚类的时候观察编号，也可以不参与聚类距离的计算。验证方式为：
我新建一个数据，并有四个序列，分别为（这里不给出TAB的完整格式了，就给出随便的格式了，主要是给序列内容）：
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S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 Order discrete discrete discret discrete discrete discrete discret discrete string 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 300 0 0 0 0 0 0 0 1 2 0 0 0 0 0 0 0 0 4000 |
如果string的数值参与影响，必定影响层次聚类的距离计算，但是结果输出为如下：
编号1与编号300的聚成一起，既说明没有影响，而且在层次聚类的图后还能看见编号。（如果使用class，是在上图中看不到编号的，手动则左侧栏也是找不到调不出属性的，因为class的属性被忽略掉了。）
3.3 层次聚类的实验过程
聚类的过程非常简单，因为都是可视化操作。可视化操作的图标都在左侧栏里，都可以找到。
（1）建立FILE，点选FILE图标，拖动放置画布上。
打开FILE，可以读取TAB数据，选中所要读取的文件（已经制作好的TAB数据文件）
读取后，需要显示数据，然后选择DATA栏目里的第二行第一个，Data Table图标，拖放至画布中，然后从FILE图标的右侧引出一根线，可以连接Data Table。
则在Paint Data里可以显示数据了，显示情况如下。
同时注意，在显示的时候，是看不到Order的属性，但是如果是class属性，默认会是灰色的，自己试试就知道了。
看到上图左下角有一个commit on any change是用于修改数据后，重新保存提交，重新运行的操作按钮。不要选上钩，因为"不选钩"的操作就是每一步操作如果影响了数据，立刻就会投入到后续生产线（这里我将整个聚类的完整过程比喻成生产线），为避免牵一发动全身。建议不要勾上，使用手动提交的方式，便于生产线根据人的意志去调节调试。
（2）由于我们的主题是层次聚类，但是层次聚类之前需要计算距离。因此接下来，将Paint Data送入距离计算模块，选择不带任何标记的纯粹的三角形状的Distance（在Unsupervised里有纯粹三角形的Distance）。
下图因为我已经做了实验，就不重头一个一个拖放了，就指出下面红色框内的为distance模块。同时，从Data Table图标引出一条线接上Distance。
双击点开Data Table图标，弹出的菜单左下角点击send selections。这样数据就被送入到distance了。在distance中可以选择距离公式，默认是欧式距离。
如果你需要更换公式，可以在Distance Metric一栏，选择完其他的公式，点击commit，然后再由Data Table送入数据，重新计算。
请注意，发送数据（send selection）是需要你选择数据的，即可以使用鼠标拉选EXCEL那样。如果你发送全部数据，也应该是需要手动选择的，如果数据太多，不想鼠标拉选，可以像下图一样，下图红框处，双击即可全选，然后发送数据即可。如果你发送数据（send selection）没有任何反应，很有可能就是你没有选择数据。没有选择数据，送出去是空数据。
（3）然后是层次聚类，在Unsupervised栏目的第二行第三个，选择层次聚类图标，然后拖放至白布上。从distance图标引出一根线，连接层次聚类的图标。
当把数据送过去后，如果数据很多的话，可以看到distance图标在环形缓冲，这个显示效果做的很赞（上图是如果数据很多的情况，distance环形缓冲的示意）。打开层次聚类后，发现生成了系谱树。
上图右侧是阈值，拖动阈值阀门，可以显示不同的聚类数目。
上图左侧三个红框，分别指距离准则，属性显示，标注额外属性。
第一个，距离准则，有如下的选择。
这几个选择从上到下分别是最小距离，平均距离，最小方差距离，最大距离。（想学习具体方法，可以参看百度文库，文档贡献网友627004473的上传文档《聚类分析PDF》，在第29页）
一般序列计算距离还是选择类平均法比较法，因此选择它average linkage。
第二个，属性显示。就是我之前提到的，如果想在聚类图谱中看到序列所属的编号，如果使用class，annotation里会没有Order，所以使用string属性，可以解决这个问题。现在谱图中就出现了编号，如下图。
第三个额外标注，是为了写出聚类内样本内容，需要标注一下序列所属的类的类号。通过额外写入，方便样本保存的时候，里面会有类标记。建议勾选，并自己起一个名字。
（4）层次聚类结束后，需要把数据导出，则分别拖放selected data和save，如下图所示。
请注意，你的selected data是空白的，请双击层次聚类的图标，在弹出的菜单左下角，点击commit，提交你的操作变化。这样内部程序发现变化，随即将数据传入selected data。然后你可按照自己的属性去提取对应的数据。如下图所示，我按照Order编号所在的聚类类号，保存我想要的数据，同时我还知道聚类划分的数据属于原集合的第几条数据。由于在层次聚类的界面，有一个append cluster ID之前介绍过了，勾选上，则在selected data中会多出一个类号的属性。下图中HierarCluster是我在层次聚类的图中，append cluser ID命名新增所致。
save的图标则在上图的上图中，用于存储数据。首先在上图的基础上，产生规则，如下图所示。
在上图中，定义HierarCluster属于Cluster1的样本，点击add，在规则区就产生了样本，data out区域也注明了样本数和特征数。此时把save图标拖出，回过来将select data打开，勾选（active）想要的数据样本，点击commit提交，就会传到save里。最后双击SAVE图标，在弹出的的菜单中，再保存数据即可，如下图所示。
3.4 本实验的不足
局限于目前接受学习的水平，还没足够的时间掌握orange的数据挖掘资料，本实验有以下不足：
- 解决tab文件的部分数据格式概念知识，仍有一部分未解决。如除离散值和连续值，class，string外还有什么属性？离散和连续的区别在哪里？（这个问题我参阅《数据挖掘概念与技术》一书29页，第二章2.1.6小节关于离散属性和连续属性的问题，但是仍然不解）
- 层次聚类有没有评估性能的模块？如召回率等。便于解决k-means的性能评价问题。也利于完成学术的基本实验证明。
本实验的特色特点在于：
（1）Orange的接口简单易行，它的模块类有demo可追溯，入手较快。
（2）全过程可视化操作，极其简单，在操作上胜于WEKA
（3）Orange的聚类分析虽没有WEKA参数全面，但独具特点，含有信息预测的模块，也非常有特色。
非常热切地希望和期盼有一起使用的朋友，一起讨论，一起交流，如果有前辈指导就更好了！我的工作邮箱和github都挂在博客上，有兴趣的可以联系。
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