附件3“尋找關(guān)聯(lián)次數(shù)最多的商品”問(wèn)題之算法實(shí)現(xiàn)分析報(bào)告

**學(xué)校“尋找關(guān)聯(lián)次數(shù)最多的商品”問(wèn)題之算法實(shí)現(xiàn)分析報(bào)告姓名： 班級(jí)：學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)老師： 日期：～項(xiàng)目目標(biāo)通過(guò)項(xiàng)目設(shè)計(jì)，初步掌握數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)整理和數(shù)據(jù)預(yù)處理的方法，領(lǐng)悟數(shù)據(jù)的價(jià)值、數(shù)據(jù)計(jì)算的意義。學(xué)會(huì)使用Python語(yǔ)言編寫(xiě)程序，解決實(shí)際問(wèn)題，掌握程序調(diào)試與運(yùn)行的方法。通過(guò)小組合作完成項(xiàng)目活動(dòng)，提升團(tuán)隊(duì)協(xié)作、與人溝通分享的能力。2項(xiàng)目準(zhǔn)備階段2.1背景人們通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，將某些不同商品(比如休閑食品和飲料)陳列在一起銷(xiāo)售，能使相關(guān)商品的銷(xiāo)售量增長(zhǎng)20%~30%。為了尋找這些能相互促進(jìn)銷(xiāo)量的商品，就需要進(jìn)行商品的關(guān)聯(lián)分析?！爸С侄取笔欠从成唐逢P(guān)聯(lián)性的一個(gè)重要度量值，為了統(tǒng)計(jì)相關(guān)商品的支持度，需要先統(tǒng)計(jì)相關(guān)商品的關(guān)聯(lián)次數(shù)。關(guān)聯(lián)次數(shù)指的是不同商品同時(shí)出現(xiàn)在同一個(gè)購(gòu)物籃中的次數(shù)。表1購(gòu)物籃中的關(guān)聯(lián)商品購(gòu)物籃購(gòu)物流水號(hào)商品購(gòu)物籃1201609270027x1，x2,x3，x4，x5，x6購(gòu)物籃2201609270028x1，x4，x7,x8,x9購(gòu)物籃3201609270029x2，x5，x6,x7,x9如表1所示，商品x1和x4的關(guān)聯(lián)次數(shù)是2(這兩個(gè)不同商品在購(gòu)物籃1和購(gòu)物籃2中同時(shí)出現(xiàn))；商品x2，x5,和x6的關(guān)聯(lián)次數(shù)是2(這三個(gè)不同商品在購(gòu)物籃1和購(gòu)物籃3中同時(shí)出現(xiàn))；商品x5和x6的關(guān)聯(lián)次數(shù)是2(這兩個(gè)不同商品在購(gòu)物籃1和購(gòu)物籃3中同時(shí)出現(xiàn))。我們需要根據(jù)超市某個(gè)時(shí)期內(nèi)的流水記錄，找出超市內(nèi)關(guān)聯(lián)次數(shù)最多的一對(duì)或多對(duì)商品，通過(guò)商品的關(guān)聯(lián)分析來(lái)改進(jìn)商品的陳列，從而方便顧客購(gòu)物。2.2項(xiàng)目?jī)?nèi)容我們通過(guò)聯(lián)系超市相關(guān)負(fù)責(zé)人，承諾幫助他們進(jìn)行商品的關(guān)聯(lián)分析，以便為他們的營(yíng)銷(xiāo)策略提供重要參考，獲得了大量超市流水賬數(shù)據(jù)，為了便于存儲(chǔ)和處理商品信息，我們按照1-n的順序重新編輯了貨號(hào)，并把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在Excel電子表格中（如下圖所示）。程序基本要求：（1）從Excel電子表格中讀取貨號(hào)和流水號(hào)；（2）將流水號(hào)相同的商品存儲(chǔ)到同一列表中；（3）統(tǒng)計(jì)各商品關(guān)聯(lián)次數(shù)；（4）找出關(guān)聯(lián)次數(shù)最多一對(duì)或多對(duì)的商品。2.3程序總體功能程序總體流程圖如下圖所示：程序包含了3個(gè)主要部分：讀取和預(yù)處理數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)商品的關(guān)聯(lián)次數(shù)，尋找最大的關(guān)聯(lián)次數(shù)。相應(yīng)的具體實(shí)現(xiàn)代碼，在之后的篇幅中詳細(xì)介紹。3 程序設(shè)計(jì)過(guò)程 根據(jù)程序設(shè)計(jì)的模塊化思想，我們將程序進(jìn)行功能的模塊化。因?yàn)楸卷?xiàng)目功能比較單一，代碼相對(duì)簡(jiǎn)單，再加上Python提供了豐富的內(nèi)置函數(shù)，所以我們沒(méi)有自定義函數(shù)，而是直接在主函數(shù)中按順序?qū)崿F(xiàn)了各環(huán)節(jié)功能。以下是我們的程序設(shè)計(jì)過(guò)程：3．1 讀取超市流水賬我們引用了第三方庫(kù)openpyxl從Excel電子表格中讀取超市流水賬數(shù)據(jù)。Openpyxl是一個(gè)專(zhuān)門(mén)用來(lái)處理xlsx文件的庫(kù)，它非常簡(jiǎn)單實(shí)用，只需調(diào)用一些簡(jiǎn)單的函數(shù)就能輕松的實(shí)現(xiàn)xlsx文件的讀寫(xiě)和數(shù)據(jù)處理。我們使用語(yǔ)句fromopenpyxlimportload_workbook引入庫(kù)，然后打開(kāi)"超市流水賬.xlsx"文件，讀取“流水賬”工作表，并把貨號(hào)和流水號(hào)提取出來(lái)，分別存儲(chǔ)到列表a和b中。wb=load_workbook("超市流水賬.xlsx")ws=wb['流水賬']a=list(map(lambdax:x.value,ws['A']))#提取貨號(hào)b=list(map(lambdax:x.value,ws['F']))#提取流水號(hào)3．2 初始化商品關(guān)聯(lián)次數(shù)我們?cè)O(shè)貨號(hào)的最大值為n，則貨號(hào)取值范圍[1,n],因?yàn)楹竺娴挠?jì)算是以貨號(hào)值為下標(biāo)，舍棄了下標(biāo)為0的元素，故需要設(shè)置大小為(n+1)*(n+1)的二維數(shù)組incidence_times，并初始化所有數(shù)組元素均為0。n=max(a[1:])#各商品的貨號(hào)取值范圍[1,n]#存儲(chǔ)各商品關(guān)聯(lián)次數(shù)的二維數(shù)組incidence_times=[[0foriinrange(n+1)]forjinrange(n+1)]3．3 存儲(chǔ)流水號(hào)相同的商品為了便于統(tǒng)計(jì)各商品的關(guān)聯(lián)次數(shù)，我們建立一個(gè)字典serial_number，該字典以流水號(hào)為鍵，以流水號(hào)相同的商品列表為值。serial_number={}#以流水號(hào)為鍵，存儲(chǔ)相同流水號(hào)的商品#將流水號(hào)相同的商品存儲(chǔ)到同一列表中fori,numinenumerate(a[1:]):ifb[i]inserial_number:serial_number[b[i]].append(num)else:serial_number[b[i]]=[num]3．4 統(tǒng)計(jì)各商品關(guān)聯(lián)次數(shù) 遍歷所有購(gòu)物籃，為每個(gè)購(gòu)物籃內(nèi)的商品建立關(guān)聯(lián)，并使其關(guān)聯(lián)次數(shù)增1，這樣就可以統(tǒng)計(jì)出所有商品之間的關(guān)聯(lián)次數(shù)。#統(tǒng)計(jì)各商品關(guān)聯(lián)次數(shù)forkey,vinserial_number.items():print(f'{key}:{v}')foriinrange(len(v)-1):forjinrange(i+1,len(v)):incidence_times[v[i]][v[j]]+=1incidence_times[v[j]][v[i]]+=13．5 尋找關(guān)聯(lián)次數(shù)最多的商品采用枚舉算法，遍歷二維數(shù)組incidence_times，找出關(guān)聯(lián)次數(shù)最多的商品，輸出其關(guān)聯(lián)次數(shù)max_num和對(duì)應(yīng)的商品貨號(hào)sp1和sp2。#尋找關(guān)聯(lián)次數(shù)最多的商品max_num,sp1,sp2=0,0,0foriinrange(1,n):forjinrange(i+1,n+1):ifincidence_times[i][j]>=max_num:max_num,sp1,sp2=incidence_times[i][j],i,j3．6 輸出關(guān)聯(lián)次數(shù)最多的商品 因?yàn)橛锌赡艽嬖诙鄬?duì)關(guān)聯(lián)次數(shù)最多的商品，所以我們需要再次二維數(shù)組incidence_times，找出關(guān)聯(lián)次數(shù)等于max_num的所有商品對(duì)。#輸出一對(duì)或多對(duì)關(guān)聯(lián)次數(shù)最多的商品foriinrange(1,n):forjinrange(i+1,n+1):ifincidence_times[i][j]==max_num:print(f'關(guān)聯(lián)次數(shù)最多的商品是{i}和{j}，最大關(guān)聯(lián)次數(shù)為{max_num}')4.程序測(cè)試4．1 輸出各流水號(hào)中的貨號(hào)信息（此處只截取了部分流水號(hào)信息）4．2 輸出一對(duì)或多對(duì)關(guān)聯(lián)次數(shù)最多的商品5.程序改進(jìn)5．1 改進(jìn)尋找和輸出關(guān)聯(lián)次數(shù)最多的商品的代碼在第1版的程序中，我們通過(guò)遍歷二維數(shù)組的方式，采用二重循環(huán)，尋找并輸出了關(guān)聯(lián)次數(shù)最多的商品。這是常規(guī)做法，但是沒(méi)有利用Python語(yǔ)言強(qiáng)大內(nèi)置函數(shù)和列表生成式的功能，代碼不夠簡(jiǎn)潔。在第2版中，我們充分利用了Python的內(nèi)置函數(shù)max()和列表生成式功能，可以快速簡(jiǎn)潔地實(shí)現(xiàn)相同功能。#尋找關(guān)聯(lián)次數(shù)最多的商品max_num=max([max(i)foriinincidence_times])#有可能存在多對(duì)關(guān)聯(lián)次數(shù)最多的商品sp=[(i,j)foriinrange(1,n)forjinrange(i+1,n+1)ifincidence_times[i][j]==max_num]fori,jinsp:print(f'關(guān)聯(lián)次數(shù)最多的商品是{i}和{j}，最大關(guān)聯(lián)次數(shù)為{max_num}')5．2 增加查詢(xún)關(guān)聯(lián)次數(shù)為任意值的商品對(duì)功能考慮到超市為了更好地制定營(yíng)銷(xiāo)策略，可能想知道關(guān)聯(lián)次數(shù)為任意值的商品對(duì)功能，我們?cè)黾恿艘粋€(gè)查詢(xún)關(guān)聯(lián)次數(shù)的功能。#尋找關(guān)聯(lián)次數(shù)最多的商品max_num=max([max(i)foriinincidence_times])print(f'最大關(guān)聯(lián)次數(shù)為{max_num}')#輸出關(guān)聯(lián)次數(shù)為num的商品num=int(input('請(qǐng)輸入商品的關(guān)聯(lián)次數(shù)，結(jié)束程序輸入0：'))whilenum>0:sp=[(i,j,incidence_times[i][j])foriinrange(1,n)forjinrange(i+1,n+1)ifincidence_times[i][j]==num]fori,j,numinsp:print(f'商品{i}和{j}的關(guān)聯(lián)次數(shù)為{num}')num=int(input('請(qǐng)輸入商品的關(guān)聯(lián)次數(shù)，結(jié)束程序輸入0：'))6.總結(jié)經(jīng)過(guò)這一周的項(xiàng)目挑戰(zhàn)，我們對(duì)Python程序設(shè)計(jì)的知識(shí)有了更深的理解，特別是對(duì)程序設(shè)計(jì)的基本步驟以及思想有了更具體、深刻的體會(huì)。通過(guò)一次次的解決難題，使我們不僅鞏固了理論知識(shí)，還培養(yǎng)了我們靈活運(yùn)用知識(shí)、解決實(shí)際問(wèn)題的能力。其次，這個(gè)項(xiàng)目是我們小組團(tuán)隊(duì)協(xié)作完成的，在項(xiàng)目挑戰(zhàn)過(guò)程中，我們團(tuán)隊(duì)成員相互激勵(lì)，相互幫助，共同面對(duì)困難和挑戰(zhàn)，極大地激發(fā)了我們的創(chuàng)新意識(shí)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。在這次的項(xiàng)目挑戰(zhàn)中，我們也體會(huì)到了程序設(shè)計(jì)的辛苦。首先是采集數(shù)據(jù)的困難，那么多的數(shù)據(jù)要輸入到Excel電子表格，還要進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理，耗費(fèi)了我們很多的時(shí)間。其次就是編寫(xiě)程序，這么長(zhǎng)的一段代碼，敲寫(xiě)時(shí)難免會(huì)犯錯(cuò)，往往一個(gè)字母敲錯(cuò)或者縮進(jìn)錯(cuò)誤，就需要用上幾分鐘的時(shí)間來(lái)查找。由于我們的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還很淺薄，程序在測(cè)試時(shí)也出現(xiàn)了幾個(gè)bug或者某些功能無(wú)法實(shí)現(xiàn)，我們只能重新返回到對(duì)應(yīng)的代碼段，通過(guò)查詢(xún)書(shū)本和網(wǎng)絡(luò)來(lái)一一排除錯(cuò)誤。當(dāng)程序終于能正常運(yùn)行，獲得正確的結(jié)果時(shí)，那種成就感是無(wú)以言表的。但我們小組并沒(méi)有滿(mǎn)足于只獲得正確的結(jié)果，我們精益求精，繼續(xù)改善代碼，優(yōu)化算法，想到了很多改進(jìn)的思路。特別是當(dāng)我們?cè)黾恿瞬樵?xún)