关联规则在乡村超市销售中的应用研究.pdf

昭 通 学 院 学 报第 45 卷 第 5 期Vol.45 No.5Journal of Zhaotong University2023 年 10 月Oct.20238收稿日期：2023-07-15基金项目：云南省教育厅科学研究基金项目（2021J0480）。作者简介：常 凤（1989），女，云南镇雄人，助教，硕士，主要从事机器学习和智能计算研究。通信作者：胡忠旭（1983），男，云南镇雄人，副教授，硕士，硕士研究生导师，主要从事机器学习和智能计算研究。信息技术研究关联规则在乡村超市销售中的应用研究常凤，刘静，包浕，冯婷，胡忠旭（昭通学院 信息技术教育中心，云南 昭通 657000）摘要：乡村超市的蓬勃发展对乡村振兴和巩固脱贫攻坚有积极的推动作用，乡村超市急需改变传统的经营模式和管理方式来适应社会的发展。利用关联规则对某乡村连锁超市的某一门店的购物数据进行数据挖掘，关联规则分析结果将有助于乡村超市管理者和经营者作出科学、合理的决策；有利于提高农村居民消费者的购物体验，从而提升对超市的满意度。关键词：关联规则；超市；商品；销售中国分类号：TP39文献标志码：A文章编号：2095-7408（2023）05-0008-050 引言随着乡村振兴战略和巩固脱贫攻坚成果的稳步推进，我国的农村、农民的变化和进步有了质的飞跃。尤其是近几年来，农民收入在不断增长，生活质量和水平日益改善，农民对消费的需求也日益提高，为了方便农村居民在家门口就能买到价格便宜和优质的商品，乡村超市如雨后春笋般蓬勃地发展起来，为乡村振兴起到了积极的推动作用。乡村超市以快速消费品为主，具有品种齐全、价格低廉等优点，已基本取代品种单一、规模小的代销店。目前，乡村超市在经营上仍采用传统的单店销售模式，服务方式较为滞后，商品摆放较为随意，合理打折促销较少，管理上也不能适应社会发展的需求等诸多问题。开展乡村超市的建设，要以为农村居民消费者提供高性价比和优质服务为主要目的，所以改变传统的销售模式和管理方式等变得十分迫切。农村居民消费者在选购某种商品时，经常会同时选购着其他若干商品，这些商品之间存在一定关联规则。挖掘这些关联规则，为乡村超市经营者和管理者对商品布局、设计捆绑销售、打折促销套餐、推荐感兴趣的商品给农村居民消费者等提供科学的依据，从而提高超市的管理、经营水平，使农村居民消费者有更好的购物体验，提升对超市的满意度。1 基本理论1.1 数据挖掘数据挖掘是从大量的、有噪声的、随机的数据中提取隐含在其中的有用的潜在的信息知识过程1-2。常用的挖掘方法有聚类法、决策树和关联分析等。1.2 关联规则若两个或多个变量的取值之间存在某种规律性，就称为关联，关联规则分析用于发现顾客购买商品之间的规律3-4。关联规则相关的基本概念如下5-7：（1）一条销售记录称为一个“事务”，每个事务由多个属性（指购买商品类别）来确定，这里的属性称为“项”，多个项组成的集合称为“项集”(Item-sets）。如21,Axx=是项的集合，A是二项集。YX 表示一个关联规则，YX、是项集，X称为规则前项（Antecedent），Y称为规则后项（Consequent）。（2）支持度（Support）：指商品集X和商品集Y同时出现的概率。即：设定最小的支持度阈值(记为 supmin)，若商品集X到商品集Y的置信度，9第 5 期关联规则在乡村超市销售中的应用研究常凤，刘静，包浕，等称商品集X和商品集Y为强相互关联，否则为弱相互关联。（3）置信度（Confidence）：指商品集X的条件下购买商品集Y的概率。即：设定最小的置信度阈值（记为confmin_），若 商 品 集X到 商 品 集Y的 置 信 度，称商品集X和商品集Y为关系较为紧密。（4）提升度（Lift）：商品集X的出现对物品集Y的出现概率发生了多大的变化。即：当 Lift=1，商品集X与商品集Y独立，商品集X对商品集Y出现的可能性没有提升作用；当Lift1 时，其值越大，则表明商品集X与商品集Y的提升程度越大，也表明关联性越强。（5）关联规则（Association rules）：指商品集X和商品集Y同时满足：min_supY)S(Xmin_confY)C(X则称)(YXR的一个关联规则。（6）频繁项目集（Frequent item-sets）：指数据集中对所有大于或等于用户指定的最小的阈值的集合8-9。2 关联规则算法介绍目前，关联规则算法有连续关联规则挖掘算法 Carma(The continuous association rule mining algorithm)、序列算法、Apriori 等。本文关联规则算法是在 Python 和 SPSS 环境下实现的。Apriori 是较常用关联规则的算法，侧重于找出数据库中某些特定事件一起发生的情况以找出那些可信的并且具有代表性的规则9-12。此算法可以分为两步:第一步是识别所有大于或等于用户指定的最小支持度min_sup和最小置信度的confmin_频繁集，运算从扫描容量为 1 的频繁集开始，不再考虑小于最小支持度，然后采用数学归纳法，从容量为1k频繁集生成容量为k的频繁集，并修剪1k容量为非频繁集的集合。若一个项集是频繁集，则它的所有子集也是频繁集，若一个项集不是频繁集，则它的超集也非频繁集。第二步是从频繁集中构造关联规则。Apriori 算法示例如下图 1。图 1 Apriori 示例算法3 商品购买关联分析3.1 数据来源本文超市数据来源于云南省昭通市某乡村连锁超市某一门店 2023 年 2 月 20 日至 2 月 26 日一周内的销售数据，含有 195 种商品项目，每条销售含有交易时间、商品名称、商品单价、销售数量、图 2 商品销售量10第 45 卷昭 通 学 院 学 报2023 年（总第 210 期）商品单位、是否促销和总金额等。一条销售记录为一个事务，大部分的事务包含有 5-7 种商品，最多事务中有 20 种商品。为了显示结果，本文选择了最畅销的 33 种商品销售情况。商品销售量如图 2 所示.从图 2 能看出，饮料、散装休闲食品、常温熟食类、香烟、糖果巧克力购买次数较多，销售情况较好，商品畅销，纸类用品、散装干调副食、面、乳制冲饮购买次数较少。3.2 数据预处理超市的销售数据是按照每个顾客购买的商品条目来存储的，对销售数据进行预处理。用“T”或“1”来标识消费者购买了该商品，“F”或“0”标识消费者没购买该商品，这样才能满足关联分析对数据的要求。3.3 商品关联度网络图商品关联度网络图主要是显示两个或多个商品购买之间的紧密程度。它通过不同类型的线条反应链接强度，线条越粗，则紧密程度越强，即线段粗线反应了商品同时购买的程度，由同时购买的频数的所决定。商品关联度网络图如图3所示。图 3 商品关联度网络图从图中可以看出，强链接约有 70 多种。如饮料、常温熟食类、散装休闲食品、香烟、糖果巧克力被划分一个组，常温熟食类与散装休闲食品、饼干与饮料属于另外一个组，表明这些商品组合容易被消费者同时购买。即这些商品组合具有一定的潜在联系，在进行商品促销设计和商品推荐时可以参考潜在联系。中等链接约有 100 多种。如饼干和酱油、冲饮食品和油、冰品和冷餐饮食分别被划分一个组，表明这些商品不太容易被同时购买。弱链接约有 60 多种，如散装干调副食和中式糕点、饼干和散装干调副食、个人清洁用品与冷冻面点分别划分一个组，表明这些商品几乎不可能被同时购买。3.4 关联规则结果3.4.1 商品销售支持度该超市出售的商品当设置最小支持度阈值min_sup为 0.02 时，通过 Apriori 算法运算可得3559 条记录，部分商品支持度如图 4 所示。如一项集 散装休闲食品 的支持度为 0.502008，两项集 饮料，常温熟食类 的支持度 0.451138，三项集 饮料，散装休闲食品，常温熟食类 的支持度为 0.313253，四项集 饮料，散装休闲食品，调味品，糖果巧克力 为 0.202142，以上的数据都分别表示同时购买这些商品的概率。3.4.2 商品关联规则当设置商品的最小支持度min_sup为 0.1，最小置信度阈值为min_conf=0.3，提升度大于 2时，通过Apriori 算法运算可得到关联规则2616个，如表 1 所示。关联规则中有频繁两项集共有 10 个，频繁三项集共有 270 个，频繁四项集共有 882 个，频繁五项集共有 1200 个，频繁六项集共有 254 个。图 4 商品支持度11第 5 期关联规则在乡村超市销售中的应用研究其中频繁五项集 调味品、休闲小食品、饼干、糖果巧克力与饮料 表示商品调味品、休闲小食品、饼干到糖果巧克力与饮料的设置支持度、置信度均高于最小支持度、置信度阈值，它们的所有子集也高于相关的阈值。在所有的关联规则中，45%的商品存在较强的相关性，其中 95%的商品都是饮料和食品类。序号为 1 关联规则中，销售记录共有 525 条；序号为 10 关联规则中，销售记录共有 532 条；序号为 281 的关联规则中，销售记录中共 630 条；序号为 1162 关联规则中，销售记录共有 560 条；序号为 2616 关联规则中，销售记录共有 654 条；以上数据表明关联规则有效。表 1 关联规则序号前项集前项集支持度置信度提升度1罐头食品冲饮食品0.1004020.5769232.02329410饮料,冲饮食品罐头食品0.1004020.3676472.112557281调味品,饼干,饮料冲饮食品0.1178050.5986392.0994541162调味品,休闲小食品,饼干糖果巧克力，饮料0.1030790.8461542.1069232616散装休闲食品,饮料,糖果巧克力,冲饮食品调味品,常温熟食类0.1044180.6290322.2921324 关联规则应用结合以上的相关规则，可以帮助该乡村超市开展以下业务和活动：（1）有效的优化商品布局、摆放：通过网络图和支持度，能够分析出同时购买的商品，在超市排列商品时，可以靠的更近一些。当农村居民消费者购买某些商品时，更快速、便捷地购买其他相关的商品。如把饮料、香烟、散装休闲食品摆放在一起，杂粮商品和调味品摆放在一起等。（2）设计相关的捆绑促销：依据商品关联分析结果，设计促销方案吸引消费者，让消费者得到更多的优惠，超市获得更多的利润，实现薄利多销。如消费者购买常温熟食类、散装休闲食品后，可以适当的优惠价格购买糖果巧克力。（3）快速商品推荐：通过关联分析模型，导购可以向顾客快速推荐相关商品。如顾客购买了散装休闲食品、饮料、糖果巧克力后，可以向农村居民消费者推荐常温熟食类商品。（4）及时的更新货架。5 结论针对乡村超市的销售特点，本文采用 Apriori算法对乡村某超市一门店的销售数据进行关联规则分析，该规则能为乡村超市管理者和经营者提供科学合理管理决策和分析，能刺激顾客消费和提高消费者满意度。参考文献：1 方云艳.数据挖掘在高血压病心脏构型数据分析中的初步研究 D.芜湖:皖南医学院,2013.2 张雷,董万富,阚欢迎,等.基于改进 Apriori 算法的客户需求数据分析方法 J.机械设计与制造,2020(5):4.3 韩博闻.基于 Apriori 关联算法的配电网运行大数据关联分析模型 J.上海电力学院学报,2018,34(2):7.4 何胜文.基于数据仓库的关联规则挖掘算法的研究与应用 D.南昌:南昌大学,2007.5 杨丰梅,李梦,田歆,等.一种带记忆性的零售商品关联度分析方法J.系统工程理论与实践,2014,34(11):2872-2880.6 梁婧婕,曹婷.数据挖掘在超市大数据中的应用 J.商场现代化,2016(07):10-13.常凤，刘静，包浕，等12第 45 卷2023 年（总第 210 期）昭 通 学 院 学 报7 王阗,彭世揆,佘光辉.Apriori 算法在森林资源二类调查数据分析中的应用 J.南京林业大学学报（自然科学版）,2006,30(3):4.8 杨柳,徐晴文,黄汝佳,等.关联规则在中医药数据挖掘中的应用 J.中医药信息,2022,39(12):35-40.9 张骁妹.学生科学素养评测数据的可视化挖掘研究 D.南京:东南大学,2019.10 陈颖,迟耀丹,吴博琦,等.基于 Apriori 算法的学生课程关联性研究 J.吉林建筑大学学报,2020,37(6):5.11 雷山川.基于改进 Apriori 算法的企业人事数据分析系统的研究与实现 D.成都:电子科技大学，2017.12 王姣,马静雅,谷丰强,等.基于关联规则的数据挖掘的研究与应用 J.粘接,2020,42(5):4.Research on the Application of Association Rules in Rural Supermarket SalesCHANG Feng,LIU Jing,BAO jin,FENG Ting,HU Zhongxu(Center for Information Technology Education,Zhaotong University,Zhaotong 657000,China)Abstract:The vigorous development of rural supermarkets has a positive role in promoting rural revitalization and consolidating poverty alleviation.It is urgent for rural supermarkets to change the traditional business model and management mode to adapt to the development of society.This paper uses association rules to mine the shopping data of a store of a rural supermarket chain.The analysis results of association rules will help the managers and operators of rural supermarket to make scientific and reasonable decisions.It is conducive to improve the shopping experience of rural residents,thereby enhancing the satisfaction of supermarkets and promoting the better operation of rural supermarkets.Key words:association rules;supermarket;products;saleKey words:association rules;supermarket;products;sale