认识Mahout下的云计算机器学习

Apache Mahout 是 ApacheSoftware Foundation (ASF) 旗下的一个开源项目，提供一些可扩展的机器学习领域经典算法的实现，旨在帮助开发人员更加方便快捷地创建智能应用程序，并且，在 Mahout 的最近版本中还加入了对Apache Hadoop 的支持，使这些算法可以更高效的运行在云计算环境中。

在Mahout实现的机器学习算法见下表：

算法类

算法名

中文名

分类算法

Logistic Regression

逻辑回归

Bayesian

贝叶斯

SVM

支持向量机

Perceptron

感知器算法

Neural Network

神经网络

Random Forests

随机森林

Restricted Boltzmann Machines

有限波尔兹曼机

聚类算法

Canopy Clustering

Canopy聚类

K-means Clustering

K均值算法

Fuzzy K-means

模糊K均值

Expectation Maximization

EM聚类（期望最大化聚类）

Mean Shift Clustering

均值漂移聚类

Hierarchical Clustering

层次聚类

Dirichlet Process Clustering

狄里克雷过程聚类

Latent Dirichlet Allocation

LDA聚类

Spectral Clustering

谱聚类

关联规则挖掘

Parallel FP Growth Algorithm

并行FP Growth算法

回归

Locally Weighted Linear Regression

局部加权线性回归

降维/维约简

Singular Value Decomposition

奇异值分解

Principal Components Analysis

主成分分析

Independent Component Analysis

独立成分分析

Gaussian Discriminative Analysis

高斯判别分析

进化算法

并行化了Watchmaker框架

推荐/协同过滤

Non-distributed recommenders

Taste(UserCF, ItemCF, SlopeOne）

Distributed Recommenders

ItemCF

向量相似度计算

RowSimilarityJob

计算列间相似度

VectorDistanceJob

计算向量间距离

非Map-Reduce算法

Hidden Markov Models

隐马尔科夫模型

集合方法扩展

Collections

扩展了java的Collections类

Mahout最大的优点就是基于hadoop实现，把很多以前运行于单机上的算法，转化为了MapReduce模式，这样大大提升了算法可处理的数据量和处理性能。

 

Mahout下个性化推荐引擎Taste介绍

Taste是 Apache Mahout 提供的一个个性化推荐引擎的高效实现，该引擎基于java实现，可扩展性强，同时在mahout中对一些推荐算法进行了MapReduce编程模式转化，从而可以利用hadoop的分布式架构，提高推荐算法的性能。

 

在Mahout0.5版本中的Taste， 实现了多种推荐算法，其中有最基本的基于用户的和基于内容的推荐算法，也有比较高效的SlopeOne算法，以及处于研究阶段的基于SVD和线性插值的算法，同时Taste还提供了扩展接口，用于定制化开发基于内容或基于模型的个性化推荐算法。

 

Taste 不仅仅适用于 Java 应用程序，还可以作为内部服务器的一个组件以 HTTP 和 Web Service 的形式向外界提供推荐的逻辑。Taste 的设计使它能满足企业对推荐引擎在性能、灵活性和可扩展性等方面的要求。

 

下图展示了构成Taste的核心组件：

 

从上图可见，Taste由以下几个主要组件组成：

 

DataModel：DataModel是用户喜好信息的抽象接口，它的具体实现支持从指定类型的数据源抽取用户喜好信息。在Mahout0.5中，Taste 提供JDBCDataModel 和 FileDataModel两种类的实现，分别支持从数据库和文件文件系统中读取用户的喜好信息。对于数据库的读取支持，在Mahout 0.5中只提供了对MySQL和PostgreSQL的支持，如果数据存储在其他数据库，或者是把数据导入到这两个数据库中，或者是自行编程实现相应的类。

 

    UserSimilarit和ItemSimilarity：前者用于定义两个用户间的相似度，后者用于定义两个项目之间的相似度。Mahout支持大部分驻留的相似度或相关度计算方法，针对不同的数据源，需要合理选择相似度计算方法。

 

    UserNeighborhood：在基于用户的推荐方法中，推荐的内容是基于找到与当前用户喜好相似的“邻居用户”的方式产生的，该组件就是用来定义与目标用户相邻的“邻居用户”。所以，该组件只有在基于用户的推荐算法中才会被使用。

     Recommender：Recommender是推荐引擎的抽象接口，Taste 中的核心组件。利用该组件就可以为指定用户生成项目推荐列表。

 

Mahout源码目录说明

mahout项目是由多个子项目组成的，各子项目分别位于源码的不同目录下，下面对mahout的组成进行介绍：

1、mahout-core：核心程序模块，位于/core目录下；

2、mahout-math：在核心程序中使用的一些数据通用计算模块，位于/math目录下；

3、mahout-utils：在核心程序中使用的一些通用的工具性模块，位于/utils目录下；

上述三个部分是程序的主题，存储所有mahout项目的源码。

另外，mahout提供了样例程序，分别在taste-web和examples目录下：

4、taste-web：利用mahout推荐算法而建立的基于WEB的个性化推荐系统demo；

5、examples：对mahout中各种机器学习算法的应用程序；

6、bin：bin目录下只有一个名为mahout的文件，是一个shell脚本文件，用于在hadoop平台的命令行下调用mahout中的程序；

在buildtools、eclipse和distribution目录下，有mahout相关的配置文件

7、buildtools目录下是用于核心程序构建的配置文件，以mahout-buildtools的模块名称在mahout的pom.xml文件中进行说明；

8、eclipse下的xml文件是对利用eclipse开发mahout的配置说明；

9、distribution目录下有两个配置文件：bin.xml和src.xml，进行mahou安装时的一些配置信息。

（在开发的时候一般很少对这个目录下的文件进行修改，所以不用太关注，知道大体什么意思就ok）

另 外，在mahout的下载地址下可以看到有个文件夹与mahout处于同一级别，它是mahout项目的分支项目—mahout- collections，用于实现了核心程序中使用的集合类操作，该模块独立于mahout进行开发，是对标准jdk中关于集合类的修改，使其可以适应数 据密集型项目的开发。

在Windows XP下利用Eclipse构建Mahout(同样适用于Linux)

1. Mahout构建的先决条件

1） JDK，使用1.6版本。需要说明一下，因为要基于Eclipse构建，所以在设置path的值之前要先定义JAVA_HOME变量。

2） Maven，使用2.0.11版本或以上。在eclipse上安装maven插件—m2eclipse。

2. mahout源码获取

与其他Apache下开源项目类似，可以有两种获取源码的方法：

一是通过Subversion检出，检出命令和地址如下

svn co http://svn.apache.org/repos/asf/mahout/trunk

二是直接下载发行版本，下载地址：http://apache.etoak.com//mahout/，打开该地址，可以看到如下目录组织：

到发文为止mahout的发行版本到0.5，点击进入0.5/，进入源码页，如下图：

红色框中的就是mahout的源码压缩文件，可以根据安装的解压工具选择任意一个进行下载。

另外，下载发行版也可以到maven的在线资源库中下载，地址如下：

http://repo2.maven.org/maven2/org/apache/mahout/

3. mahout构建

1）解压mahout源码压缩文件，了解目录结构

利用解压工具把下载的压缩包解压到当前目录，点击进入，可以看到如下目录结构（使用subversion检出的可以在检出的当前目下看到如下目录结构）：

2）把源码导入eclipse中

打开eclipse，点击file->import 在开打的对话框中，选择导入maven项目如下图，然后点击next

通过浏览方式，确定mahout源码的根目录，如下图，然后点击finish：

至此，通过eclipse的package explore 可以查看导入的mahout项目的组成，如下图：

3）运行编译

运行时，点开mahout-distribution-0.5，选中其下的pom.xml文件，然后右键选择run as项，就可以对mahout进行构建、编译、测试以及安装等操作。

如果只是要对某个子项目进行操作，可以点击子项目的pom.xml进行运行。

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