图数据建模基础

图数据挖掘之基本概念 究竟什么是图,而什么又是图数据挖掘?这篇将给大家介绍。图,就是我们在数据结构中学到的图,它是一中存储信息的结构,在数据结构中它是被安排在后面的章节,所以很容易被我给忘记。图,在数据结构中的定义的基本意思是这样的:图中的每个节点都可以有多个父节点,多个子节点。所以图的结构是非常灵活 阅读详情
  • Neo4j 图的组件
    • 节点(Nodes)
    • 标签(Labels)
    • 关系(Relationships)
    • 属性(Properties)
  • 建模过程
    • 了解领域并为应用程序定义特定用例(问题)。
    • 开发初始图形数据模型。
      • 对节点(实体)建模。
      • 对节点之间的关系建模。
    • 针对初始数据模型测试用例。
    • 使用 Cypher 使用测试数据创建图形(实例模型)。
    • 测试用例,包括针对图表的性能。
    • 由于关键用例的变化或性能原因,重构(改进)图形数据模型。
    • 在图上实施重构并使用 Cypher 重新测试。
    • 图数据建模是一个迭代过程。
    • 重构在开发过程中很常见。与 RDBMS 中的模式不同,Neo4j 图形有一个非常灵活的可选模式。Cypher 开发人员可以轻松修改图形以表示改进的数据模型。
  • 领域
    • 了解应用程序的域
      • 确定应用程序的利益相关者和开发人员。
      • 与利益相关者和开发人员
        • 详细描述应用程序。
        • 识别应用程序的系统和用户。
        • 就应用程序的用例达成一致。
        • 对用例的重要性进行排序。
  • 模型的目的
    • 模型类型
      • 数据类型(Data model)
        • 数据模型描述了图形的标签、关系和属性。它没有将在图表中创建的特定数据。
        • 图形数据模型很重要,因为它定义了在应用程序创建和使用图形时将用于标签、关系类型和属性的名称。
      • 实例类型(Instance model)
        • 图数据建模过程的一个重要部分是针对用例测试模型。
        • 帮助我们确认我们的数据模型可以满足应用程序的用例。
    • 建模风格指南
      • 标签是以大写字母开头的单个标识符,可以是CamelCase。
        • 示例:个人、公司、GitHubRepo
      • 关系类型是单个标识符,全部为大写字母并带有下划线字符。
        • 示例:FOLLOWS、MARRIED_TO
      • 节点或关系的属性键是以小写字母开头的单个标识符,可以是CamelCase式。
        • 示例:deptId、firstName
  • 建模节点(Modelig Nodes)
    • 名词
    • 定义标签(实体)
      • 用例的实体将是图形数据模型中的标记节点。
    • 节点属性
      • 作用
        • 唯一标识一个节点。
        • 回答应用程序用例的具体细节。
        • 返回数据。
    • 创建节点
      • MATCH (n) DETACH DELETE n;
      • MERGE (:节点名 {标签1: '属性', 标签2: '属性', 标签3: '属性', 标签4: [属性数组]})
  • 建模关系(Modeling Relationships)
    • 动词
    • 关系是实体之间的联系
    • 命名关系
      • 使用所有大写字母/下划线字符的 Neo4j 最佳实践作为关系的名称。
    • 关系方向
      • 在 Neo4j 中创建关系时,方向必须明确指定或由指定模式中的从左到右方向推断。
      • 在运行时,在查询期间,通常不需要方向。
    • 关系属性
      • 关系的属性用于丰富两个节点的相关方式。
    • 定义关系时,必须定义
      • 关系的起始节点(带有标签)。
      • 关系的结束节点(带有标签)。
      • 关系的名称(类型)。
    • 创建关系
      • MERGE ( 起始节点 )-[ :关系名 { 关系属性名: '属性值' } ]->( 结束节点 )
      • 用于 MATCH 查找用户和电影节点,然后用于 MERGE 创建两个节点之间的关系。请记住,在创建关系时必须指定或推断(从左到右)方向。
    • 测试用例期间需要做什么
      • 向图中添加更多数据以测试可扩展性。
      • 测试和修改用于测试用例的任何 Cypher 代码。
      • 如果无法回答用例,则重构数据模型。
    • 测试用例
      • MATCH ( 别名1 : 节点/标签1 ) - [ 关系标签 : 关系 ] - ( 别名2 : 节点/标签2 ) WHERE 条件1 AND/OR 条件2 AND ['值1','值2'...] IN 列名 RETURN 列名/关系属性 AS 列名(列名长用反引号)ORDER BY 列名 DESC/ASC Limit 数字
      • 节点计数
        • MATCH ( 标签 : 节点 ) RETURN count(*)
      • 关系计数
        • MATCH () - [ :关系 ] - () RETURN count(*)
  • 重构图表
    • 重构是更改数据模型和图形的过程。
    • 重构的原因
      • 建模的图表并没有回答所有的用例。
      • 出现了一个新的用例,您必须在数据模型中考虑该用例。
      • 用例的 Cypher 表现不佳,尤其是当图形缩放时
    • 重构步骤
      • 设计新的数据模型。
      • 编写 Cypher 代码来转换现有图形以实现新的数据模型。
      • 重新测试所有用例,可能使用更新的 Cypher 代码。
    • 图中的标签
      • 节点标签用作查询的锚点。
      • 向节点添加标签的主要原因
        • 使用标签有助于减少检索的数据量。
        • 最佳做法是将节点的标签数限制为 4
      • 返回图中的所有节点。
        • MATCH (n) RETURN n
      • 返回图中的所有Person节点。
        • MATCH (n:Person) RETURN n
        • 使用 PROFILE 分析查询
          • PROFILE MATCH (n:Person) RETURN n

          • 执行的次数和执行的时间,越小越优。

      • 不要过度的使用标签
        • 最佳做法是将节点的标签数限制为 4
        • 因为缓存是自动填充的,所以有时很难用小数据集来衡量性能。也就是说,数据库命中率和运行时间可能无法比较。
          • 用PROFILE分析查询
      • 重构模型
      • 重构图表
        • MATCH (p:Person) WHERE exists ((p)-[:ACTED_IN]-()) SET p:Actor
        • 重构图表后
          • 为受重构影响的用例重写任何 Cypher 查询。
          • 重新测试受重构影响的所有用例及所有查询。
    • 避免这些标签
      • 主义正交:标签之间应该没有任何关系
      • 表示类层次结构
  • 消除重复数据
    • 重构图表已消除重复数据
      • 提高查询性能。
      • 减少图形所需的存储量。
    • 添加节点属性
      • MATCH ( m:Movie { m.title : 'Apollo13'} ) SET m.languages=['English']
    • 查询重复数据
      • MATCH ( 别名 : 节点 ) WHERE [ ' 值1 ' , ' 值2 ' ] IN 列名 RETURN 返回的列
    • 重构重复数据

      • 如Oracle数据库,新添加一个表,将重复的列的惟一值写到新表中
      • 创建新节点及属性
      • 创建节点关系
      • 删除旧节点属性
      • 使用分隔列表元素 UNWIND
    • 消除节点的复杂数据
      • 原因
        • 重复数据。许多节点可能在特定位置有生产公司,并且数据在许多节点中重复。如Oracle中的列名不能重复,主键惟一。
        • 与节点中的信息相关的查询需要检索所有节点。
      • 重构节点中包含复杂数据的图
        • 消除多个节点中的数据重复。
        • 提高查询性能。
  • 使用特定关系
    • 重构以专门化关系

      • 重构图形以添加这些专用关系的代码使用 APOC 库。
      • apoc.merge.relationship 允许您在图中动态创建关系的过程。
      • 原因
        • 减少需要检索的节点数。
        • 提高查询性能。
  • 中间结点
    • 创建原因
      • 在单个上下文中连接两个以上的节点。
        • 具有 from 和 to 属性超边(n 关系)
      • 将某事与一段关系联系起来。
      • 在实体之间共享图中的数据。
    • 重构来创建中间节点
      • 在单个上下文中连接两个以上的节点。
      • 在图中共享数据。
      • 将某事与一段关系联系起来。
    • 添加角色节点

      •  
        • match(a:Actor)-[r:ACTED_IN]->(m:Movie)
        • merge (x:Role{name:r.role})
        • merge(a)-[:PLAYED]->(x)
        • merge(x)-[:IN_MOVIE]->(m)
初识图数据库 在万物互联的时代,图数据库在金融科技、社交网络等领域发挥着不可替代的作用,它能清晰地揭示各类复杂模式。本文介绍了图数据库的历史由来、特性及其优势,并说明了图数据库解决的是什么样的问题,阐述了图数据库的应用场景,并对其发展做了展望。...... 阅读详情

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深度学习工具包Deprecation notice.-----This toolbox is outdated and no longer maintained.There are much better tools available for deep learning than this toolbox, e.g. [Theano](http://deeplearning.net/software/theano/), [torch](http://torch.ch/) or [tensorflow](http://www.tensorflow.org/)I would suggest you use one of the tools mentioned above rather than use this toolbox.Best, Rasmus.DeepLearnToolbox================A Matlab toolbox for Deep Learning.Deep Learning is a new subfield of machine learning that focuses on learning deep hierarchical models of data.It is inspired by the human brain's apparent deep (layered, hierarchical) architecture.A good overview of the theory of Deep Learning theory is[Learning Deep Architectures for AI](http://www.iro.umontreal.ca/~bengioy/papers/ftml_book.pdf)For a more informal introduction, see the following videos by Geoffrey Hinton and Andrew Ng.* [The Next Generation of Neural Networks](http://www.youtube.com/watch?v=AyzOUbkUf3M) (Hinton, 2007)* [Recent Developments in Deep Learning](http://www.youtube.com/watch?v=VdIURAu1-aU) (Hinton, 2010)* [Unsupervised Feature Learning and Deep Learning](http://www.youtube.com/watch?v=ZmNOAtZIgIk) (Ng, 2011)If you use this toolbox in your research please cite [Prediction as a candidate for learning deep hierarchical models of data](http://www2.imm.dtu.dk/pubdb/views/publication_details.php?id=6284)```@MASTERSTHESIS\{IMM2012-06284, author = "R. B. Palm", title = "Prediction as a candidate for learning deep hierarchical models of data", year = "2012",}```Contact: rasmusbergpalm at gmail dot comDirectories included in the toolbox-----------------------------------`NN/` - A library for Feedforward Backpropagation Neural Networks`CNN/` - A library for Convolutional Neural Networks`DBN/` - A library for Deep Belief Networks`SAE/` - A library for Stacked Auto-Encoders`CAE/` - A library for Convolutional Auto-Encoders`util/` - Utility functions used by the libraries`data/` - Data used by the examples`tests/` - unit tests to verify toolbox is workingFor references on each library check REFS.mdSetup-----1. Download.2. addpath(genpath('DeepLearnToolbox'));Example: Deep Belief Network---------------------```matlabfunction test_example_DBNload mnist_uint8;train_x = double(train_x) / 255;test_x = double(test_x) / 255;train_y = double(train_y);test_y = double(test_y);%% ex1 train a 100 hidden unit RBM and visualize its weightsrand('state',0)dbn.sizes = [100];opts.numepochs = 1;opts.batchsize = 100;opts.momentum = 0;opts.alpha = 1;dbn = dbnsetup(dbn, train_x, opts);dbn = dbntrain(dbn, train_x, opts);figure; visualize(dbn.rbm{1}.W'); % Visualize the RBM weights%% ex2 train a 100-100 hidden unit DBN and use its weights to initialize a NNrand('state',0)%train dbndbn.sizes = [100 100];opts.numepochs = 1;opts.batchsize = 100;opts.momentum = 0;opts.alpha = 1;dbn = dbnsetup(dbn, train_x, opts);dbn = dbntrain(dbn, train_x, opts);%unfold dbn to nnnn = dbnunfoldtonn(dbn, 10);nn.activation_function = 'sigm';%train nnopts.numepochs = 1;opts.batchsize = 100;nn = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.10, 'Too big error');```Example: Stacked Auto-Encoders---------------------```matlabfunction test_example_SAEload mnist_uint8;train_x = double(train_x)/255;test_x = double(test_x)/255;train_y = double(train_y);test_y = double(test_y);%% ex1 train a 100 hidden unit SDAE and use it to initialize a FFNN% Setup and train a stacked denoising autoencoder (SDAE)rand('state',0)sae = saesetup([784 100]);sae.ae{1}.activation_function = 'sigm';sae.ae{1}.learningRate = 1;sae.ae{1}.inputZeroMaskedFraction = 0.5;opts.numepochs = 1;opts.batchsize = 100;sae = saetrain(sae, train_x, opts);visualize(sae.ae{1}.W{1}(:,2:end)')% Use the SDAE to initialize a FFNNnn = nnsetup([784 100 10]);nn.activation_function = 'sigm';nn.learningRate = 1;nn.W{1} = sae.ae{1}.W{1};% Train the FFNNopts.numepochs = 1;opts.batchsize = 100;nn = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.16, 'Too big error');```Example: Convolutional Neural Nets---------------------```matlabfunction test_example_CNNload mnist_uint8;train_x = double(reshape(train_x',28,28,60000))/255;test_x = double(reshape(test_x',28,28,10000))/255;train_y = double(train_y');test_y = double(test_y');%% ex1 Train a 6c-2s-12c-2s Convolutional neural network %will run 1 epoch in about 200 second and get around 11% error. %With 100 epochs you'll get around 1.2% errorrand('state',0)cnn.layers = { struct('type', 'i') %input layer struct('type', 'c', 'outputmaps', 6, 'kernelsize', 5) %convolution layer struct('type', 's', 'scale', 2) %sub sampling layer struct('type', 'c', 'outputmaps', 12, 'kernelsize', 5) %convolution layer struct('type', 's', 'scale', 2) %subsampling layer};cnn = cnnsetup(cnn, train_x, train_y);opts.alpha = 1;opts.batchsize = 50;opts.numepochs = 1;cnn = cnntrain(cnn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = cnntest(cnn, test_x, test_y);%plot mean squared errorfigure; plot(cnn.rL);assert(er<0.12, 'Too big error');```Example: Neural Networks---------------------```matlabfunction test_example_NNload mnist_uint8;train_x = double(train_x) / 255;test_x = double(test_x) / 255;train_y = double(train_y);test_y = double(test_y);% normalize[train_x, mu, sigma] = zscore(train_x);test_x = normalize(test_x, mu, sigma);%% ex1 vanilla neural netrand('state',0)nn = nnsetup([784 100 10]);opts.numepochs = 1; % Number of full sweeps through dataopts.batchsize = 100; % Take a mean gradient step over this many samples[nn, L] = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.08, 'Too big error');%% ex2 neural net with L2 weight decayrand('state',0)nn = nnsetup([784 100 10]);nn.weightPenaltyL2 = 1e-4; % L2 weight decayopts.numepochs = 1; % Number of full sweeps through dataopts.batchsize = 100; % Take a mean gradient step over this many samplesnn = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.1, 'Too big error');%% ex3 neural net with dropoutrand('state',0)nn = nnsetup([784 100 10]);nn.dropoutFraction = 0.5; % Dropout fraction opts.numepochs = 1; % Number of full sweeps through dataopts.batchsize = 100; % Take a mean gradient step over this many samplesnn = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.1, 'Too big error');%% ex4 neural net with sigmoid activation functionrand('state',0)nn = nnsetup([784 100 10]);nn.activation_function = 'sigm'; % Sigmoid activation functionnn.learningRate = 1; % Sigm require a lower learning rateopts.numepochs = 1; % Number of full sweeps through dataopts.batchsize = 100; % Take a mean gradient step over this many samplesnn = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.1, 'Too big error');%% ex5 plotting functionalityrand('state',0)nn = nnsetup([784 20 10]);opts.numepochs = 5; % Number of full sweeps through datann.output = 'softmax'; % use softmax outputopts.batchsize = 1000; % Take a mean gradient step over this many samplesopts.plot = 1; % enable plottingnn = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.1, 'Too big error');%% ex6 neural net with sigmoid activation and plotting of validation and training error% split training data into training and validation datavx = train_x(1:10000,:);tx = train_x(10001:end,:);vy = train_y(1:10000,:);ty = train_y(10001:end,:);rand('state',0)nn = nnsetup([784 20 10]); nn.output = 'softmax'; % use softmax outputopts.numepochs = 5; % Number of full sweeps through dataopts.batchsize = 1000; % Take a mean gradient step over this many samplesopts.plot = 1; % enable plottingnn = nntrain(nn, tx, ty, opts, vx, vy); % nntrain takes validation set as last two arguments (optionally)[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.1, 'Too big error');```[![Bitdeli Badge](https://d2weczhvl823v0.cloudfront.net/rasmusbergpalm/deeplearntoolbox/trend.png)](https://bitdeli.com/free "Bitdeli Badge")

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