本次实战项目是关于航空公司客户价值的分析，其中用到的聚类方法是K-Means方法，属于非监督学习。
Tools ：python 3.6; jupyter
os : mac os
reference： 数据分析与挖掘实战，csdn
数据分析或挖掘涉及的一般步骤：
数据集中共有62988个客户的基本信息和在观测窗口内的消费积分等相关信息，其中包含了会员卡号、入会时间、性别、年龄、会员卡级别、在观测窗口内的飞行公里数、飞行时间等44个特征属性。
挖掘目标
根据客户信息，对客户进行分类。
针对不同类型客户进行特征提取，分析不同类型客户的价值。
采取个性化服务，根据客户类型，制定相应营销策略。
首先导入需要用到的库，然后概览数据集，并进行数据预处理：
1 import pandas as pd
2 import numpy as np
3 from sklearn.cluster import KMeans
4 import matplotlib.pyplot as plt
5
6 datafile = "/Volumes/win/sj/dataset/air_data.csv"
7 data = pd.read_csv(datafile, encoding="utf-8")
8 print(data.shape)
9 print(data.info())
MEMBER_NO FFP_DATE FIRST_FLIGHT_DATE GENDER FFP_TIER WORK_CITY \
0 54993 2006/11/02 2008/12/24 男 6 .
1 28065 2007/02/19 2007/08/03 男 6 NaN
2 55106 2007/02/01 2007/08/30 男 6 .
3 21189 2008/08/22 2008/08/23 男 5 Los Angeles
4 39546 2009/04/10 2009/04/15 男 6 贵阳
WORK_PROVINCE WORK_COUNTRY AGE LOAD_TIME ... \
0 北京 CN 31.0 2014/03/31 ...
1 北京 CN 42.0 2014/03/31 ...
2 北京 CN 40.0 2014/03/31 ...
3 CA US 64.0 2014/03/31 ...
4 贵州 CN 48.0 2014/03/31 ...
ADD_Point_SUM Eli_Add_Point_Sum L1Y_ELi_Add_Points Points_Sum \
0 39992 114452 111100 619760
1 12000 53288 53288 415768
2 15491 55202 51711 406361
3 0 34890 34890 372204
4 22704 64969 64969 338813
L1Y_Points_Sum Ration_L1Y_Flight_Count Ration_P1Y_Flight_Count \
0 370211 0.509524 0.490476
1 238410 0.514286 0.485714
2 233798 0.518519 0.481481
3 186100 0.434783 0.565217
4 210365 0.532895 0.467105
Ration_P1Y_BPS Ration_L1Y_BPS Point_NotFlight
0 0.487221 0.512777 50
1 0.489289 0.510708 33
2 0.481467 0.518530 26
3 0.551722 0.448275 12
4 0.469054 0.530943 39
[5 rows x 44 columns]对原始数据进行预分析，主要排查缺失值和异常值。分析原始数据的缺失值和异常值，根据分析结果，在数据处理阶段中进行相应处理。
通过观察，清洗以下数据：
- 票价为空
- 票价为0，平均折扣率不为0，总飞行公里数大于0
处理方法：满足清洗条件的一行数据全部丢弃。
1 data = data[data["SUM_YR_1"].notnull() & data["SUM_YR_2"].notnull()]
2 index1 = data["SUM_YR_1"] != 0
3 index2 = data["SUM_YR_2"] != 0
4 index3 = (data["SEG_KM_SUM"] == 0) & (data["avg_discount"] == 0)
5 data = data[index1 | index2| index3]
6 print(data.shape)
删除后剩余的样本值是62044个，可见异常样本的比例极少，不会对分析果产生较大的影响。
特征属性构造：
原始数据集的特征属性太多，而且各属性不具有降维的特征，故这里选取几个对航空公司来说比较有价值的几个特征进行分析，
最终选取的特征是第一年总票价、第二年总票价、观测窗口总飞行公里数、飞行次数、平均乘机时间间隔、观察窗口内最大乘机间隔、入会时间、观测窗口的结束时间、平均折扣率这八个特征。
理由：
- 选取的特征是第一年总票价、第二年总票价、观测窗口总飞行公里数是要计算平均飞行每公里的票价，因为对于航空公司来说并不是票价越高，飞行公里数越长越能创造利润，相反而是那些近距离的高等舱的客户创造更大的利益。
- 当然总飞行公里数、飞行次数也都是评价一个客户价值的重要的指标
- 入会时间可以看出客户是不是老用户及忠诚度
- 通过平均乘机时间间隔、观察窗口内最大乘机间隔可以判断客户的乘机频率是不是固定
- 平均折扣率可以反映出客户给公里带来的利益，毕竟来说越是高价值的客户享用的折扣率越高
1 data["LOAD_TIME"] = pd.to_datetime(data["LOAD_TIME"])
2 data["FFP_DATE"] = pd.to_datetime(data["FFP_DATE"])
3 data["入会时间"] = data["LOAD_TIME"] - data["FFP_DATE"]
4 data["平均每公里票价"] = (data["SUM_YR_1"] + data["SUM_YR_2"]) / data["SEG_KM_SUM"]
5 data["时间间隔差值"] = data["MAX_INTERVAL"] - data["AVG_INTERVAL"]
6 deal_data = data.rename(
7 columns = {"FLIGHT_COUNT" : "飞行次数", "SEG_KM_SUM" : "总里程", "avg_discount" : "平均折扣率"},
8 inplace = False
9 )
10 filter_data = deal_data[["入会时间", "飞行次数", "平均每公里票价", "总里程", "时间间隔差值", "平均折扣率"]]
11 print(filter_data[0:5])
12 filter_data['入会时间'] = filter_data['入会时间'].astype(np.int64)/(60*60*24*10**9)
13 print(filter_data[0:5])
14 print(filter_data.info())入会时间 飞行次数 平均每公里票价 总里程 时间间隔差值 平均折扣率
0 2706 days 210 0.815798 580717 14.516746 0.961639
1 2597 days 140 1.154043 293678 11.805755 1.252314
2 2615 days 135 1.158217 283712 12.701493 1.254676
3 2047 days 23 0.859648 281336 45.136364 1.090870
4 1816 days 152 0.823617 309928 42.211921 0.970658
入会时间 飞行次数 平均每公里票价 总里程 时间间隔差值 平均折扣率
0 2706.0 210 0.815798 580717 14.516746 0.961639
1 2597.0 140 1.154043 293678 11.805755 1.252314
2 2615.0 135 1.158217 283712 12.701493 1.254676
3 2047.0 23 0.859648 281336 45.136364 1.090870
4 1816.0 152 0.823617 309928 42.211921 0.970658
<class 'pandas.core.frame.DataFrame'>
Int64Index: 62044 entries, 0 to 62978
Data columns (total 6 columns):
入会时间 62044 non-null float64
飞行次数 62044 non-null int64
平均每公里票价 62044 non-null float64
总里程 62044 non-null int64
时间间隔差值 62044 non-null float64
平均折扣率 62044 non-null float64
dtypes: float64(4), int64(2)
memory usage: 3.3 MB
None数据标准化
为不同指标数量级不同所带来的影响，对数据进行标准差标准化。
1 filter_zscore_data = (filter_data - filter_data.mean(axis=0))/(filter_data.std(axis=0))
2 filter_zscore_data[0:5]
利用K-Means聚类算法对客户数据进行客户分群
对于K-Means方法，k的取值是一个难点，因为是无监督的聚类分析问题，所以不寻在绝对正确的值，需要进行研究试探。这里采用计算SSE的方法，尝试找到最好的K数值。
1 def distEclud(vecA, vecB):
2 """
3 计算两个向量的欧式距离的平方，并返回
4 """
5 return np.sum(np.power(vecA - vecB, 2))
6
7 def test_Kmeans_nclusters(data_train):
8 """
9 计算不同的k值时，SSE的大小变化
10 """
11 # print(data_train)
12 data_train = data_train.values
13 # print(data_train)
14 nums=range(2,10)
15 SSE = []
16 for num in nums:
17 sse = 0
18 kmodel = KMeans(n_clusters=num, n_jobs=4)
19 kmodel.fit(data_train)
20 # 簇中心
21 cluster_ceter_list = kmodel.cluster_centers_
22 # print("1.ceter_list:",cluster_ceter_list)
23 # 个样本属于的簇序号列表
24 cluster_list = kmodel.labels_.tolist()
25 # print("2.cluster_list:",len(cluster_list),cluster_list[-20:])
26 for index in range(len(data)):#计算残差平方和
27 cluster_num = cluster_list[index]
28
29 sse += distEclud(data_train[index, :], cluster_ceter_list[cluster_num])
30 print("簇数是",num , "时； SSE是", sse)
31 # print("3.dt_index:",data_train[index, :])
32 # print("4.c_c_l:",cluster_ceter_list[cluster_num])
33 SSE.append(sse)
34 return nums, SSE
35
36 nums, SSE = test_Kmeans_nclusters(filter_zscore_data)
簇数是 2 时； SSE是 296587.67961
簇数是 3 时； SSE是 245317.603158
簇数是 4 时； SSE是 209300.127424
簇数是 5 时； SSE是 183885.854183
簇数是 6 时； SSE是 167465.312745
簇数是 7 时； SSE是 151869.231702
簇数是 8 时； SSE是 142922.664126
簇数是 9 时； SSE是 135004.037996
1 #画图，通过观察SSE与k的取值尝试找出合适的k值
2 # 中文和负号的正常显示
3 plt.rcParams['font.sans-serif'] = 'STHeiti'#mac字体替换
4 plt.rcParams['font.size'] = 12.0
5 plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False
6 # 使用ggplot的绘图风格
7 plt.style.use('ggplot')
8 ## 绘图观测SSE与簇个数的关系
9 fig=plt.figure(figsize=(10, 10))
10 ax=fig.add_subplot(1,1,1)
11 ax.plot(nums,SSE,marker="+")
12 ax.set_xlabel("n_clusters", fontsize=18)
13 ax.set_ylabel("SSE", fontsize=18)
14 fig.suptitle("KMeans", fontsize=20)
15 plt.show()
通过观察，并未发现明显的转折点，因此尝试选取k为4，5，6的聚类，看能否得到合适的客户聚类：
1 kmodel = KMeans(n_clusters=4, n_jobs=4)
2 kmodel.fit(filter_zscore_data)
3 # 简单打印结果
4 r1 = pd.Series(kmodel.labels_).value_counts() #统计各个类别的数目
5 r2 = pd.DataFrame(kmodel.cluster_centers_) #找出聚类中心
6 # print(r1,r2)
7 # 所有簇中心坐标值中最大值和最小值
8 max = r2.values.max()
9 min = r2.values.min()
10 # print(max,min)
11 r = pd.concat([r2, r1], axis = 1) #横向连接（0是纵向），得到聚类中心对应的类别下的数目
12 r.columns = list(filter_zscore_data.columns) + [u'类别数目'] #重命名表头
13 # print(r)
14 # 绘图
15 fig=plt.figure(figsize=(10, 8))
16 ax = fig.add_subplot(111, polar=True)
17 center_num = r.values
18 feature = ["入会时间", "飞行次数", "平均每公里票价", "总里程", "时间间隔差值", "平均折扣率"]
19 N =len(feature)
20 for i, v in enumerate(center_num):
21 print(i,v,"#")
22 # 设置雷达图的角度，用于平分切开一个圆面
23 angles=np.linspace(0, 2*np.pi, N, endpoint=False)
24 # 为了使雷达图一圈封闭起来，需要下面的步骤
25 center = np.concatenate((v[:-1],[v[0]]))#-1：倒数第二个。把v拼接最后一个数
26 angles=np.concatenate((angles,[angles[0]]))
27 # 绘制折线图
28 ax.plot(angles, center, 'o-', linewidth=2, label = "第%d簇人群,%d人"% (i+1,v[-1]))
29 # 填充颜色
30 ax.fill(angles, center, alpha=0.25)
31 # 添加每个特征的标签
32 ax.set_thetagrids(angles * 180/np.pi, feature, fontsize=15)
33 # 设置雷达图的范围
34 ax.set_ylim(min-0.1, max+0.1)
35 # 添加标题
36 plt.title('客户群特征分析图', fontsize=20)
37 # 添加网格线
38 ax.grid(True)
39 # 设置图例
40 plt.legend(loc='upper right', bbox_to_anchor=(1.3,1.0),ncol=1,fancybox=True,shadow=True)
41
42 # 显示图形
43 plt.show()
类似的，k为5，6时：
客户价值分析
根据客户群体特征雷达图，
- 当k取值4时，每个人群包含的信息比较复杂，且特征不明显
- 当k取值5时，分析的结果比较合理，分出的五种类型人群都有自己的特点又不相互重复
- 当k取值6时，各种人群也都有自己的特点，但是第4簇人群完全在第5簇人群特征中包含了，有点冗余的意思
客户价值排名：重要保持客户(5)>重要发展客户(4)>重要挽留客户(3)>一般客户(1)，第(2)群体是低价值客户。
综上，当k取值为5时，得到最好的聚类效果，将所有的客户分成5个人群，再进一步分析可以得到以下结论：
- 第一簇人群，5443人， 总里程和飞行次数都是最多的，而且平均每公里票价也较高，是需要保持对象
- 第二簇人群，22188人，群体数量最大，但各方面数据都极低，乘坐次数很少、乘坐里程很小、很长时间没有乘坐公司航班，属于低价值客户。
- 第三簇人群，14733人，该数量较大，最大的特点就是入会的时间较长，属于老客户按理说平均折扣率应该较高才对，但是观察窗口的平均折扣率较低，但乘坐频率变小，总里程也不高，分析可能是流失的客户，属于重要挽留客户；
第四簇人群，10957人，最大的特点是时间间隔差值最大，分析可能是“季节型客户”，一年中在某个时间段需要多次乘坐飞机进行旅行，其他的时间则出行的不多，这类客户我们需要在保持的前提下，进行一定的发展；
第五簇人群，8723人，乘坐次数很多，乘坐里程很大，所乘航班折扣率较高，应该是属于乘坐高等舱的商务人员，属于重要保持客户。也是需要重点发展的对象，另外应该积极采取相关的优惠 政策是他们的乘坐次数增加
模型应用
- 对于数量极少的客户群5，进行一对一精准营销。
- 对于数量极少的客户群4，实行里程数兑换机票。
- 对于数量较大的客户群3，提供会员升级提醒服务。
- 积极和非航空类企业合作，顾客在合作企业消费也可获得本航空公司奖励，增加客户与公司的联系。
综上，结果符合市场的二八法则的，价值不大的第二三簇的客户数最多，而价值较大的第四五簇的人数较少。
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