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  • 用Maven构建单机Mahout项目

    Hadoop家族系列文章，主要介绍Hadoop家族产品，常用的项目包括Hadoop, Hive, Pig, HBase, Sqoop, Mahout, Zookeeper, Avro, Ambari, Chukwa，新增加的项目包括，YARN, Hcatalog, Oozie, Cassandra, Hama, Whirr, Flume, Bigtop, Crunch, Hue等。

    从2011年开始，中国进入大数据风起云涌的时代，以Hadoop为代表的家族软件，占据了大数据处理的广阔地盘。开源界及厂商，所有数据软件，无一不向Hadoop靠拢。Hadoop也从小众的高富帅领域，变成了大数据开发的标准。在Hadoop原有技术基础之上，出现了Hadoop家族产品，通过“大数据”概念不断创新，推出科技进步。

    作为IT界的开发人员，我们也要跟上节奏，抓住机遇，跟着Hadoop一起雄起！

    关于作者：

    • 张丹(Conan), 程序员Java,R,PHP,Javascript
    • weibo：@Conan_Z
    • blog: http://blog.fens.me
    • email: bsspirit@gmail.com

    转载请注明出处：
    http://blog.fens.me/hadoop-mahout-maven-eclipse/

    mahout-maven-logo

    前言

    基于Hadoop的项目，不管是MapReduce开发，还是Mahout的开发都是在一个复杂的编程环境中开发。Java的环境问题，是困扰着每个程序员的噩梦。Java程序员，不仅要会写Java程序，还要会调linux，会配hadoop，启动hadoop，还要会自己运维。所以，新手想玩起Hadoop真不是件简单的事。

    不过，我们可以尽可能的简化环境问题，让程序员只关注于写程序。特别是像算法程序员，把精力投入在算法设计上，要比花时间解决环境问题有价值的多。

    目录

    1. Maven介绍和安装
    2. Mahout单机开发环境介绍
    3. 用Maven构建Mahout开发环境
    4. 用Mahout实现协同过滤userCF
    5. 用Mahout实现kmeans
    6. 模板项目上传github

    1. Maven介绍和安装

    请参考文章：用Maven构建Hadoop项目

    开发环境

    • Win7 64bit
    • Java 1.6.0_45
    • Maven 3
    • Eclipse Juno Service Release 2
    • Mahout 0.6

    这里要说明一下mahout的运行版本。

    • mahout-0.5, mahout-0.6, mahout-0.7，是基于hadoop-0.20.2x的。
    • mahout-0.8, mahout-0.9，是基于hadoop-1.1.x的。
    • mahout-0.7，有一次重大升级，去掉了多个算法的单机内存运行，并且了部分API不向前兼容。

    注：本文关注于“用Maven构建Mahout的开发环境”，文中的 2个例子都是基于单机的内存实现，因此选择0.6版本。Mahout在Hadoop集群中运行会在下一篇文章介绍。

    2. Mahout单机开发环境介绍

    hadoop-mahout-dev

    如上图所示，我们可以选择在win中开发，也可以在linux中开发，开发过程我们可以在本地环境进行调试，标配的工具都是Maven和Eclipse。

    3. 用Maven构建Mahout开发环境

    • 1. 用Maven创建一个标准化的Java项目
    • 2. 导入项目到eclipse
    • 3. 增加mahout依赖，修改pom.xml
    • 4. 下载依赖

    1). 用Maven创建一个标准化的Java项目

    
~ D:workspacejava>mvn archetype:generate -DarchetypeGroupId=org.apache.maven.archetypes 
-DgroupId=org.conan.mymahout -DartifactId=myMahout -DpackageName=org.conan.mymahout -Dversion=1.0-SNAPSHOT -DinteractiveMode=false

    进入项目，执行mvn命令

    
~ D:workspacejava>cd myMahout
~ D:workspacejavamyMahout>mvn clean install

    2). 导入项目到eclipse

    我们创建好了一个基本的maven项目，然后导入到eclipse中。 这里我们最好已安装好了Maven的插件。

    mahout-eclipse-folder

    3). 增加mahout依赖，修改pom.xml

    这里我使用hadoop-0.6版本，同时去掉对junit的依赖，修改文件：pom.xml

    
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/maven-v4_0_0.xsd">
<modelVersion>4.0.0</modelVersion>
<groupId>org.conan.mymahout</groupId>
<artifactId>myMahout</artifactId>
<packaging>jar</packaging>
<version>1.0-SNAPSHOT</version>
<name>myMahout</name>
<url>http://maven.apache.org</url>

<properties>
<project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding>
<mahout.version>0.6</mahout.version>
</properties>

<dependencies>
<dependency>
<groupId>org.apache.mahout</groupId>
<artifactId>mahout-core</artifactId>
<version>${mahout.version}</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.apache.mahout</groupId>
<artifactId>mahout-integration</artifactId>
<version>${mahout.version}</version>
<exclusions>
<exclusion>
<groupId>org.mortbay.jetty</groupId>
<artifactId>jetty</artifactId>
</exclusion>
<exclusion>
<groupId>org.apache.cassandra</groupId>
<artifactId>cassandra-all</artifactId>
</exclusion>
<exclusion>
<groupId>me.prettyprint</groupId>
<artifactId>hector-core</artifactId>
</exclusion>
</exclusions>
</dependency>
</dependencies>
</project>

    4). 下载依赖

    ~ mvn clean install

    在eclipse中刷新项目：

    mahout-eclipse-package

    项目的依赖程序，被自动加载的库路径下面。

    4. 用Mahout实现协同过滤userCF

    Mahout协同过滤UserCF深度算法剖析，请参考文章：用R解析Mahout用户推荐协同过滤算法(UserCF)

    实现步骤：

    • 1. 准备数据文件: item.csv
    • 2. Java程序：UserCF.java
    • 3. 运行程序
    • 4. 推荐结果解读

    1). 新建数据文件: item.csv

    
~ mkdir datafile
~ vi datafile/item.csv

1,101,5.0
1,102,3.0
1,103,2.5
2,101,2.0
2,102,2.5
2,103,5.0
2,104,2.0
3,101,2.5
3,104,4.0
3,105,4.5
3,107,5.0
4,101,5.0
4,103,3.0
4,104,4.5
4,106,4.0
5,101,4.0
5,102,3.0
5,103,2.0
5,104,4.0
5,105,3.5
5,106,4.0

    数据解释：每一行有三列，第一列是用户ID，第二列是物品ID，第三列是用户对物品的打分。

    2). Java程序：UserCF.java

    Mahout协同过滤的数据流，调用过程。

    mahout-recommendation-process

    上图摘自：Mahout in Action

    新建JAVA类：org.conan.mymahout.recommendation.UserCF.java

    
package org.conan.mymahout.recommendation;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.util.List;

import org.apache.mahout.cf.taste.common.TasteException;
import org.apache.mahout.cf.taste.impl.common.LongPrimitiveIterator;
import org.apache.mahout.cf.taste.impl.model.file.FileDataModel;
import org.apache.mahout.cf.taste.impl.neighborhood.NearestNUserNeighborhood;
import org.apache.mahout.cf.taste.impl.recommender.GenericUserBasedRecommender;
import org.apache.mahout.cf.taste.impl.similarity.EuclideanDistanceSimilarity;
import org.apache.mahout.cf.taste.model.DataModel;
import org.apache.mahout.cf.taste.recommender.RecommendedItem;
import org.apache.mahout.cf.taste.recommender.Recommender;
import org.apache.mahout.cf.taste.similarity.UserSimilarity;

public class UserCF {

    final static int NEIGHBORHOOD_NUM = 2;
    final static int RECOMMENDER_NUM = 3;

    public static void main(String[] args) throws IOException, TasteException {
        String file = "datafile/item.csv";
        DataModel model = new FileDataModel(new File(file));
        UserSimilarity user = new EuclideanDistanceSimilarity(model);
        NearestNUserNeighborhood neighbor = new NearestNUserNeighborhood(NEIGHBORHOOD_NUM, user, model);
        Recommender r = new GenericUserBasedRecommender(model, neighbor, user);
        LongPrimitiveIterator iter = model.getUserIDs();

        while (iter.hasNext()) {
            long uid = iter.nextLong();
            List list = r.recommend(uid, RECOMMENDER_NUM);
            System.out.printf("uid:%s", uid);
            for (RecommendedItem ritem : list) {
                System.out.printf("(%s,%f)", ritem.getItemID(), ritem.getValue());
            }
            System.out.println();
        }
    }
}

    3). 运行程序
    控制台输出:

    
SLF4J: Failed to load class "org.slf4j.impl.StaticLoggerBinder".
SLF4J: Defaulting to no-operation (NOP) logger implementation
SLF4J: See http://www.slf4j.org/codes.html#StaticLoggerBinder for further details.
uid:1(104,4.274336)(106,4.000000)
uid:2(105,4.055916)
uid:3(103,3.360987)(102,2.773169)
uid:4(102,3.000000)
uid:5

    4). 推荐结果解读

    • 向用户ID1，推荐前二个最相关的物品, 104和106
    • 向用户ID2，推荐前二个最相关的物品, 但只有一个105
    • 向用户ID3，推荐前二个最相关的物品, 103和102
    • 向用户ID4，推荐前二个最相关的物品, 但只有一个102
    • 向用户ID5，推荐前二个最相关的物品, 没有符合的

    5. 用Mahout实现kmeans

    • 1. 准备数据文件: randomData.csv
    • 2. Java程序：Kmeans.java
    • 3. 运行Java程序
    • 4. mahout结果解读
    • 5. 用R语言实现Kmeans算法
    • 6. 比较Mahout和R的结果

    1). 准备数据文件: randomData.csv

    
~ vi datafile/randomData.csv

-0.883033363823402,-3.31967192630249
-2.39312626419456,3.34726861118871
2.66976353341256,1.85144276077058
-1.09922906899594,-6.06261735207489
-4.36361936997216,1.90509905380532
-0.00351835125495037,-0.610105996559153
-2.9962958796338,-3.60959839525735
-3.27529418132066,0.0230099799641799
2.17665594420569,6.77290756817957
-2.47862038335637,2.53431833167278
5.53654901906814,2.65089785582474
5.66257474538338,6.86783609641077
-0.558946883114376,1.22332819416237
5.11728525486132,3.74663871584768
1.91240516693351,2.95874731384062
-2.49747101306535,2.05006504756875
3.98781883213459,1.00780938946366

    这里只截取了一部分，更多的数据请查看源代码。

    注：我是通过R语言生成的randomData.csv

    
x1<-cbind(x=rnorm(400,1,3),y=rnorm(400,1,3))
x2<-cbind(x=rnorm(300,1,0.5),y=rnorm(300,0,0.5))
x3<-cbind(x=rnorm(300,0,0.1),y=rnorm(300,2,0.2))
x<-rbind(x1,x2,x3)
write.table(x,file="randomData.csv",sep=",",row.names=FALSE,col.names=FALSE)

    2). Java程序：Kmeans.java

    Mahout中kmeans方法的算法实现过程。

    mahout-kmeans-process

    上图摘自：Mahout in Action

    新建JAVA类：org.conan.mymahout.cluster06.Kmeans.java

    
package org.conan.mymahout.cluster06;

import java.io.IOException;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

import org.apache.mahout.clustering.kmeans.Cluster;
import org.apache.mahout.clustering.kmeans.KMeansClusterer;
import org.apache.mahout.common.distance.EuclideanDistanceMeasure;
import org.apache.mahout.math.Vector;

public class Kmeans {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        List sampleData = MathUtil.readFileToVector("datafile/randomData.csv");

        int k = 3;
        double threshold = 0.01;

        List randomPoints = MathUtil.chooseRandomPoints(sampleData, k);
        for (Vector vector : randomPoints) {
            System.out.println("Init Point center: " + vector);
        }

        List clusters = new ArrayList();
        for (int i = 0; i < k; i++) {
            clusters.add(new Cluster(randomPoints.get(i), i, new EuclideanDistanceMeasure()));
        }

        List<List> finalClusters = KMeansClusterer.clusterPoints(sampleData, clusters, new EuclideanDistanceMeasure(), k, threshold);
        for (Cluster cluster : finalClusters.get(finalClusters.size() - 1)) {
            System.out.println("Cluster id: " + cluster.getId() + " center: " + cluster.getCenter().asFormatString());
        }
    }

}

    3). 运行Java程序
    控制台输出:

    
Init Point center: {0:-0.162693685149196,1:2.19951550286862}
Init Point center: {0:-0.0409782183083317,1:2.09376666042057}
Init Point center: {0:0.158401778474687,1:2.37208412905273}
SLF4J: Failed to load class "org.slf4j.impl.StaticLoggerBinder".
SLF4J: Defaulting to no-operation (NOP) logger implementation
SLF4J: See http://www.slf4j.org/codes.html#StaticLoggerBinder for further details.
Cluster id: 0 center: {0:-2.686856800552941,1:1.8939462954763795}
Cluster id: 1 center: {0:0.6334255423230666,1:0.49472852972602105}
Cluster id: 2 center: {0:3.334520309711998,1:3.2758355898247653}

    4). mahout结果解读

    • 1. Init Point center表示，kmeans算法初始时的设置的3个中心点
    • 2. Cluster center表示，聚类后找到3个中心点

    5). 用R语言实现Kmeans算法
    接下来为了让结果更直观，我们再用R语言，进行kmeans实验，操作相同的数据。

    R语言代码：

    
> y<-read.csv(file="randomData.csv",sep=",",header=FALSE) 
> cl<-kmeans(y,3,iter.max = 10, nstart = 25) 
> cl$centers
          V1         V2
1 -0.4323971  2.2852949
2  0.9023786 -0.7011153
3  4.3725463  2.4622609

# 生成聚类中心的图形
> plot(y, col=c("black","blue","green")[cl$cluster])
> points(cl$centers, col="red", pch = 19)

# 画出Mahout聚类的中心
> mahout<-matrix(c(-2.686856800552941,1.8939462954763795,0.6334255423230666,0.49472852972602105,3.334520309711998,3.2758355898247653),ncol=2,byrow=TRUE) 
> points(mahout, col="violetred", pch = 19)

    聚类的效果图：
    kmeans-center

    6). 比较Mahout和R的结果
    从上图中，我们看到有 黑，蓝，绿，三种颜色的空心点，这些点就是原始的数据。

    3个红色实点，是R语言kmeans后生成的3个中心。
    3个紫色实点，是Mahout的kmeans后生成的3个中心。

    R语言和Mahout生成的点，并不是重合的，原因有几点：

    • 1. 距离算法不一样：
      Mahout中，我们用的 “欧氏距离(EuclideanDistanceMeasure)”
      R语言中，默认是”Hartigan and Wong”
    • 2. 初始化的中心是不一样的。
    • 3. 最大迭代次数是不一样的。
    • 4. 点合并时，判断的”阈值(threshold)”是不一样的。

    6. 模板项目上传github

    https://github.com/bsspirit/maven_mahout_template/tree/mahout-0.6

    大家可以下载这个项目，做为开发的起点。

     
~ git clone https://github.com/bsspirit/maven_mahout_template
~ git checkout mahout-0.6

    我们完成了第一步，下面就将正式进入mahout算法的开发实践，并且应用到hadoop集群的环境中。
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