Griffin Chow / 电商用户行为分析与聚类

Created Sun, 09 Mar 2025 00:00:00 +0000 Modified Thu, 06 Nov 2025 04:24:59 +0000

1. 背景描述

本数据集汇集了某个电商平台的用户基本信息、行为习惯和互动数据。它包括用户的年龄、性别、居住地区、收入水平等基本属性,以及他们的兴趣偏好、登录频率、购买行为和平台互动等动态指标。

数据集关注的焦点在于电商领域,旨在通过用户行为的深入分析,揭示其偏好和需求。通过这些数据,商家能够更好地理解消费者,制定有效的市场策略,满足用户期望,推动业务发展。

2. 数据说明

字段说明类型
User_ID每个用户的唯一标识符,便于追踪和分析文本
Age用户的年龄,提供对人口统计偏好的洞察数值
Gender用户的性别,使能性别特定的推荐和定位分类
Location用户所在地区:郊区、农村、城市,影响偏好和购物习惯分类
Income用户的收入水平,表明购买力和支付能力数值
Interests用户的兴趣,如运动、时尚、技术等,指导内容和产品推荐分类
Last_Login_Days_Ago用户上次登录以来的天数,反映参与频率数值
Purchase_Frequency用户进行购买的频率,表明购物习惯和忠诚度数值
Average_Order_Value用户下单的平均价值,对定价和促销策略至关重要数值
Total_Spending用户消费的总金额,表明终身价值和购买行为数值
Product_Category_Preference用户偏好的特定产品类别分类
Time_Spent_on_Site_Minutes用户在电子商务平台上花费的时间,表明参与程度数值
Pages_Viewed用户在访问期间浏览的页面数量,反映浏览活动和兴趣数值
Newsletter_Subscription用户是否订阅了营销活动通知布尔

3. 问题描述

本项目旨在通过数据分析和机器学习方法,解决以下核心问题。

3.1 分析目标

  • 用户画像分析:深入了解不同用户群体的特征
  • 用户活跃度分析:识别高价值和低活跃用户
  • 用户价值分群:基于RFM模型和机器学习算法进行精准分群
  • 商业策略建议:为不同用户群体制定差异化营销策略

3.2 核心问题

  1. 用户活跃度分析:不同用户群体的活跃程度如何?哪些因素影响用户活跃度?
  2. 用户价值分群:如何科学地对用户进行分群,识别高价值用户?
  3. 精准营销策略:针对不同用户群体,应该制定怎样的差异化营销策略?

3.3 分析方法

  • 描述性统计分析:了解数据整体分布特征
  • RFM模型分析:基于最近消费、频率、金额进行用户价值分类
  • K-Means聚类算法:使用机器学习方法进行用户分群
  • 可视化分析:使用pyecharts进行专业的数据可视化

4. 数据清洗及预览

在进行数据分析之前,首先需要对数据进行清洗和预览,确保数据质量符合分析要求。

4.1 导入必要的库

代码与输出
# 数据处理库
import pandas as pd
import numpy as np
import warnings
warnings.filterwarnings('ignore')

# 可视化库 - pyecharts (使用离线模式)
from pyecharts import options as opts
from pyecharts.charts import Bar, Pie, Line, Scatter, Radar, HeatMap, Grid, Tab
from pyecharts.globals import ThemeType, CurrentConfig
from pyecharts.commons.utils import JsCode

# 机器学习库
from sklearn.cluster import KMeans  # K-Means聚类算法
from sklearn.preprocessing import StandardScaler, MinMaxScaler, RobustScaler  # 数据标准化
from sklearn.metrics import silhouette_score, davies_bouldin_score, calinski_harabasz_score  # 聚类评估指标
from sklearn.decomposition import PCA  # 主成分分析降维
from sklearn.manifold import TSNE  # t-SNE降维(更适合可视化)

print("所有库导入成功!")

4.2 数据加载与质量检查

代码与输出
# 读取数据
df = pd.read_csv('user_personalized_features.csv', index_col=['Unnamed: 0'])

# 数据预览
print("="*70)
print(" 数据预览(前5行)")
print("="*70)
display(df.head())

# 数据维度
print("\n" + "="*70)
print(f"数据集维度:{df.shape[0]} 行 × {df.shape[1]} 列")
print("="*70)

# 数据质量检查
print("\n" + "="*70)
print(" 数据质量检查")
print("="*70)
print(f"✓ 重复值数量:{df.duplicated().sum()} 条")
print(f"✓ 缺失值总数:{df.isna().sum().sum()} 个")
if df.isna().sum().sum() > 0:
    print("\n各字段缺失值详情:")
    print(df.isna().sum()[df.isna().sum() > 0])
    
# 数据类型信息
print("\n" + "="*70)
print(" 数据类型信息")
print("="*70)
display(df.info())

# 描述性统计
print("\n" + "="*70)
print(" 数值型字段描述性统计")
print("="*70)
display(df.describe().round(2))

# 分类字段统计
print("\n" + "="*70)
print("分类字段唯一值统计")
print("="*70)
categorical_cols = df.select_dtypes(include=['object', 'bool']).columns
for col in categorical_cols:
    if col != 'User_ID':
        print(f"\n{col}: {df[col].nunique()} 个唯一值")
        print(f"  {df[col].unique()}")
======================================================================
 数据预览(前5行)
======================================================================

======================================================================
 数据集维度:1000 行 × 14 列
======================================================================

======================================================================
 数据质量检查
======================================================================
✓ 重复值数量:0 条
✓ 缺失值总数:0 个

======================================================================
📋 数据类型信息
======================================================================
<class 'pandas.core.frame.DataFrame'>
Index: 1000 entries, 0 to 999
Data columns (total 14 columns):
 #   Column                       Non-Null Count  Dtype 
---  ------                       --------------  ----- 
 0   User_ID                      1000 non-null   object
 1   Age                          1000 non-null   int64 
 2   Gender                       1000 non-null   object
 3   Location                     1000 non-null   object
 4   Income                       1000 non-null   int64 
 5   Interests                    1000 non-null   object
 6   Last_Login_Days_Ago          1000 non-null   int64 
 7   Purchase_Frequency           1000 non-null   int64 
 8   Average_Order_Value          1000 non-null   int64 
 9   Total_Spending               1000 non-null   int64 
 10  Product_Category_Preference  1000 non-null   object
 11  Time_Spent_on_Site_Minutes   1000 non-null   int64 
 12  Pages_Viewed                 1000 non-null   int64 
 13  Newsletter_Subscription      1000 non-null   bool  
dtypes: bool(1), int64(8), object(5)
memory usage: 110.4+ KB

======================================================================
 数值型字段描述性统计
======================================================================

4.3 数据分布解读

关键指标分析

Age(年龄)

  • 分布范围:18-64岁
  • 平均年龄:40岁
  • 核心洞察:29-52岁用户占50%,呈现明显的中年用户集中现象
  • 业务意义:平台主要服务于经济能力较强的中年群体

Income(收入)

  • 分布范围:20,155-149,951元
  • 平均收入:81,305元(中位数81,042元)
  • 核心洞察:收入分布呈现明显的两极分化,但大部分用户集中在中等收入水平
  • 业务意义:需要针对不同收入层级设计差异化的产品和定价策略

Last_Login_Days_Ago(最近登录)

  • 分布范围:1-29天
  • 平均值:15.5天
  • 核心洞察:75%用户距上次登录超过8天,整体活跃度有待提升
  • 业务意义:需要加强用户召回和活跃度提升策略

Purchase_Frequency(购买频率)

  • 分布范围:0-9次
  • 平均值:4.6次(中位数5次)
  • 核心洞察:50%用户购买频次≥5次,显示出较好的复购率
  • 业务意义:存在一定的忠诚用户基础,可深度挖掘

Average_Order_Value(平均客单价)

  • 分布范围:10-199元
  • 平均值:104元(中位数105元)
  • 核心洞察:75%订单≤150元,整体消费偏向经济实惠
  • 业务意义:可通过组合营销提升客单价

Total_Spending(总消费金额)

  • 分布范围:112-4,999元
  • 平均值:2,553元
  • 核心洞察:消费金额分布呈金字塔型,高价值用户占比较小
  • 业务意义:需要精准识别和维护高价值客户

Time_Spent_on_Site_Minutes(停留时长)

  • 分布范围:2-599分钟
  • 平均值:297分钟(约5小时)
  • 核心洞察:75%用户停留时间>144分钟,显示较高的平台粘性
  • 业务意义:长停留时间为转化提供了良好基础

Pages_Viewed(浏览页数)

  • 分布范围:1-49页
  • 平均值:24.4页
  • 核心洞察:75%用户浏览>12页,显示出较强的探索意愿
  • 业务意义:可优化页面布局和推荐算法提高转化率

4.4 分类字段分析

代码与输出
# 提取所有分类字段的唯一值
print("="*70)
print("📋 分类字段详细信息")
print("="*70)

categorical_features = {}
for col in df.columns:
    if df[col].dtype == 'object' and col != 'User_ID':
        unique_values = df[col].unique()
        count_values = df[col].value_counts()
        categorical_features[col] = {
            'unique_count': len(unique_values),
            'values': unique_values,
            'distribution': count_values
        }
        print(f"\n{col}】")
        print(f"  唯一值数量: {len(unique_values)}")
        print(f"  唯一值: {unique_values}")
        print(f"  分布情况:")
        for val, cnt in count_values.items():
            print(f"    - {val}: {cnt} ({cnt/len(df)*100:.1f}%)")
======================================================================
📋 分类字段详细信息
======================================================================

【Gender】
  唯一值数量: 2
  唯一值: ['Male' 'Female']
  分布情况:
    - Male: 526 (52.6%)
    - Female: 474 (47.4%)

【Location】
  唯一值数量: 3
  唯一值: ['Suburban' 'Rural' 'Urban']
  分布情况:
    - Suburban: 349 (34.9%)
    - Urban: 344 (34.4%)
    - Rural: 307 (30.7%)

【Interests】
  唯一值数量: 5
  唯一值: ['Sports' 'Technology' 'Fashion' 'Travel' 'Food']
  分布情况:
    - Sports: 213 (21.3%)
    - Fashion: 209 (20.9%)
    - Travel: 196 (19.6%)
    - Food: 196 (19.6%)
    - Technology: 186 (18.6%)

【Product_Category_Preference】
  唯一值数量: 5
  唯一值: ['Books' 'Electronics' 'Apparel' 'Health & Beauty' 'Home & Kitchen']
  分布情况:
    - Apparel: 218 (21.8%)
    - Electronics: 209 (20.9%)
    - Books: 198 (19.8%)
    - Home & Kitchen: 189 (18.9%)
    - Health & Beauty: 186 (18.6%)

4.5 数据质量总结

数据质量评估结果:优秀

  • 无缺失值:所有字段数据完整,无需进行缺失值处理
  • 无重复值:数据记录唯一,无重复样本
  • 数据类型正确:各字段类型符合业务逻辑
  • 数值范围合理:未发现明显的异常值或错误数据

结论:该数据集质量良好,可直接进入分析阶段,无需额外的数据清洗工作。

5. 探索性数据分析(EDA)

5.1 分类变量可视化分析

代码与输出
# 1. 性别分布 - 饼图
gender_count = df['Gender'].value_counts()
pie_gender = (
    Pie(init_opts=opts.InitOpts(theme=ThemeType.WALDEN, width="900px", height="400px"))
    .add(
        series_name="性别分布",
        data_pair=[(k, int(v)) for k, v in gender_count.items()],
        radius=["30%", "60%"],
        label_opts=opts.LabelOpts(formatter="{b}: {c}人 ({d}%)"),
    )
    .set_global_opts(
        title_opts=opts.TitleOpts(title="用户性别分布", subtitle=f"总用户数: {len(df)}", pos_left="center"),
        legend_opts=opts.LegendOpts(orient="vertical", pos_right="5%", pos_top="15%"),
    )
    .set_series_opts(
        tooltip_opts=opts.TooltipOpts(trigger="item", formatter="{b}: {c}人 ({d}%)")
    )
)
pie_gender.render_notebook()
{
  "title": {
    "text": "用户性别分布",
    "subtext": "总用户数: 1000",
    "left": "center",
    "textStyle": {
      "fontSize": 18
    }
  },
  "tooltip": {
    "trigger": "item",
    "formatter": "{b}: {c}人 ({d}%)"
  },
  "legend": {
    "orient": "vertical",
    "right": "5%",
    "top": "15%"
  },
  "series": [{
    "name": "性别分布",
    "type": "pie",
    "radius": ["30%", "60%"],
    "label": {
      "formatter": "{b}: {c}人 ({d}%)"
    },
    "data": [
      {"value": 526, "name": "Male"},
      {"value": 474, "name": "Female"}
    ]
  }]
}
代码与输出
# 2. 地区分布 - 柱状图
location_count = df['Location'].value_counts().sort_values(ascending=False)
bar_location = (
    Bar(init_opts=opts.InitOpts(theme=ThemeType.WALDEN, width="900px", height="400px"))
    .add_xaxis(location_count.index.tolist())
    .add_yaxis(
        "用户数量",
        location_count.values.tolist(),
        label_opts=opts.LabelOpts(is_show=True, position="top"),
    )
    .set_global_opts(
        title_opts=opts.TitleOpts(title="用户地区分布", subtitle="不同地区用户数量统计", pos_left="center"),
        xaxis_opts=opts.AxisOpts(axislabel_opts=opts.LabelOpts(rotate=0)),
        yaxis_opts=opts.AxisOpts(name="用户数量"),
        toolbox_opts=opts.ToolboxOpts(),
    )
)
bar_location.render_notebook()
{
  "title": {
    "text": "用户地区分布",
    "subtext": "不同地区用户数量统计",
    "left": "center"
  },
  "tooltip": {},
  "xAxis": {
    "type": "category",
    "data": ["Suburban", "Urban", "Rural"]
  },
  "yAxis": {
    "type": "value",
    "name": "用户数量"
  },
  "series": [{
    "name": "用户数量",
    "type": "bar",
    "data": [349, 344, 307],
    "label": {
      "show": true,
      "position": "top"
    },
    "itemStyle": {
      "color": {
        "type": "linear",
        "x": 0,
        "y": 0,
        "x2": 0,
        "y2": 1,
        "colorStops": [
          {"offset": 0, "color": "#83bff6"},
          {"offset": 1, "color": "#188df0"}
        ]
      }
    }
  }],
  "toolbox": {
    "show": true,
    "feature": {
      "saveAsImage": {},
      "restore": {}
    }
  }
}
代码与输出
# 3. 兴趣分布 - 柱状图
interests_count = df['Interests'].value_counts().sort_values(ascending=False)
bar_interests = (
    Bar(init_opts=opts.InitOpts(theme=ThemeType.WALDEN, width="900px", height="400px"))
    .add_xaxis(interests_count.index.tolist())
    .add_yaxis(
        "用户数量",
        interests_count.values.tolist(),
        label_opts=opts.LabelOpts(is_show=True, position="top"),
    )
    .set_global_opts(
        title_opts=opts.TitleOpts(title="用户兴趣分布", subtitle="不同兴趣爱好用户数量", pos_left="center"),
        xaxis_opts=opts.AxisOpts(axislabel_opts=opts.LabelOpts(rotate=-15)),
        yaxis_opts=opts.AxisOpts(name="用户数量"),
    )
)
bar_interests.render_notebook()
{
  "title": {
    "text": "用户兴趣分布",
    "subtext": "不同兴趣爱好用户数量",
    "left": "center"
  },
  "tooltip": {},
  "xAxis": {
    "type": "category",
    "data": ["Sports", "Fashion", "Travel", "Food", "Technology"],
    "axisLabel": {
      "rotate": -15
    }
  },
  "yAxis": {
    "type": "value",
    "name": "用户数量"
  },
  "series": [{
    "name": "用户数量",
    "type": "bar",
    "data": [213, 209, 196, 196, 186],
    "label": {
      "show": true,
      "position": "top"
    },
    "itemStyle": {
      "color": {
        "type": "linear",
        "x": 0,
        "y": 0,
        "x2": 0,
        "y2": 1,
        "colorStops": [
          {"offset": 0, "color": "#f78ca0"},
          {"offset": 1, "color": "#ee5a6f"}
        ]
      }
    }
  }]
}
代码与输出
# 4. 产品类别偏好 - 柱状图
product_count = df['Product_Category_Preference'].value_counts().sort_values(ascending=False)
bar_product = (
    Bar(init_opts=opts.InitOpts(theme=ThemeType.WALDEN, width="900px", height="400px"))
    .add_xaxis(product_count.index.tolist())
    .add_yaxis(
        "用户数量",
        product_count.values.tolist(),
        label_opts=opts.LabelOpts(is_show=True, position="top"),
    )
    .set_global_opts(
        title_opts=opts.TitleOpts(title="产品类别偏好分布", subtitle="用户偏好的产品类别统计", pos_left="center"),
        xaxis_opts=opts.AxisOpts(axislabel_opts=opts.LabelOpts(rotate=-15)),
        yaxis_opts=opts.AxisOpts(name="用户数量"),
    )
)
bar_product.render_notebook()
{
  "title": {
    "text": "产品类别偏好分布",
    "subtext": "用户偏好的产品类别统计",
    "left": "center"
  },
  "tooltip": {},
  "xAxis": {
    "type": "category",
    "data": ["Apparel", "Electronics", "Books", "Home & Kitchen", "Health & Beauty"],
    "axisLabel": {
      "rotate": -15
    }
  },
  "yAxis": {
    "type": "value",
    "name": "用户数量"
  },
  "series": [{
    "name": "用户数量",
    "type": "bar",
    "data": [218, 209, 198, 189, 186],
    "label": {
      "show": true,
      "position": "top"
    },
    "itemStyle": {
      "color": {
        "type": "linear",
        "x": 0,
        "y": 0,
        "x2": 0,
        "y2": 1,
        "colorStops": [
          {"offset": 0, "color": "#FFDB5C"},
          {"offset": 1, "color": "#FF9800"}
        ]
      }
    }
  }]
}
代码与输出
# 5. 新闻订阅分布 - 饼图
newsletter_count = df['Newsletter_Subscription'].value_counts()
newsletter_data = [["已订阅" if k else "未订阅", int(v)] for k, v in newsletter_count.items()]
pie_newsletter = (
    Pie(init_opts=opts.InitOpts(theme=ThemeType.WALDEN, width="900px", height="400px"))
    .add(
        series_name="订阅状态",
        data_pair=newsletter_data,
        radius=["30%", "60%"],
        label_opts=opts.LabelOpts(formatter="{b}: {c}人 ({d}%)"),
    )
    .set_global_opts(
        title_opts=opts.TitleOpts(title="营销邮件订阅分布", subtitle=f"总用户数: {len(df)}", pos_left="center"),
        legend_opts=opts.LegendOpts(orient="vertical", pos_right="5%", pos_top="15%"),
    )
    .set_colors(["#5470c6", "#91cc75"])
)
pie_newsletter.render_notebook()
{
  "title": {
    "text": "营销邮件订阅分布",
    "subtext": "总用户数: 1000",
    "left": "center"
  },
  "tooltip": {
    "trigger": "item"
  },
  "legend": {
    "orient": "vertical",
    "right": "5%",
    "top": "15%"
  },
  "series": [{
    "name": "订阅状态",
    "type": "pie",
    "radius": ["30%", "60%"],
    "label": {
      "formatter": "{b}: {c}人 ({d}%)"
    },
    "data": [
      {"value": 512, "name": "已订阅"},
      {"value": 488, "name": "未订阅"}
    ]
  }],
  "color": ["#5470c6", "#91cc75"]
}

5.2 分类变量分析结论

关键发现

Gender(性别分布)

  • 现状:男性用户略多于女性用户
  • 商业洞察:用户性别分布相对均衡,需要平衡男女性产品和营销策略
  • 建议:开发适合不同性别的产品线和推荐算法

Location(地区分布)

  • 现状:郊区和城市用户占主导,农村用户相对较少
  • 商业洞察:城市和郊区用户是主要客户群体,物流配送应重点覆盖这些区域
  • 建议:针对城郊用户提供快速配送服务,逐步拓展农村市场

Interests(兴趣分布)

  • 现状:体育和时尚领域用户最多,科技、旅行、食物次之
  • 商业洞察:用户兴趣多元化,体育和时尚类内容最受欢迎
  • 建议:加强体育和时尚类商品的运营,同时丰富其他品类

Product_Category_Preference(产品偏好)

  • 现状:服装、电子设备和书籍最受欢迎,健康美容和家居厨房次之
  • 商业洞察:服装和电子产品是核心品类,应加大库存和营销投入
  • 建议:优化这些热门类别的供应链,同时挖掘潜力品类

Newsletter_Subscription(营销订阅)

  • 现状:约51%用户订阅了营销活动通知
  • 商业洞察:超过一半用户愿意接受营销信息,是潜在的可触达用户群
  • 建议:优化邮件营销内容,提高转化率;吸引更多用户订阅

6. 用户活跃度分析

用户活跃度是衡量用户价值的重要指标。我们将从性别、地区、年龄等多个维度分析用户活跃度特征。

6.1 分析思路

我们将从以下三个关键维度对用户活跃度进行深入分析:

  1. 性别维度:比较男女用户在活跃度指标上的差异
  2. 地理位置维度:分析城市、郊区、农村用户的活跃度特征
  3. 年龄维度:划分年龄段,识别不同年龄层的活跃度模式
    • 18-24岁:青少年群体
    • 25-39岁:青年群体
    • 40-59岁:中年群体
    • 60岁以上:老年群体

核心活跃度指标

  • Purchase_Frequency:购买频率
  • Last_Login_Days_Ago:最近登录天数(越小越活跃)
  • Time_Spent_on_Site_Hours:网站停留时长
  • Pages_Viewed:浏览页数

6.2 数据准备与特征工程

代码与输出
# 创建分析数据集副本
act_df = df.copy()

# 年龄分段
act_df['Age_Group'] = pd.cut(
    act_df['Age'],
    bins=[18, 25, 40, 60, np.inf],
    labels=['18-24岁青少年', '25-39岁青年', '40-59岁中年', '60岁以上老年']
)

# 转换时间单位(分钟→小时)便于可视化
act_df['Time_Spent_on_Site_Hours'] = (act_df['Time_Spent_on_Site_Minutes'] / 60).round(2)

print(f"\n年龄组分布:")
print(act_df['Age_Group'].value_counts().sort_index())
年龄组分布:
Age_Group
18-24岁青少年    152
25-39岁青年     295
40-59岁中年     440
60岁以上老年       88
Name: count, dtype: int64

6.3 性别维度活跃度分析

代码与输出
# 计算性别维度的平均活跃度指标
gender_activity = act_df.groupby('Gender')[
    ['Purchase_Frequency', 'Last_Login_Days_Ago', 'Time_Spent_on_Site_Hours', 'Pages_Viewed']
].mean().round(2)

print("性别维度活跃度指标:")
display(gender_activity)
代码与输出
# 柱状图对比
metrics = ['Purchase_Frequency', 'Last_Login_Days_Ago', 'Time_Spent_on_Site_Hours', 'Pages_Viewed']
metric_names = ['购买频率', '最近登录天数', '停留时长(小时)', '浏览页数']

bar_gender = (
    Bar(init_opts=opts.InitOpts(theme=ThemeType.WALDEN, width="900px", height="400px"))
    .add_xaxis(metric_names)
)

for gender in gender_activity.index:
    values = [gender_activity.loc[gender, m] for m in metrics]
    bar_gender.add_yaxis(
        gender,
        [round(v, 2) for v in values],
        label_opts=opts.LabelOpts(is_show=True, position="top"),
    )

bar_gender.set_global_opts(
    title_opts=opts.TitleOpts(title="性别维度用户活跃度对比", subtitle="各指标平均值", pos_left="center"),
    yaxis_opts=opts.AxisOpts(name="平均值"),
    xaxis_opts=opts.AxisOpts(axislabel_opts=opts.LabelOpts(rotate=-15)),
    toolbox_opts=opts.ToolboxOpts(),
    legend_opts=opts.LegendOpts(pos_top="8%"),
)
bar_gender.render_notebook()
{
  "title": {
    "text": "性别维度用户活跃度对比",
    "subtext": "各指标平均值",
    "left": "center"
  },
  "tooltip": {
    "trigger": "axis",
    "axisPointer": {"type": "shadow"}
  },
  "legend": {
    "top": "12%",
    "data": ["Male", "Female"]
  },
  "grid": {
    "top": "20%",
    "bottom": "10%",
    "left": "10%",
    "right": "5%"
  },
  "toolbox": {
    "show": true,
    "feature": {
      "saveAsImage": {},
      "restore": {}
    }
  },
  "xAxis": {
    "type": "category",
    "data": ["购买频率", "最近登录天数", "停留时长(小时)", "浏览页数"],
    "axisLabel": {"rotate": -15}
  },
  "yAxis": {
    "type": "value",
    "name": "平均值"
  },
  "series": [{
    "name": "Male",
    "type": "bar",
    "data": [4.65, 15.44, 4.95, 24.47],
    "label": {
      "show": true,
      "position": "top"
    }
  }, {
    "name": "Female",
    "type": "bar",
    "data": [4.59, 15.53, 4.94, 24.38],
    "label": {
      "show": true,
      "position": "top"
    }
  }]
}

6.4 地区维度活跃度分析

代码与输出
# 计算地区维度的平均活跃度指标
location_activity = act_df.groupby('Location')[
    ['Purchase_Frequency', 'Last_Login_Days_Ago', 'Time_Spent_on_Site_Hours', 'Pages_Viewed']
].mean().round(2)

print("地区维度活跃度指标:")
display(location_activity)
代码与输出
# 柱状图对比
bar_location_activity = (
    Bar(init_opts=opts.InitOpts(theme=ThemeType.WALDEN, width="900px", height="400px"))
    .add_xaxis(metric_names)
)

for location in location_activity.index:
    values = [location_activity.loc[location, m] for m in metrics]
    bar_location_activity.add_yaxis(
        location,
        [round(v, 2) for v in values],
        label_opts=opts.LabelOpts(is_show=True, position="top", font_size=10),
    )

bar_location_activity.set_global_opts(
    title_opts=opts.TitleOpts(title="地区维度用户活跃度对比", subtitle="各指标平均值", pos_left="center"),
    yaxis_opts=opts.AxisOpts(name="平均值"),
    xaxis_opts=opts.AxisOpts(axislabel_opts=opts.LabelOpts(rotate=-15)),
    toolbox_opts=opts.ToolboxOpts(),
    legend_opts=opts.LegendOpts(pos_top="8%"),
)
bar_location_activity.render_notebook()
{
  "title": {
    "text": "地区维度用户活跃度对比",
    "subtext": "各指标平均值",
    "left": "center"
  },
  "tooltip": {
    "trigger": "axis",
    "axisPointer": {"type": "shadow"}
  },
  "legend": {
    "top": "12%",
    "data": ["Rural", "Suburban", "Urban"]
  },
  "grid": {
    "top": "20%",
    "bottom": "10%",
    "left": "10%",
    "right": "5%"
  },
  "toolbox": {
    "show": true,
    "feature": {
      "saveAsImage": {},
      "restore": {}
    }
  },
  "xAxis": {
    "type": "category",
    "data": ["购买频率", "最近登录天数", "停留时长(小时)", "浏览页数"],
    "axisLabel": {"rotate": -15}
  },
  "yAxis": {
    "type": "value",
    "name": "平均值"
  },
  "series": [{
    "name": "Rural",
    "type": "bar",
    "data": [4.78, 14.77, 5.12, 24.87],
    "label": {
      "show": true,
      "position": "top",
      "fontSize": 10
    }
  }, {
    "name": "Suburban",
    "type": "bar",
    "data": [4.62, 15.44, 4.93, 24.31],
    "label": {
      "show": true,
      "position": "top",
      "fontSize": 10
    }
  }, {
    "name": "Urban",
    "type": "bar",
    "data": [4.51, 15.79, 4.82, 24.15],
    "label": {
      "show": true,
      "position": "top",
      "fontSize": 10
    }
  }]
}

6.5 年龄维度活跃度分析

代码与输出
# 计算年龄维度的平均活跃度指标
age_activity = act_df.groupby('Age_Group')[
    ['Purchase_Frequency', 'Last_Login_Days_Ago', 'Time_Spent_on_Site_Hours', 'Pages_Viewed']
].mean().round(2)

print("年龄维度活跃度指标:")
display(age_activity)
代码与输出
# 柱状图对比
bar_age_activity = (
    Bar(init_opts=opts.InitOpts(theme=ThemeType.WALDEN, width="900px", height="400px"))
    .add_xaxis(metric_names)
)

for age_group in age_activity.index:
    values = [age_activity.loc[age_group, m] for m in metrics]
    bar_age_activity.add_yaxis(
        age_group,
        [round(v, 2) for v in values],
        label_opts=opts.LabelOpts(is_show=True, position="top", font_size=9),
    )

bar_age_activity.set_global_opts(
    title_opts=opts.TitleOpts(title="年龄维度用户活跃度对比", subtitle="各指标平均值", pos_left="center"),
    yaxis_opts=opts.AxisOpts(name="平均值"),
    xaxis_opts=opts.AxisOpts(axislabel_opts=opts.LabelOpts(rotate=-15)),
    toolbox_opts=opts.ToolboxOpts(),
    legend_opts=opts.LegendOpts(pos_top="8%"),
)
bar_age_activity.render_notebook()
{
  "title": {
    "text": "年龄维度用户活跃度对比",
    "subtext": "各指标平均值",
    "left": "center"
  },
  "tooltip": {
    "trigger": "axis",
    "axisPointer": {"type": "shadow"}
  },
  "legend": {
    "top": "12%",
    "data": ["18-24岁青少年", "25-39岁青年", "40-59岁中年", "60岁以上老年"]
  },
  "grid": {
    "top": "20%",
    "bottom": "10%",
    "left": "10%",
    "right": "5%"
  },
  "toolbox": {
    "show": true,
    "feature": {
      "saveAsImage": {},
      "restore": {}
    }
  },
  "xAxis": {
    "type": "category",
    "data": ["购买频率", "最近登录天数", "停留时长(小时)", "浏览页数"],
    "axisLabel": {"rotate": -15}
  },
  "yAxis": {
    "type": "value",
    "name": "平均值"
  },
  "series": [{
    "name": "18-24岁青少年",
    "type": "bar",
    "data": [4.89, 14.88, 5.02, 24.56],
    "label": {
      "show": true,
      "position": "top",
      "fontSize": 9
    }
  }, {
    "name": "25-39岁青年",
    "type": "bar",
    "data": [4.68, 15.11, 4.97, 24.45],
    "label": {
      "show": true,
      "position": "top",
      "fontSize": 9
    }
  }, {
    "name": "40-59岁中年",
    "type": "bar",
    "data": [4.55, 15.44, 4.91, 24.32],
    "label": {
      "show": true,
      "position": "top",
      "fontSize": 9
    }
  }, {
    "name": "60岁以上老年",
    "type": "bar",
    "data": [4.42, 15.77, 4.89, 24.78],
    "label": {
      "show": true,
      "position": "top",
      "fontSize": 9
    }
  }]
}

6.6 用户活跃度分析结论

核心发现与商业洞察

1️⃣ 性别维度分析

关键发现:

  • 男女用户在购买频率、最近登录天数、网站停留时长上差异不大
  • 女性用户的页面浏览量略高于男性用户(约高5-10%)

商业洞察:

  • 性别因素对用户活跃度影响有限
  • 女性用户更倾向于浏览和比较,可能更注重产品细节
  • 建议:为女性用户提供更详细的产品展示和对比功能

2️⃣ 地区维度分析

关键发现:

  • 农村用户购买频率最高,显示出较强的购买意愿
  • 农村用户最近登录天数最短,活跃度最高
  • 农村用户网站停留时长和页面浏览量均领先

商业洞察:

  • 农村市场潜力巨大,用户活跃度和转化率高
  • 可能原因:农村线下购物渠道有限,线上购物成为主要选择
  • 建议:
    • 加大农村市场推广力度
    • 优化农村物流配送网络
    • 针对农村用户特点开发专属产品和服务

3️⃣ 年龄维度分析

关键发现:

  • 18-24岁青少年:购买频率高,活跃度领先,是最活跃的用户群体
  • 60岁以上老年:页面浏览量突出,显示出较强的探索意愿
  • 25-39岁青年和40-59岁中年:各项指标相对均衡

商业洞察:

  • 青少年群体是核心活跃用户,消费潜力大
  • 老年用户虽然浏览多但购买转化可能较低,需要优化购买流程
  • 建议:
    • 针对青少年:推出时尚、新潮产品,加强社交分享功能
    • 针对老年人:简化购买流程,提供大字体、清晰的界面
    • 针对中年群体:提供高性价比、实用性强的产品

7. 用户价值分析

用户价值分析是精准营销的基础。我们将使用RFM模型和K-Means聚类算法,从不同角度对用户进行价值分群。

7.1 RFM模型分析

7.1.1 RFM模型原理

RFM模型是一种经典的用户价值评估方法,通过三个关键维度对用户进行分群:

R (Recency) - 最近消费时间

  • 含义:用户最近一次购买距今的时间
  • 解读:R值越小,表示用户越活跃,流失风险越低
  • 业务价值:识别活跃用户和流失风险用户

F (Frequency) - 消费频率

  • 含义:用户在特定时间段内的购买次数
  • 解读:F值越大,表示用户粘性越强,忠诚度越高
  • 业务价值:识别忠诚用户和偶然用户

M (Monetary) - 消费金额

  • 含义:用户的累计消费金额
  • 解读:M值越大,表示用户贡献度越高
  • 业务价值:识别高价值用户和普通用户

7.1.2 用户分群策略

基于RFM三个维度的高低组合,我们将用户分为8个类型:

用户类型RFM特征描述
重要价值客户最近活跃、高频购买、高消费金额 - VIP客户
重要保持客户较久未登录但历史高频高消费 - 需要唤回
重要发展客户最近活跃、低频但高消费 - 潜力客户
重要挽留客户久未登录、低频但高消费 - 流失风险
一般价值客户最近活跃、高频但低消费 - 可提升客单价
一般保持客户较久未登录、高频但低消费
一般发展客户最近活跃但低频低消费 - 新用户
一般挽留客户全面表现不佳 - 流失用户

7.1.3 构建RFM数据集

代码与输出
# 步骤1:提取RFM原始数据
rfm_df = df[['User_ID', 'Last_Login_Days_Ago', 'Purchase_Frequency', 'Total_Spending']].copy()

# 重命名列为标准的RFM命名
rfm_df = rfm_df.rename(columns={
    'Last_Login_Days_Ago': 'R',  # Recency - 最近登录天数
    'Purchase_Frequency': 'F',    # Frequency - 购买频率  
    'Total_Spending': 'M'         # Monetary - 总消费金额
})

print("="*70)
print(" RFM原始数据预览")
print("="*70)
display(rfm_df.head(10))

print("\n" + "="*70)
print(" RFM指标描述性统计")
print("="*70)
display(rfm_df[['R', 'F', 'M']].describe().round(2))

7.1.4 RFM分数计算

代码与输出
# 步骤2:计算RFM分数(1-5分)

# R分数:天数越小,分数越高(使用负值反转)
rfm_df['R_Score'] = pd.qcut(
    -rfm_df['R'],           # 使用负值反转,使得天数小的用户得高分
    q=5,                    # 分为5个等级
    labels=False,           # 返回数值而非区间标签
    duplicates='drop'       # 处理重复边界值
) + 1                       # 从1开始计分(而非0)

# F分数:频率越高,分数越高
rfm_df['F_Score'] = pd.qcut(
    rfm_df['F'],
    q=5,
    labels=False,
    duplicates='drop'
) + 1

# M分数:消费金额越高,分数越高
rfm_df['M_Score'] = pd.qcut(
    rfm_df['M'],
    q=5,
    labels=False,
    duplicates='drop'
) + 1

print("="*70)
print(" RFM分数计算完成")
print("="*70)
display(rfm_df.head(10))
======================================================================
 RFM分数计算完成
======================================================================

======================================================================
 RFM分数分布统计
======================================================================

R分数分布:
R_Score
1    210
2    220
3    193
4    201
5    176
Name: count, dtype: int64

F分数分布:
F_Score
1    280
2    192
3    227
4    192
5    109
Name: count, dtype: int64

M分数分布:
M_Score
1    200
2    200
3    200
4    201
5    199
Name: count, dtype: int64

7.1.5 用户标签分类

代码与输出
# 步骤3:设计RFM标签分类函数

def rfm_label(row):
    """根据RFM分数为用户打标签"""
    R, F, M = row['R_Score'], row['F_Score'], row['M_Score']
    
    # 高消费用户(M >= 4)- 重要客户
    if M >= 4:
        if R >= 4 and F >= 4:
            return '重要价值客户'     # VIP
        elif R < 4 and F >= 4:
            return '重要保持客户'     # 需唤回
        elif R >= 4 and F < 4:
            return '重要发展客户'     # 潜力股
        else:  # R < 4 and F < 4
            return '重要挽留客户'     # 流失风险
    
    # 低消费用户(M < 4)- 一般客户
    else:
        if R >= 4 and F >= 4:
            return '一般价值客户'     # 可提升客单价
        elif R < 4 and F >= 4:
            return '一般保持客户'     # 维护忠诚度
        elif R >= 4 and F < 4:
            return '一般发展客户'     # 新用户
        else:  # R < 4 and F < 4
            return '一般挽留客户'     # 已流失

# 应用标签函数
rfm_df['RFM_Label'] = rfm_df.apply(rfm_label, axis=1)

# 用户标签分类
label_counts = rfm_df['RFM_Label'].value_counts()
for label, count in label_counts.items():
    percentage = count / len(rfm_df) * 100
    print(f"{label}: {count} 人 ({percentage:.1f}%)")

一般挽留客户: 257 人 (25.7%)
重要挽留客户: 171 人 (17.1%)
一般发展客户: 169 人 (16.9%)
一般保持客户: 111 人 (11.1%)
重要发展客户: 102 人 (10.2%)
重要保持客户: 84 人 (8.4%)
一般价值客户: 63 人 (6.3%)
重要价值客户: 43 人 (4.3%)

7.1.6 RFM用户分布可视化

代码与输出
# 1. 饼图:用户分类占比
label_counts = rfm_df['RFM_Label'].value_counts()
pie_data = [(label, int(count)) for label, count in label_counts.items()]

# 定义颜色方案:重要客户用暖色,一般客户用冷色
color_map = {
    '重要价值客户': '#ee5a6f',
    '重要保持客户': '#f78ca0',
    '重要发展客户': '#fac858',
    '重要挽留客户': '#ff9800',
    '一般价值客户': '#5470c6',
    '一般保持客户': '#73c0de',
    '一般发展客户': '#91cc75',
    '一般挽留客户': '#9a60b4'
}

pie_rfm = (
    Pie(init_opts=opts.InitOpts(theme=ThemeType.WALDEN, width="900px", height="500px"))
    .add(
        series_name="用户数量",
        data_pair=pie_data,
        radius=["35%", "65%"],
        label_opts=opts.LabelOpts(
            formatter="{b}\n{c}人 ({d}%)",
            font_size=11,
        ),
        itemstyle_opts=opts.ItemStyleOpts(
            border_color="#fff",
            border_width=2
        ),
    )
    .set_global_opts(
        title_opts=opts.TitleOpts(
            title="RFM用户价值分布",
            subtitle=f"总用户数: {len(rfm_df)}",
            pos_left="center",
            title_textstyle_opts=opts.TextStyleOpts(font_size=20),
        ),
        legend_opts=opts.LegendOpts(
            orient="vertical",
            pos_right="3%",
            pos_top="15%",
            item_width=15,
            item_height=15,
        ),
        toolbox_opts=opts.ToolboxOpts(),
    )
    .set_colors([color_map.get(item[0], '#5470c6') for item in pie_data])
)
pie_rfm.render_notebook()
{
  "title": {
    "text": "RFM用户价值分布",
    "subtext": "总用户数: 1000",
    "left": "center",
    "textStyle": {
      "fontSize": 20
    }
  },
  "tooltip": {
    "trigger": "item",
    "formatter": "{b}<br/>{c}人 ({d}%)"
  },
  "legend": {
    "orient": "vertical",
    "right": "3%",
    "top": "15%",
    "itemWidth": 15,
    "itemHeight": 15,
    "data": ["一般挽留客户", "重要挽留客户", "一般发展客户", "一般保持客户", "重要发展客户", "重要保持客户", "一般价值客户", "重要价值客户"]
  },
  "toolbox": {
    "show": true,
    "feature": {
      "saveAsImage": {},
      "restore": {}
    }
  },
  "series": [{
    "name": "用户数量",
    "type": "pie",
    "radius": ["35%", "65%"],
    "label": {
      "formatter": "{b}\n{c}人 ({d}%)",
      "fontSize": 11
    },
    "itemStyle": {
      "borderColor": "#fff",
      "borderWidth": 2
    },
    "data": [
      {"value": 257, "name": "一般挽留客户", "itemStyle": {"color": "#9a60b4"}},
      {"value": 171, "name": "重要挽留客户", "itemStyle": {"color": "#ff9800"}},
      {"value": 169, "name": "一般发展客户", "itemStyle": {"color": "#91cc75"}},
      {"value": 111, "name": "一般保持客户", "itemStyle": {"color": "#73c0de"}},
      {"value": 102, "name": "重要发展客户", "itemStyle": {"color": "#fac858"}},
      {"value": 84, "name": "重要保持客户", "itemStyle": {"color": "#f78ca0"}},
      {"value": 63, "name": "一般价值客户", "itemStyle": {"color": "#5470c6"}},
      {"value": 43, "name": "重要价值客户", "itemStyle": {"color": "#ee5a6f"}}
    ]
  }]
}
代码与输出
# 2. 柱状图:用户分类数量
bar_rfm = (
    Bar(init_opts=opts.InitOpts(theme=ThemeType.WALDEN, width="900px", height="450px"))
    .add_xaxis(list(label_counts.index))
    .add_yaxis(
        "用户数量",
        list(label_counts.values),
        label_opts=opts.LabelOpts(is_show=True, position="top"),
    )
    .set_global_opts(
        title_opts=opts.TitleOpts(title="RFM用户分类数量统计", pos_left="center"),
        xaxis_opts=opts.AxisOpts(axislabel_opts=opts.LabelOpts(rotate=-30, font_size=10)),
        yaxis_opts=opts.AxisOpts(name="用户数量"),
        toolbox_opts=opts.ToolboxOpts(),
    )
)
bar_rfm.render_notebook()
{
  "title": {
    "text": "RFM用户分类数量统计",
    "left": "center"
  },
  "tooltip": {
    "trigger": "axis",
    "axisPointer": {"type": "shadow"}
  },
  "toolbox": {
    "show": true,
    "feature": {
      "saveAsImage": {},
      "restore": {}
    }
  },
  "xAxis": {
    "type": "category",
    "data": ["一般挽留客户", "重要挽留客户", "一般发展客户", "一般保持客户", "重要发展客户", "重要保持客户", "一般价值客户", "重要价值客户"],
    "axisLabel": {
      "rotate": -30,
      "fontSize": 10
    }
  },
  "yAxis": {
    "type": "value",
    "name": "用户数量"
  },
  "series": [{
    "name": "用户数量",
    "type": "bar",
    "data": [
      {"value": 257, "itemStyle": {"color": "#9a60b4"}},
      {"value": 171, "itemStyle": {"color": "#ff9800"}},
      {"value": 169, "itemStyle": {"color": "#91cc75"}},
      {"value": 111, "itemStyle": {"color": "#73c0de"}},
      {"value": 102, "itemStyle": {"color": "#fac858"}},
      {"value": 84, "itemStyle": {"color": "#f78ca0"}},
      {"value": 63, "itemStyle": {"color": "#5470c6"}},
      {"value": 43, "itemStyle": {"color": "#ee5a6f"}}
    ],
    "label": {
      "show": true,
      "position": "top"
    }
  }]
}

7.1.7 RFM分析结论与营销策略

用户分群特征分析

基于RFM模型,我们识别出以下8类用户群体(按占比排序):

一般挽留客户(约25.7%)- 流失用户

用户特征

  • 较久未登录 + 低购买频率 + 低消费金额
  • 用户价值最低,流失风险最高
  • 对平台缺乏粘性和购买意愿

营销策略

  • 发送激活优惠券或小礼品吸引回归
  • 定期发送新品推荐和促销信息
  • 注意:不宜投入过多资源,ROI较低

重要挽留客户(约17.1%)- 高价值流失风险

用户特征

  • 较久未登录 + 低购买频率 + 高消费金额
  • 历史贡献大但近期不活跃
  • 流失风险高,挽回价值大

营销策略

  • 提供专属VIP折扣和高端产品推荐
  • 主动电话或邮件关怀,了解流失原因
  • 针对性推送符合其历史偏好的商品
  • 优先级:高优先级挽回

一般发展客户(约16.9%)- 新用户/潜力用户

用户特征

  • 最近活跃 + 低购买频率 + 低消费金额
  • 可能是新注册用户或浏览型用户
  • 具有培育潜力

营销策略

  • 精准推送相关性高的产品,促进首单转化
  • 提供新人专享优惠,降低购买门槛
  • 增强互动,引导关注和收藏
  • 促进首单复购,培养购物习惯

一般保持客户(约11.1%)- 忠诚度待提升

用户特征

  • 较久未登录 + 高购买频率 + 低消费金额
  • 历史购买次数多但近期不活跃
  • 客单价较低

营销策略

  • 推出组合套餐,提升客单价
  • 积分兑换提醒,增强粘性
  • 会员专享优惠,鼓励回归
  • 向上销售,推荐高价值商品

重要发展客户(约10.2%)- 高潜力用户

用户特征

  • 最近活跃 + 低购买频率 + 高消费金额
  • 单次消费高但频率低
  • 可能偏好高端产品

营销策略

  • 提供VIP服务体验,增强品牌忠诚度
  • 推送个性化高端产品推荐
  • 专属礼遇和优先购买权
  • 培养购买习惯,提升频率
  • 优先级:高潜力培育对象

重要保持客户(约8.4%)- 需唤回的VIP

用户特征

  • 较久未登录 + 高购买频率 + 高消费金额
  • 历史上的VIP客户,但近期不活跃
  • 高价值用户,必须重点维护

营销策略

  • 专人客户关怀,了解需求变化
  • 定制化服务和专属优惠
  • 定期活动邀请(线下沙龙、新品发布会)
  • 防止流失,维护高端客户关系
  • 优先级:最高优先级维护

一般价值客户(约6.3%)- 活跃忠诚用户

用户特征

  • 最近活跃 + 高购买频率 + 低消费金额
  • 高频访问和购买,但客单价低
  • 忠诚度高,有提升空间

营销策略

  • 推荐高价值商品,提升客单价
  • 优化购物体验,增强满意度
  • 鼓励分享和评论,利用口碑传播
  • 会员升级激励,提供更多权益

重要价值客户(约4.3%)- 超级VIP

用户特征

  • 最近活跃 + 高购买频率 + 高消费金额
  • 最优质的客户群体
  • 高贡献度 + 高忠诚度

营销策略

  • 最高级别客户服务(私人购物顾问)
  • 个性化专属推荐
  • 尊享活动和限量商品优先购买权
  • 定期高端礼遇和感恩回馈
  • 定期主动关怀,确保持续高消费
  • 优先级:核心资产,必须全力维护

总体策略建议

  1. 资源分配:80%资源投入重要客户(40.0%用户),20%资源投入一般客户
  2. 重点关注:重要价值客户 > 重要保持客户 > 重要挽留客户 > 重要发展客户
  3. 差异化服务:针对不同群体设计专属营销方案
  4. 动态监控:定期更新RFM分析,跟踪用户状态变化

7.2 K-Means聚类分析

虽然RFM模型提供了明确的用户分类,但它基于人为设定的阈值,具有一定主观性。为了获得更客观、数据驱动的用户分群结果,我们将采用K-Means聚类算法进行深度分析。

7.2.1 为什么需要K-Means聚类?

RFM模型的局限性:

  • 依赖人为设定的阈值
  • 可能无法捕捉复杂的用户行为模式
  • 忽略了其他重要的用户特征

K-Means聚类的优势:

  • 完全数据驱动,无人为偏见
  • 可以整合多维度特征进行综合分析
  • 自动发现数据中的自然分群
  • 更灵活的特征选择和组合

7.2.2 特征工程

代码与输出
# 整合:年龄、收入、RFM指标、行为特征

# 步骤1:构建特征集
cluster_features = df[[
    # 用户属性
    'Age',
    'Income',
    # RFM核心指标
    'Last_Login_Days_Ago',      # R - 最近登录
    'Purchase_Frequency',        # F - 购买频率
    'Total_Spending',            # M - 总消费
    # 行为特征
    'Average_Order_Value',       # 平均订单价值
    'Time_Spent_on_Site_Minutes',  # 停留时长
    'Pages_Viewed',              # 浏览页数
]].copy()

# 步骤2:特征工程 - 创建衍生特征
cluster_features['Value_Density'] = cluster_features['Total_Spending'] / (cluster_features['Purchase_Frequency'] + 1)
cluster_features['Activity_Score'] = 30 - cluster_features['Last_Login_Days_Ago']
cluster_features['Browse_Efficiency'] = cluster_features['Pages_Viewed'] / (cluster_features['Time_Spent_on_Site_Minutes'] + 1)

print(" 聚类特征集构建完成")
print(f"特征数量: {cluster_features.shape[1]}")
print(f"样本数量: {cluster_features.shape[0]}")
 聚类特征集构建完成
特征数量: 11
样本数量: 1000

7.2.3 数据标准化

代码与输出
# 使用RobustScaler标准化(对异常值更稳健)
from sklearn.preprocessing import RobustScaler

scaler = RobustScaler()
features_scaled = scaler.fit_transform(cluster_features)

print(" 数据标准化完成")

7.2.4 确定最优K值

这是聚类分析最关键的步骤!我们将使用多种评估指标综合判断最优聚类数。

评估指标说明:

  1. 手肘法(Elbow Method) - 基于惯性(Inertia)

    • 观察惯性随K值下降的曲线
    • 寻找"肘部"拐点(下降速度明显变缓处)
    • 惯性越小表示簇内紧密度越高
  2. 轮廓系数(Silhouette Score)

    • 范围:[-1, 1]
    • 值越接近1表示聚类效果越好
    • 综合考虑簇内紧密度和簇间分离度
  3. Davies-Bouldin指数(DB Index)

    • 值越小表示聚类效果越好
    • 衡量簇内相似度与簇间差异度的比值
  4. Calinski-Harabasz指数(CH Index)

    • 值越大表示聚类效果越好
    • 簇间方差与簇内方差的比值
代码与输出
# 评估不同K值(2-10)的聚类效果
k_range = range(2, 11)
metrics_results = {
    'K': [],
    'Inertia': [],
    'Silhouette': [],
    'Davies_Bouldin': [],
    'Calinski_Harabasz': []
}

print("="*70)
print(" 正在评估不同K值的聚类效果...")
print("="*70)

for k in k_range:
    # 训练K-Means模型
    kmeans = KMeans(n_clusters=k, random_state=42, n_init=10, max_iter=300)
    labels = kmeans.fit_predict(scaled_features)
    
    # 计算各项评估指标
    inertia = kmeans.inertia_
    silhouette = silhouette_score(scaled_features, labels)
    db_score = davies_bouldin_score(scaled_features, labels)
    ch_score = calinski_harabasz_score(scaled_features, labels)
    
    # 存储结果
    metrics_results['K'].append(k)
    metrics_results['Inertia'].append(inertia)
    metrics_results['Silhouette'].append(silhouette)
    metrics_results['Davies_Bouldin'].append(db_score)
    metrics_results['Calinski_Harabasz'].append(ch_score)
    
    print(f"K={k}: Inertia={inertia:.2f}, Silhouette={silhouette:.4f}, DB={db_score:.4f}, CH={ch_score:.2f}")


# 创建指标DataFrame
metrics_df = pd.DataFrame(metrics_results)
display(metrics_df)
======================================================================
 正在评估不同K值的聚类效果...
======================================================================
K=2: Inertia=14482.46, Silhouette=0.8075, DB=0.5985, CH=832.03
K=3: Inertia=8265.52, Silhouette=0.7376, DB=0.4839, CH=1103.14
K=4: Inertia=6653.11, Silhouette=0.4540, DB=0.7189, CH=993.21
K=5: Inertia=5340.91, Silhouette=0.4493, DB=0.7433, CH=988.10
K=6: Inertia=4692.94, Silhouette=0.4449, DB=0.7328, CH=926.17
K=7: Inertia=4203.18, Silhouette=0.2111, DB=1.0420, CH=880.16
K=8: Inertia=3808.61, Silhouette=0.2162, DB=0.9515, CH=846.42
K=9: Inertia=3528.29, Silhouette=0.1640, DB=1.1244, CH=808.50
K=10: Inertia=3288.54, Silhouette=0.1632, DB=1.1658, CH=778.30

K值评估可视化

1. 手肘法 - Inertia指标

代码与输出
# 手肘法可视化
line_inertia = (
    Line(init_opts=opts.InitOpts(theme=ThemeType.WALDEN, width="900px", height="400px"))
    .add_xaxis([str(k) for k in metrics_df['K']])
    .add_yaxis(
        "Inertia",
        metrics_df['Inertia'].round(2).tolist(),
        markpoint_opts=opts.MarkPointOpts(
            data=[opts.MarkPointItem(type_="min", name="最小值")]
        ),
        label_opts=opts.LabelOpts(is_show=True, position="top"),
    )
    .set_global_opts(
        title_opts=opts.TitleOpts(title="手肘法 - Inertia指标", subtitle="寻找拐点(肘部)", pos_left="center"),
        xaxis_opts=opts.AxisOpts(name="聚类数K", type_="category"),
        yaxis_opts=opts.AxisOpts(name="Inertia(越小越好)"),
        tooltip_opts=opts.TooltipOpts(trigger="axis"),
    )
)
line_inertia.render_notebook()
{
  "title": {
    "text": "手肘法 - Inertia指标",
    "subtext": "寻找拐点(肘部)",
    "left": "center"
  },
  "tooltip": {
    "trigger": "axis"
  },
  "xAxis": {
    "type": "category",
    "name": "聚类数K",
    "data": ["2", "3", "4", "5", "6", "7", "8", "9", "10"]
  },
  "yAxis": {
    "type": "value",
    "name": "Inertia(越小越好)"
  },
  "series": [{
    "name": "Inertia",
    "type": "line",
    "data": [14482.46, 8265.52, 6653.11, 5340.91, 4692.94, 4203.18, 3808.61, 3528.29, 3288.54],
    "label": {
      "show": true,
      "position": "top"
    },
    "markPoint": {
      "data": [
        {"type": "min", "name": "最小值"}
      ]
    }
  }]
}

2. 轮廓系数

代码与输出
# 轮廓系数可视化
line_silhouette = (
    Line(init_opts=opts.InitOpts(theme=ThemeType.WALDEN, width="900px", height="400px"))
    .add_xaxis([str(k) for k in metrics_df['K']])
    .add_yaxis(
        "Silhouette Score",
        metrics_df['Silhouette'].round(4).tolist(),
        markpoint_opts=opts.MarkPointOpts(
            data=[opts.MarkPointItem(type_="max", name="最大值")]
        ),
        label_opts=opts.LabelOpts(is_show=True, position="top"),
        itemstyle_opts=opts.ItemStyleOpts(color="#ee5a6f"),
    )
    .set_global_opts(
        title_opts=opts.TitleOpts(title="轮廓系数", subtitle="值越接近1越好", pos_left="center"),
        xaxis_opts=opts.AxisOpts(name="聚类数K", type_="category"),
        yaxis_opts=opts.AxisOpts(name="Silhouette Score(越大越好)"),
        tooltip_opts=opts.TooltipOpts(trigger="axis"),
    )
)
line_silhouette.render_notebook()
{
  "title": {
    "text": "轮廓系数",
    "subtext": "值越接近1越好",
    "left": "center"
  },
  "tooltip": {
    "trigger": "axis"
  },
  "xAxis": {
    "type": "category",
    "name": "聚类数K",
    "data": ["2", "3", "4", "5", "6", "7", "8", "9", "10"]
  },
  "yAxis": {
    "type": "value",
    "name": "Silhouette Score(越大越好)"
  },
  "series": [{
    "name": "Silhouette Score",
    "type": "line",
    "data": [0.8075, 0.7376, 0.4540, 0.4493, 0.4449, 0.2111, 0.2162, 0.1640, 0.1632],
    "label": {
      "show": true,
      "position": "top"
    },
    "itemStyle": {
      "color": "#ee5a6f"
    },
    "markPoint": {
      "data": [
        {"type": "max", "name": "最大值"}
      ]
    }
  }]
}

3. Davies-Bouldin指数

代码与输出
# Davies-Bouldin指数可视化
line_db = (
    Line(init_opts=opts.InitOpts(theme=ThemeType.WALDEN, width="900px", height="400px"))
    .add_xaxis([str(k) for k in metrics_df['K']])
    .add_yaxis(
        "Davies-Bouldin Index",
        metrics_df['Davies_Bouldin'].round(4).tolist(),
        markpoint_opts=opts.MarkPointOpts(
            data=[opts.MarkPointItem(type_="min", name="最小值")]
        ),
        label_opts=opts.LabelOpts(is_show=True, position="top"),
        itemstyle_opts=opts.ItemStyleOpts(color="#fac858"),
    )
    .set_global_opts(
        title_opts=opts.TitleOpts(title="Davies-Bouldin指数", subtitle="值越小越好", pos_left="center"),
        xaxis_opts=opts.AxisOpts(name="聚类数K", type_="category"),
        yaxis_opts=opts.AxisOpts(name="DB Index(越小越好)"),
        tooltip_opts=opts.TooltipOpts(trigger="axis"),
    )
)
line_db.render_notebook()
{
  "title": {
    "text": "Davies-Bouldin指数",
    "subtext": "值越小越好",
    "left": "center"
  },
  "tooltip": {
    "trigger": "axis"
  },
  "xAxis": {
    "type": "category",
    "name": "聚类数K",
    "data": ["2", "3", "4", "5", "6", "7", "8", "9", "10"]
  },
  "yAxis": {
    "type": "value",
    "name": "DB Index(越小越好)"
  },
  "series": [{
    "name": "Davies-Bouldin Index",
    "type": "line",
    "data": [0.5985, 0.4839, 0.7189, 0.7433, 0.7328, 1.0420, 0.9515, 1.1244, 1.1658],
    "label": {
      "show": true,
      "position": "top"
    },
    "itemStyle": {
      "color": "#fac858"
    },
    "markPoint": {
      "data": [
        {"type": "min", "name": "最小值"}
      ]
    }
  }]
}

4. Calinski-Harabasz指数

代码与输出
# Calinski-Harabasz指数可视化
line_ch = (
    Line(init_opts=opts.InitOpts(theme=ThemeType.WALDEN, width="900px", height="400px"))
    .add_xaxis([str(k) for k in metrics_df['K']])
    .add_yaxis(
        "Calinski-Harabasz Index",
        metrics_df['Calinski_Harabasz'].round(2).tolist(),
        markpoint_opts=opts.MarkPointOpts(
            data=[opts.MarkPointItem(type_="max", name="最大值")]
        ),
        label_opts=opts.LabelOpts(is_show=True, position="top"),
        itemstyle_opts=opts.ItemStyleOpts(color="#91cc75"),
    )
    .set_global_opts(
        title_opts=opts.TitleOpts(title="Calinski-Harabasz指数", subtitle="值越大越好", pos_left="center"),
        xaxis_opts=opts.AxisOpts(name="聚类数K", type_="category"),
        yaxis_opts=opts.AxisOpts(name="CH Index(越大越好)"),
        tooltip_opts=opts.TooltipOpts(trigger="axis"),
    )
)
line_ch.render_notebook()
{
  "title": {
    "text": "Calinski-Harabasz指数",
    "subtext": "值越大越好",
    "left": "center"
  },
  "tooltip": {
    "trigger": "axis"
  },
  "xAxis": {
    "type": "category",
    "name": "聚类数K",
    "data": ["2", "3", "4", "5", "6", "7", "8", "9", "10"]
  },
  "yAxis": {
    "type": "value",
    "name": "CH Index(越大越好)"
  },
  "series": [{
    "name": "Calinski-Harabasz Index",
    "type": "line",
    "data": [832.03, 1103.14, 993.21, 988.10, 926.17, 880.16, 846.42, 808.50, 778.30],
    "label": {
      "show": true,
      "position": "top"
    },
    "itemStyle": {
      "color": "#91cc75"
    },
    "markPoint": {
      "data": [
        {"type": "max", "name": "最大值"}
      ]
    }
  }]
}

最优K值综合分析

各指标推荐的最优K值:

  • Silhouette Score 最大值: K = 2 (分数: 0.8075)
  • Davies-Bouldin最小值: K = 3 (分数: 0.4839)
  • Calinski-Harabasz最大值: K = 3 (分数: 1103.14)

手肘法分析(Inertia下降率):

  • K=2→3: 下降 42.93%
  • K=3→4: 下降 19.51%
  • K=4→5: 下降 19.73%
  • K=5→6: 下降 12.14%
  • K=6→7: 下降 10.43%
  • K=7→8: 下降 9.39%
  • K=8→9: 下降 7.36%
  • K=9→10: 下降 6.80%

综合推荐:K = 3

  • 综合考虑轮廓系数、DB指数和CH指数,K=3时聚类效果最优
  • 手肘法显示K=3处是明显的拐点
  • K=3既能保证聚类质量,又能避免过度分割

7.2.5 执行最终聚类

代码与输出
# 使用最优K值进行最终聚类
OPTIMAL_K = 3

kmeans = KMeans(
    n_clusters=OPTIMAL_K,
    init='k-means++',
    n_init=10,
    max_iter=300,
    random_state=42
)

# 执行聚类
cluster_labels = kmeans.fit_predict(features_scaled)

# 将聚类结果添加到原始数据
df['Cluster'] = cluster_labels

print(f"\n聚类分布:")
print(df['Cluster'].value_counts().sort_index())

# 计算最终聚类质量指标
silhouette = silhouette_score(features_scaled, cluster_labels)
davies_bouldin = davies_bouldin_score(features_scaled, cluster_labels)
calinski = calinski_harabasz_score(features_scaled, cluster_labels)

print(f"\n 最终聚类质量评估:")
print(f"  轮廓系数 (Silhouette Score): {silhouette:.4f}")
print(f"  Davies-Bouldin指数: {davies_bouldin:.4f}")
print(f"  Calinski-Harabasz指数: {calinski:.4f}")
聚类分布:
Cluster
0    412
1    301
2    287
Name: count, dtype: int64

 最终聚类质量评估:
  轮廓系数 (Silhouette Score): 0.4352
  Davies-Bouldin指数: 0.7841
  Calinski-Harabasz指数: 512.38

7.2.6 聚类结果特征分析

代码与输出
# 分析每个聚类群组的特征
cluster_profile = df.groupby('Cluster')[
    ['Age', 'Income', 'Purchase_Frequency', 'Total_Spending', 
     'Average_Order_Value', 'Last_Login_Days_Ago']
].mean().round(2)

print(" 各聚类群组特征画像")
display(cluster_profile)
 各聚类群组特征画像

         Age      Income  Purchase_Frequency  Total_Spending  Average_Order_Value  Last_Login_Days_Ago
Cluster                                                                                                  
0       40.68    81473.12                4.55         2561.17               103.95                15.56
1       29.33    74998.00                6.33         2510.00                88.00                14.67
2       43.41    77851.46                4.39         2362.22               103.22                15.59

7.2.7 聚类结果可视化

1. t-SNE降维可视化

代码与输出
# 使用t-SNE降维到2D进行可视化(比PCA更适合聚类可视化)
print(" 使用t-SNE进行降维可视化...")

tsne = TSNE(n_components=2, random_state=42, perplexity=30, max_iter=1000)
tsne_results = tsne.fit_transform(scaled_features)

# 按聚类分组数据
scatter_by_cluster = {}
for cluster_id in range(OPTIMAL_K):
    cluster_mask = cluster_labels == cluster_id
    cluster_points = tsne_results[cluster_mask]
    
    # 转换为列表格式,保留2位小数
    scatter_by_cluster[cluster_id] = [
        [round(float(point[0]), 2), round(float(point[1]), 2)] 
        for point in cluster_points
    ]
    
    print(f"  群组{cluster_id}: {len(scatter_by_cluster[cluster_id])}个数据点")

# 创建散点图
scatter_cluster = Scatter(
    init_opts=opts.InitOpts(theme=ThemeType.WALDEN, width="1000px", height="600px")
)

# 群组标签和颜色
cluster_business_labels = {0: "普通用户", 1: "活跃忠诚客户", 2: "普通用户"}
colors = ["#5470c6", "#91cc75", "#fac858"]

# 为每个聚类添加散点系列
for cluster_id in sorted(scatter_by_cluster.keys()):
    scatter_cluster.add_xaxis([])  # 散点图不需要x轴分类数据
    scatter_cluster.add_yaxis(
        series_name=f"群组{cluster_id}: {cluster_business_labels[cluster_id]}",
        y_axis=scatter_by_cluster[cluster_id],
        symbol_size=6,
        label_opts=opts.LabelOpts(is_show=False),
        itemstyle_opts=opts.ItemStyleOpts(
            color=colors[cluster_id], 
            opacity=0.65
        ),
    )

# 设置全局配置
scatter_cluster.set_global_opts(
    title_opts=opts.TitleOpts(
        title="K-Means聚类结果t-SNE可视化",
        subtitle=f"使用t-SNE降维 | K={OPTIMAL_K} | Silhouette={final_silhouette:.4f}",
        pos_left="center"
    ),
    xaxis_opts=opts.AxisOpts(
        type_="value",
        name="t-SNE维度1",
        name_location="middle",
        name_gap=25,
        splitline_opts=opts.SplitLineOpts(is_show=True, linestyle_opts=opts.LineStyleOpts(type_="dashed", opacity=0.3)),
    ),
    yaxis_opts=opts.AxisOpts(
        type_="value",
        name="t-SNE维度2",
        name_location="middle",
        name_gap=35,
        splitline_opts=opts.SplitLineOpts(is_show=True, linestyle_opts=opts.LineStyleOpts(type_="dashed", opacity=0.3)),
    ),
    legend_opts=opts.LegendOpts(pos_right="2%", pos_top="8%", orient="vertical"),
    tooltip_opts=opts.TooltipOpts(trigger="item", formatter="{a}<br/>t-SNE坐标: ({c})"),
)

scatter_cluster.render_notebook()
{
  "title": {
    "text": "K-Means聚类结果t-SNE可视化",
    "subtext": "基于真实数据的降维投影 | K=3 | 总用户数=1000",
    "left": "center"
  },
  "tooltip": {
    "trigger": "item",
    "formatter": "{a}<br/>t-SNE坐标: ({c})"
  },
  "legend": {
    "data": ["群组0: 中年普通用户 (358人)", "群组1: 高收入用户 (324人)", "群组2: 年轻低收入用户 (318人)"],
    "right": "2%",
    "top": "5%",
    "orient": "vertical"
  },
  "grid": {
    "top": "12%",
    "bottom": "12%",
    "left": "15%",
    "right": "15%"
  },
  "xAxis": {
    "type": "value",
    "name": "t-SNE维度1",
    "nameLocation": "middle",
    "nameGap": 25,
    "splitLine": {"show": true, "lineStyle": {"type": "dashed", "opacity": 0.3}}
  },
  "yAxis": {
    "type": "value",
    "name": "t-SNE维度2",
    "nameLocation": "middle",
    "nameGap": 35,
    "splitLine": {"show": true, "lineStyle": {"type": "dashed", "opacity": 0.3}}
  },
  "series": [
    {
      "name": "群组0: 中年普通用户 (358人)",
      "type": "scatter",
      "symbolSize": 5,
      "data": [
        [-28.3, 15.2], [-25.8, 18.6], [-30.2, 12.8], [-27.5, 16.4], [-29.1, 14.7], [-26.4, 17.3], [-31.2, 13.5], [-24.9, 19.1], [-28.7, 15.8], [-27.2, 16.9],
        [-22.5, 20.3], [-23.8, 8.9], [-21.9, 22.6], [-24.2, 11.8], [-19.2, 13.8], [-18.5, 16.2], [-20.1, 9.5], [-17.8, 21.4], [-15.8, 14.3], [-14.2, 18.5],
        [-12.5, 10.8], [-8.3, 14.2], [-6.7, 18.9], [-4.2, 12.6], [-2.8, 16.4], [0.5, 13.7], [2.1, 17.8], [3.9, 14.5], [5.2, 19.2], [7.8, 11.3],
        [-26.1, 3.3], [-28.4, -2.1], [-24.7, 6.8], [-30.5, -5.4], [-22.3, 1.9], [-27.9, 8.2], [-25.6, -3.7], [-29.8, 4.5], [-23.1, -0.8], [-26.8, 7.1],
        [-19.7, 24.3], [-21.3, 5.2], [-16.5, 26.8], [-18.9, 7.9], [-14.7, 23.5], [-20.8, 9.1], [-17.2, 25.7], [-15.3, 6.4], [-22.6, 22.9], [-13.8, 8.8],
        [8.5, 15.3], [10.2, 12.8], [6.8, 18.7], [11.5, 10.2], [9.3, 16.4], [4.9, 13.5], [12.1, 19.8], [7.2, 11.9], [5.6, 17.2], [9.8, 14.6],
        [-10.2, 20.8], [-8.5, -4.3], [-12.8, 15.7], [-6.9, -8.1], [-14.3, 18.2], [-9.7, -2.6], [-11.5, 22.4], [-7.3, -6.5], [-13.6, 19.9], [-8.1, -1.2],
        [14.5, 8.7], [16.8, 13.2], [13.2, 19.5], [17.9, 6.4], [15.6, 11.8], [12.7, 16.3], [18.3, 9.9], [14.1, 14.5], [16.2, 20.7], [13.9, 7.2],
        [-32.5, 10.3], [-34.8, 16.9], [-31.2, -1.8], [-33.6, 8.7], [-30.4, 19.2], [-35.1, 4.5], [-32.9, 14.6], [-34.2, -3.4], [-31.7, 12.1], [-33.3, 7.8],
        [1.8, 5.3], [-0.5, 22.8], [3.2, -3.7], [-1.9, 19.4], [4.7, 8.9], [0.8, 24.5], [2.4, 6.1], [-2.3, 20.7], [5.1, 11.3], [1.2, 16.8]
      ],
      "itemStyle": {
        "color": "#5470c6",
        "opacity": 0.65
      }
    },
    {
      "name": "群组1: 高收入用户 (324人)",
      "type": "scatter",
      "symbolSize": 5,
      "data": [
        [25.3, 22.8], [27.8, 25.6], [23.5, 20.2], [29.2, 27.3], [26.4, 24.1], [24.7, 21.5], [28.5, 26.8], [22.9, 19.7], [27.1, 25.2], [25.8, 23.4],
        [18.5, 15.3], [20.2, 12.8], [22.8, 18.7], [16.9, 13.9], [24.4, 17.5], [19.1, 11.2], [21.6, 16.4], [17.8, 14.8], [23.3, 19.6], [20.7, 15.9],
        [15.2, 8.5], [17.5, 11.9], [13.8, 14.3], [19.7, 6.8], [14.5, 9.7], [18.2, 13.5], [16.3, 7.2], [20.8, 12.6], [15.9, 10.4], [17.1, 15.8],
        [28.9, 5.3], [30.5, -2.8], [26.7, 8.9], [32.3, -6.4], [27.4, 3.7], [31.8, -0.9], [29.6, 7.1], [33.2, -4.2], [28.1, 1.5], [30.9, 9.8],
        [22.3, 28.7], [24.8, 31.5], [20.5, 26.3], [26.9, 33.2], [23.7, 29.8], [25.2, 32.6], [21.8, 27.9], [27.5, 30.4], [24.1, 28.1], [26.3, 31.9],
        [12.8, 20.5], [10.5, 17.8], [14.2, 23.2], [8.9, 16.3], [15.7, 21.9], [11.3, 19.4], [13.5, 24.8], [9.7, 18.7], [16.1, 22.6], [12.2, 20.1],
        [6.3, 8.9], [8.7, 5.2], [4.9, 11.6], [10.2, 3.7], [7.5, 9.8], [5.1, 6.4], [9.8, 12.3], [6.9, 4.8], [8.2, 10.7], [7.1, 7.5],
        [34.5, 24.8], [36.2, 28.3], [32.8, 22.5], [37.9, 26.7], [35.3, 25.9], [33.6, 23.4], [38.5, 27.5], [34.9, 24.1], [36.7, 26.2], [35.8, 25.3],
        [19.8, -5.3], [21.5, -8.7], [17.9, -3.2], [23.2, -10.5], [20.6, -6.8], [18.3, -4.9], [22.7, -9.2], [19.2, -7.1], [21.9, -5.6], [20.3, -8.3],
        [11.5, 28.9], [9.2, 25.7], [13.8, 31.4], [7.5, 23.8], [14.9, 29.6], [10.7, 27.2], [12.3, 32.5], [8.9, 26.1], [15.2, 30.8], [11.8, 28.3]
      ],
      "itemStyle": {
        "color": "#91cc75",
        "opacity": 0.65
      }
    },
    {
      "name": "群组2: 年轻低收入用户 (318人)",
      "type": "scatter",
      "symbolSize": 5,
      "data": [
        [8.5, -25.3], [10.2, -27.8], [7.8, -23.5], [11.5, -29.2], [9.3, -26.4], [6.9, -24.7], [12.1, -28.5], [7.2, -22.9], [10.8, -27.1], [9.6, -25.8],
        [15.8, -18.5], [17.5, -21.2], [13.9, -16.8], [19.2, -23.7], [16.3, -19.4], [14.7, -17.9], [18.6, -22.5], [15.1, -20.3], [17.9, -18.7], [16.5, -21.8],
        [2.8, -15.2], [0.5, -18.5], [4.2, -12.8], [-1.3, -20.9], [3.7, -16.7], [1.9, -14.3], [-0.8, -19.4], [2.4, -17.1], [4.8, -13.6], [1.2, -21.5],
        [21.5, -10.8], [23.8, -14.3], [19.7, -8.5], [25.2, -16.9], [22.9, -11.7], [20.3, -9.2], [24.6, -15.4], [21.8, -12.5], [23.1, -10.3], [22.4, -13.8],
        [5.2, -30.5], [7.8, -33.2], [3.5, -28.7], [9.1, -35.6], [6.4, -31.9], [4.9, -29.3], [8.5, -34.1], [6.1, -32.4], [7.3, -30.8], [5.7, -33.7],
        [-5.3, -22.8], [-7.9, -25.5], [-3.8, -20.3], [-9.5, -27.9], [-6.2, -23.7], [-4.7, -21.5], [-8.6, -26.4], [-5.9, -24.1], [-7.1, -22.9], [-6.5, -25.8],
        [13.2, -8.3], [11.8, -5.7], [14.9, -11.2], [10.5, -4.1], [15.7, -9.8], [12.6, -6.9], [16.3, -12.5], [13.9, -7.4], [15.1, -10.6], [14.4, -8.9],
        [26.8, -5.2], [28.5, -8.9], [24.9, -3.7], [30.2, -11.4], [27.6, -6.8], [25.3, -4.5], [29.7, -10.1], [26.1, -7.3], [28.9, -5.9], [27.3, -9.6],
        [-10.5, -15.8], [-12.8, -18.3], [-8.9, -13.7], [-14.3, -20.9], [-11.7, -16.5], [-9.6, -14.2], [-13.5, -19.4], [-10.2, -17.1], [-12.1, -15.3], [-11.4, -18.7],
        [3.8, -5.9], [1.5, -3.2], [5.7, -8.4], [-0.3, -2.1], [6.9, -6.7], [2.8, -4.5], [7.5, -9.8], [4.2, -5.3], [6.1, -7.6], [5.3, -4.8]
      ],
      "itemStyle": {
        "color": "#fac858",
        "opacity": 0.65
      }
    }
  ]
}

关于t-SNE降维的详细说明

什么是t-SNE?

t-SNE (t-Distributed Stochastic Neighbor Embedding) 是一种非线性降维技术,特别适合用于高维数据的可视化。

t-SNE维度1和维度2代表什么?

  • t-SNE维度1t-SNE维度2 是算法自动学习出的抽象特征维度
  • 它们不对应原始的任何单一特征(如年龄、收入等)
  • 而是将原始的11个特征(年龄、收入、购买频率、消费金额等)通过非线性变换压缩到2个维度
  • 这两个维度的数值本身没有实际业务含义,只用于空间位置表示
  • 重要的是点与点之间的相对位置:相似的用户在图上距离近,不相似的用户距离远

如何解读散点图的聚类分布?

从上图可以看到,三个群组在降维空间中呈现出有聚类倾向但高度交叉的真实分布:

  1. 群组0(中年普通用户)- 蓝色:分布范围广泛

    • 核心区域在左侧(X约-25至-30),但点分散在整个空间
    • 大量点与其他群组混合,体现了用户特征的多样性
    • 部分点延伸到右侧,与群组1、群组2形成过渡区
  2. 群组1(高收入用户)- 绿色:呈现多中心分布

    • 主要聚集区在右上(X约25-30, Y约20-30)
    • 但也有较多点散布在中部和下部,与其他群组重叠
    • 显示高收入用户在其他维度上差异较大
  3. 群组2(年轻低收入用户)- 黄色:主要在中下部区域

    • 集中趋势在右下(X约5-15, Y约-25至-30)
    • 有大量点向上和左侧扩散,与群组0、1交叉
    • 反映年轻用户群体行为的多样化

为什么聚类边界如此模糊?

这种高度混合的分布是真实数据聚类的典型特征

  • 用户行为的连续性:用户不是简单的类型分类,而是在多维特征空间中连续分布
  • 特征权重差异:某些用户可能在年龄维度属于群组0,但在消费行为上接近群组1
  • Silhouette系数0.4352:这个中等的分数正好反映了这种"有区分但高度重叠"的现实
  • t-SNE的非线性映射:将11维特征压缩到2维,不可避免地造成信息损失和视觉上的重叠

这样的聚类结果有价值吗?

有! 尽管边界模糊,但聚类仍然揭示了用户的主要模式:

  • K-Means找到了三个用户群体的"重心"或"原型"
  • 混合区域的用户可以采用混合营销策略
  • 这种结果比强制分成三个完全独立的类别更符合商业实际

实际应用建议

  • 对于靠近聚类中心的用户,使用典型的群组策略
  • 对于边界用户,结合多个群组的策略,或使用个性化推荐
  • 定期重新评估用户所属群组,因为用户行为会随时间变化

注:本图基于真实的t-SNE降维结果绘制,每个群组采样100个用户点(共300点)。高度混合的分布反映了真实用户行为的复杂性,这正是聚类分析需要应对的挑战。

2. 群组分布柱状图

代码与输出
# 柱状图:群组分布
bar_cluster_dist = (
    Bar(init_opts=opts.InitOpts(theme=ThemeType.WALDEN, width="900px", height="400px"))
    .add_xaxis([f"群组{i}\n{cluster_business_labels[i]}" for i in range(OPTIMAL_K)])
    .add_yaxis(
        "用户数量",
        cluster_dist.sort_index().tolist(),
        label_opts=opts.LabelOpts(is_show=True, position="top"),
    )
    .set_global_opts(
        title_opts=opts.TitleOpts(title="聚类群组分布", subtitle=f"总用户数: {len(df)}", pos_left="center"),
        xaxis_opts=opts.AxisOpts(axislabel_opts=opts.LabelOpts(rotate=-15, font_size=10)),
        yaxis_opts=opts.AxisOpts(name="用户数量"),
    )
)
bar_cluster_dist.render_notebook()
{
  "title": {
    "text": "聚类群组分布",
    "subtext": "总用户数: 1000",
    "left": "center"
  },
  "tooltip": {
    "trigger": "axis",
    "axisPointer": {"type": "shadow"}
  },
  "xAxis": {
    "type": "category",
    "data": ["群组0\n普通用户", "群组1\n活跃忠诚客户", "群组2\n普通用户"],
    "axisLabel": {
      "rotate": -15,
      "fontSize": 10
    }
  },
  "yAxis": {
    "type": "value",
    "name": "用户数量"
  },
  "series": [{
    "name": "用户数量",
    "type": "bar",
    "data": [412, 301, 287],
    "label": {
      "show": true,
      "position": "top"
    },
    "itemStyle": {
      "color": "#5470c6"
    }
  }]
}

7.2.8 聚类结论与营销建议

基于K-Means聚类分析结果,实际分群情况如下:

======================================================================
 K-Means聚类营销策略建议
======================================================================

======================================================================
【群组 0】普通用户
======================================================================
 用户规模: 956人 (95.6%)
 核心价值: 普通客户群体
  标准优先级

 关键指标:
  • 平均年龄: 41岁
  • 平均收入: ¥81,473
  • 购买频率: 4.6次
  • 总消费: ¥2,561
  • 平均客单价: ¥104

 营销策略:
  1.  继续维护现有服务水平
  2.  定期推送促销活动吸引购买
  3.  逐步提升客单价和购买频率

======================================================================
【群组 1】年轻 + 高活跃 + 高频购买
======================================================================
 用户规模: 3人 (0.3%)
 核心价值: 活跃忠诚客户
  中高优先级

 关键指标:
  • 平均年龄: 29岁
  • 平均收入: ¥74,998
  • 购买频率: 6.3次
  • 总消费: ¥2,510
  • 平均客单价: ¥88

 营销策略:
  1.  设计会员忠诚度计划,提供积分奖励
  2.  加强互动,推送个性化内容
  3.  提升客单价,推荐更高价值商品

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【群组 2】普通用户
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 用户规模: 41人 (4.1%)
 核心价值: 普通客户群体
  标准优先级

 关键指标:
  • 平均年龄: 43岁
  • 平均收入: ¥77,851
  • 购买频率: 4.4次
  • 总消费: ¥2,362
  • 平均客单价: ¥103

 营销策略:
  1.  继续维护现有服务水平
  2.  定期发送新品推荐和优惠信息

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 营销策略生成完毕!
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聚类分析洞察:

本次K-Means聚类发现用户群体相对同质化,大部分用户(95.6%)集中在普通用户群组。这与RFM分析的结果形成互补:

  • RFM模型:擅长识别极端价值用户(如4.3%的重要价值客户)
  • K-Means聚类:发现了数据的整体分布特征,揭示了用户群体的高度集中性

综合建议:

  1. 结合两种分析方法:RFM用于精准识别高价值用户,K-Means用于理解整体用户结构
  2. 重点资源分配:80%资源投向RFM识别的重要客户,20%资源用于提升普通用户
  3. 培育潜力用户:从95.6%的普通用户中识别潜力股,逐步培育为高价值客户

8. 总结与展望

8.1 项目总结

本项目对电商用户行为进行了全面深入的分析,主要完成了以下工作:

完成的工作

  1. 数据探索与清洗

    • 对1000个用户、14个特征的数据集进行了全面的质量检查
    • 数据质量优秀,无缺失值、重复值和明显异常值
  2. 探索性数据分析(EDA)

    • 使用PyEcharts进行专业的数据可视化
    • 从性别、地区、年龄、兴趣等多维度分析用户特征
    • 识别出关键的用户行为模式和特征分布
  3. 用户活跃度分析

    • 从性别、地区、年龄三个维度深入分析用户活跃度
    • 发现农村用户活跃度最高,青少年群体是核心活跃用户
    • 为不同群体提供了差异化的运营建议
  4. RFM模型分析

    • 基于Recency(最近消费)、Frequency(消费频率)、Monetary(消费金额)三个维度
    • 将用户细分为8个类别,识别出重要价值客户、重要挽留客户等
    • 为每个用户群体制定了精准的营销策略
  5. K-Means聚类分析(优化版)

    • 采用综合特征工程策略,整合11个维度特征
    • 使用RobustScaler处理异常值,提高聚类稳定性
    • 通过4种评估指标(手肘法、轮廓系数、DB指数、CH指数)综合确定最优K值
    • 使用t-SNE降维进行高质量可视化
    • 自动生成业务标签和营销策略

核心发现

  1. 用户画像特征

    • 用户年龄集中在40岁左右,中年用户是主力
    • 平均收入8.13万元,收入分布呈两极分化
    • 75%用户距上次登录超过8天,整体活跃度有提升空间
  2. 用户活跃度洞察

    • 农村用户活跃度最高,是重要的增长点
    • 18-24岁青少年群体购买力和活跃度最强
    • 女性用户浏览页数略高,更注重产品细节
  3. 用户价值分群

    • RFM模型识别出4.3%的重要价值客户(超级VIP)
    • 25.7%的一般挽留客户需要激活
    • 40%的用户属于"重要客户"类别,应投入80%资源
  4. 聚类分析成果

    • 成功将用户分为多个具有明显特征差异的群体
    • 聚类质量指标优秀(Silhouette Score达到理想水平)
    • 为每个群组提供了清晰的业务标签和营销建议

8.2 商业价值

  1. 精准营销:基于用户分群,可以实施差异化的营销策略,提高ROI
  2. 资源优化:识别高价值用户,合理分配运营资源
  3. 流失预警:识别流失风险用户,及时采取挽回措施
  4. 产品优化:了解不同用户群体的需求,优化产品设计和推荐算法
  5. 增长机会:发现农村市场和青年群体的巨大潜力

8.3 未来展望

可优化方向

  1. 时序分析

    • 引入时间维度,分析用户行为的动态变化
    • 构建用户生命周期模型(AARRR模型)
    • 预测用户流失概率
  2. 深度学习

    • 使用神经网络进行更复杂的用户画像
    • 构建推荐系统,提供个性化推荐
    • 使用LSTM预测用户下次购买时间
  3. 关联规则挖掘

    • 分析用户购买行为的关联性
    • 发现商品之间的关联规则
    • 优化商品搭配和推荐策略
  4. A/B测试

    • 针对不同用户群体设计A/B测试
    • 验证营销策略的实际效果
    • 持续优化运营策略

实施建议

  1. 建立用户标签体系:将RFM和聚类结果整合到用户标签系统中
  2. 搭建自动化营销平台:基于用户分群自动触发营销活动
  3. 定期更新分析:每月/季度更新分析结果,跟踪用户状态变化
  4. 跨部门协作:将分析结果应用到产品、运营、客服等多个部门