关联规则分析及其在信用卡反欺诈中的应用
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业务平8管理
关联规则分析
及其在信用卡反欺诈中的应用
关联规则分析作为数据挖掘中一个重要的组成部分,
能够有效发现大量数据中相关属性集之间有趣的关联关
系,从而为政策或规则的制定提供参考依据。近年来,关
联规则分析已被广泛应用到零售、物流、信用卡营销及风
险管理等众多领域。基于此,本文从介绍关联规则分析的
基本概念和算法入手,探讨其在信用卡反欺诈中的具体应
用,以期对提升信用卡业务风险管理技术有所裨益。
关联规则分析的基本概念与发展
众所周知,关联规则中最为有趣的一个应用案例就是
沃尔玛“尿布和啤酒”的故事,这是一个典型的购物篮关
联分析。从这个案例中可以看出,关联规则分析实际上是
借助一些原则,如取交叉频率最大值等,在不同的数据集
中寻找相互之间的联系,分析诸如顾客购买了某一商品对
购买其他商品的影响,然后归纳出不同顾客的具体购买行
为模式。零售类企业一般将关联规则分析应用于商品货架
布局、货存安排以及根据购买模式对用户进行分类;而在
信用卡业务中,则可将关联规则分析用于分析持卡人消费
行为模式、不良持卡人信息特征以及信用卡欺诈行为特征
等。
关联规则分析的应用研究,最早见诸于R.Agrawal等
于1993年提出的挖掘顾客交易数据库中项集间关系的先
验(A priori)频集方法,在此之后诸多对关联规则分析的
应用研究开始涌现。对原有的算法进行优化,如引入随机
采样、并行思想等,以提高算法挖掘规则的效率;注重于
对挖掘到的模式的价值进行评估探索,挖掘独立于先验频
集方法的关联规则的新方法。目前,主流的关联规则分析
软件,如SAS统计软件中的EM工具等,多采用先验频
36£l】国信用卡zoo7.II
中国银联风险管理部孙大利
集算法作为核心算法,并在此基础上提供多种优化途径选
择。
二 关联规则分析的基本算法
先验频集算法是目前关联规则分析方法的基础,其核
心是基于两阶段频集思想的递推算法。
首先,先明确项集、事务集、支持度、频集以及置信
度等概念。项目集是关联规则分析的数据集合中的组织单
元,简称项集;事务集即数据集合,是由项目集组成的并
集;支持度定义为尸( UB),即 和B这两个项集在事务
集D中同时出现的概率;所有支持度大于最小支持度的项
集称为频繁项集,简称频集;置信度则被定义为P(B I ),
即在出现项集 的事务集D中,项集B也同时出现的概率。
其次,给定一个事务集,预先设定最小支持度阈值和
最小置信度阈值,通过具体算法寻找同时满足最小支持度
阈值和最小置信度阈值的关联集合,此类集合中项集之间
的关联关系称为强规则。
最后,挖掘关联规则的先验算法将关联规则分析分解
为两个阶段的子问题。一是根据最小支持度找出数据集中
所有不同长度的、满足给定支持度要求的频集;二是由频
集产生强关联规则。当然这些规则必须满足最小支持度和
最小可信度。
三 关联规则分析在信用卡反欺诈业务中的应用
近年来,关联规则分析在信用卡业务中的应用得到很
大发展。以信用卡欺诈行为特征识别为例,境外发卡银行
通过对发生欺诈交易的历史数据分析,发现在大额欺诈交
易(如购买珠宝等)之前往往会出现小额试探性交易(如
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自助加油等),并且这些小额试探性交易往往发生在夜间
和偏僻地点。也就是说,同一卡号在夜间偏僻地点发生的
小额自助交易和后续大额交易是否存在欺诈交易,二者之
间往往具有较高关联性,这就为发卡银行的反欺诈工作提
供了一定的借鉴。本文将借助收集掌握的国内不良持卡人
个人信息数据,对持卡人具体特征进行关联分析,以此来
说明关联规则分析在信用卡反欺诈业务中的简单应用。
首先,将不良持卡人相关属性字段的取值设为关联分
析对象数据集。例如,可将持卡人出生省份为四川的设为
项集 、广东的设为项集B。具体采用的属性字段包括出
生省份、年龄、受教育程度、婚姻状况以及涉及金额等。
这里,考虑到不同的字段种类,如定性变量型和数值变量
型在处理上的差异,需要先将数值型的字段进行一定的处
理。一般来说处理数值型变量的方法分为四种。
(1)根据用户预先定义,数值字段被分成一些预定义
的层次结构,得到静态数量关联规则。
(2)根据数据的分布,数值字段被分成一些布尔字段。
每个布尔字段都表示一个数值字段的区间,落在其中则为
1,反之为0,以此得到布尔数量关联规则。
(3)根据数据之间的距离,数值字段被分成一些能体
现它含义的区间,得到基于距离的关联规则。
(4)直接用数值字段中的原始数据,使用一些统计的
方法对数值字段的值进行分析,并结合多层关联规则的概
念,得到多层数量关联规则。
由于属性字段中只有年龄、涉及金额为数值型变量,
而且其在取值区间上显然存在着差异性含义,如涉及金额
5万元与涉及金额1万元相比较,很自然地前者会被认为
风险程度更高,由此采用上述第三种方法对数值型变量进
行处理,将不良持卡人涉及金额分为四个区间,从风险等
级1到风险等级4,从低到高分别代表不同风险程度。同
样地,年龄也被分为三个区间:25岁以下,25岁至35岁
以及35岁以上。
其次,我们预设支持度水平为80%,生成频集。为
了生成所有频集,使用了递推方法。其核心思想简要描述
如下:首先产生频繁卜项集 -,然后是频繁2一项集 :,
直到有某个,值使得 ,为空,这时算法停止。这里在第
血次循环中,先产生候选血一项集的集合 , 中的每一
 ̄SE-业务平台
图1 信用卡发卡审核参考原则
个项集是对两个只有一个项不同的属于 的频集做一个
(血一2)的连接来产生的。 中的项集是用来产生频集的候
选集,最后的频集 必须是 的一个子集, 中的每个
元素需在交易数据库中进行验证来决定其是否加入厶。
最后,我们设定置信度水平为90%,得到强规则。因
为对于每个频繁项集 ,若集合y为 的非空子集,且
项集y与 的补集问置信度大于预设值,事实上就可以
生成一条强关联规则。我fi'l ̄Fl用SAS软件的EM工具,
对近4万条不良持卡人记录的相关属性字段进行关联规则
分析。现将符合最小支持度和置信度要求的,且具有参考
意义的强关联规则简单罗列如下。
①35岁以上且未婚的不良持卡人主要集中在风险等
级1中(最高风险等级);
②处在风险等级2和3中的不良持卡人基本未婚;
③25岁以下未婚的且处于风险等级2的在数据样本
中发生频率高,接近200/0;
④不良持卡人若是G省,他(她)的年龄在35岁以
上的可能性则是2.73倍。
根据上述强关联规则,各发卡银行在信用卡发卡审核
时就可参照建立相应的审核原则,如对35岁以上的未婚
人群和25岁以下申请人给予较高风险权重,对G省申请
人给予相对较多关注等。这些参考原则如图1所示。
【l】国信用长2007.II 37
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