Haufe Akademie

Praxisbeispiel: Data Science im Marketing

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Wie Sie mit Data Science die Conversion-Rate in Ihrem Online-Shop erhöhen

Die Fragestellung: Ein Hersteller von Elektrogeräten lancierte einen neuen Online-Shop, um einen neuen Vertriebskanal zu schaffen, der unabhängig von stationären Einzelhändlern und Amazon ist. Obwohl der Online-Shop von Interessent:innen häufig besucht wurde, war die Conversion-Rate zu niedrig und der Umsatz somit zu gering.

Die zentrale Frage war nun: Wie kann die Conversion-Rate erhöht werden, um den Umsatz über den neuen Vertriebskanal zu erhöhen?

Was ist eine Conversion-Rate? Die Conversion-Rate ist eine Marketing-Kennzahl, die in diesem Beispiel das Verhältnis der Besucher:innen des Online-Shops zu den getätigten Käufen meint. Halten sich viele Besucher:innen im Online-Shop auf und sind die Warenkorb-Abschlüsse dennoch gering, so ist die Conversion-Rate niedrig. Das Ziel ist es, die Conversion-Rate zu steigern, also dafür zu sorgen, dass Besucher:innen, die sich im Online-Shop befinden und dort etwas in den Warenkorb legen, auch einen Kauf tätigen.

Vorgehen: Um zu verstehen, warum eine Bestellung abgeschlossen bzw. nicht abgeschlossen wurde, wurden verschiedene Daten aus dem Web-Analytics-System des Online-Shops untersucht. Dazu gehörten im Wesentlichen Daten zu Besucherhandlungen auf der Website, die automatisch getrackt, also aufgezeichnet werden, wie z. B. Button & Link-Klicks, Bildergalerie öffnen, Produktvideo ansehen, Produktbeschreibung ausklappen, Time on page usw.

Mit diesen Daten wurden drei Analyseverfahren durchgeführt.

1) Website-Besucher verstehen

Zunächst wurden mit einer explorativen Datenanalyse die Website-Besucher:innen und deren Bedürfnisse untersucht. Über die meisten der Besucher:innen lagen bereits Daten vor, da sie in der Vergangenheit bereits Käufe auf der Website getätigt hatten und dafür ein Konto angelegt hatten. Darüber hinaus wurde untersucht, über welche Kanäle die Besucher:innen in den Online-Shop gelangten, beispielsweise über Google oder Facebook. Informationen zu Gerät, Standort, Browser und Betriebssystem waren ebenfalls verfügbar.

Anhand dieser unterschiedlichen Parameter wurden die Benutzerdaten einem Analyseverfahren, dem sog. Clustering, unterzogen, bei dem die Website-Besucher:innen aufgrund ihrer Ähnlichkeiten in verschiedenen Eigenschaften in Gruppen („Cluster“) eingeteilt wurden.

Beispiel: Besucher über Android-Smartphones und Chrome-Browser, die zwischen 17 und 19 Uhr am Samstag auf der Website sind, kaufen eher familienbezogene Produkte.

Daraufhin konnte man neue Website-Besucher:innen aufgrund der verschiedenen Eigenschaften meist recht eindeutig einem Cluster zuordnen, da ähnliche Besucher:innen tendenziell ein ähnliches Verhalten auf einer Website zeigen. Dieses Clustering lieferte dem Unternehmen bereits wertvolle Informationen. So konnten auf dieser Informationsgrundlage individuelle Marketingstrategien für verschiedene Zielgruppen entwickelt, das Werbe-Targeting angepasst und spezifische Sonderangebote erstellt werden.

Beispiel: Besucher über Android-Smartphones und Chrome-Browsern, die zwischen 17 und 19 Uhr am Samstag auf der Website sind, bekommen ein Sonderangebot für ein familienbezogenes Produkt, wie beispielsweise ein Babyfon ausgespielt.

In vielen Fällen reicht eine solche Analyse bereits aus, um die Conversion-Rate eines Online-Shops spürbar zu steigern. In diesem Projekt wurden jedoch noch zwei weitere Analyseschritte durchgeführt.

2) Conversion Path verstehen und Engpässe nachvollziehen

Der nächste Schritt bestand darin, den Conversion Path der Kund:innen zu untersuchen. Der Conversion Path umfasst alle Handlungen von Kund:innen vom Ankommen auf der Website über den Besuch verschiedener Seiten bis hin zum finalen Kauf bzw. Kaufabbruch. Bei der Analyse wurden alle Conversion Paths auf Gemeinsamkeiten und Unterschiede untersucht, um bestimmte Muster abzuleiten. Von besonderem Interesse waren mögliche Gründe, aus denen Besucher:innen ihre Sitzung vor Kaufabschluss abbrachen. Es stellte sich heraus, dass Besucher:innen ihre Sitzung vor allem dann abbrachen, wenn es für ein Produkt kein Produktvideo gab bzw. das Produktvideo nicht gefunden wurde. Diese mangelnde Produktinformation konnte anschließend gezielt bearbeitet werden, woraufhin sich die Conversion-Rate deutlich verbesserte.

3) Next-best-Action vorhersagen

Im dritten Schritt des Projektes zur Steigerung der Conversion-Rate wurde der Ansatz der Next-best-Action (NBA) gewählt. Damit wurde hier ein weiterer Schritt von der reinen Analyse von bereits vorhandenen Daten hin zur Vorhersage zukünftigen Verhaltens gewählt.

Was bedeutet Next-best-action? Next-best-action (NBA) ist eine Marketingstrategie, die darauf abzielt, Informationen über einzelne Kund:innen zu sammeln und zu nutzen, um einen Kauf anzuregen. Wie der Name schon sagt, wird versucht zu ermitteln, welcher der nächste beste Schritt im Verkaufsprozess für jede:n einzelne:n Kunde:in ist.

Mithilfe der allgemeinen Informationen über die Website-Besucher:innen und der Conversion Paths konnten unterschiedliche Aktionen identifiziert werden, die einen Kauf wahrscheinlicher machen würden. Dazu gehörte z. B., den Besucher:innen das Produktvideo anzuzeigen, einen Rabatt-Code oder ein Sonderangebot für eine spezielle Produktkategorie anzubieten oder ein Chat-Fenster für den Kundensupport zu öffnen.

Somit half die NBA-Vorhersage dabei, die Conversion erneut deutlich zu steigern, indem für jede:n Website-Besucher:in eine individuelle Aktion vorgeschlagen werden konnte.

Ergebnisse:

In diesem Projekt konnte die Marketingabteilung des Elektrogeräte-Herstellers durch drei verschiedene Analyseansätze die Conversion-Rate im Online-Shop deutlich verbessern:

  • Mithilfe des Clustering war das Unternehmen in der Lage, individuelle Marketingstrategien für verschiedene Zielgruppen zu entwickeln, das Werbe-Targeting anzupassen und spezifische Sonderangebote zu erstellen.
  • Durch die Analyse der Conversion Paths konnten produkt- und produktbeschreibungsspezifische Engpässe identifiziert und anschließend gezielt behoben werden.
  • Mit der NBA-Analyse konnten nächste beste Schritte für jede:n einzelne:n Kunde:in bestimmt und automatisch ausgelöst werden.
True Tamplin

Conversion Rate Optimization: Understanding the Sales Funnel

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Are you capturing the attention of consumers or prospects with your content? Do they trust you enough to give you their contact information? Will they come back and buy from you again? Knowing how the sales funnel works and what you can do to improve it will take you down the road of success.

Business 101

As a business owner, your goal is to turn a prospect (meaning a prospective buyer) into a loyal customer. Nobody wants to lose a possible customer after putting a lot of effort into the attempt of establishing a relationship. Once you understand the different stages of the sales funnel, it will be easier to find cracks and holes within. The following sections unpack how sales funnel management can help you optimize your conversion rate and build a successful long-term relationship with your customers and website users.

The Sales Funnel

The sales funnel describes the path a customer takes on the way to buying a product or service. It visualizes the typical journey they go through and in which stage of the buying decision prospects are at the moment. As one of the core concepts in digital marketing, sales funnel management can help you to understand your audience and prevent them from dropping out before a sale is made. It is about giving every potential customer the treatment they are looking for. If you don’t understand your sales funnel, you can’t optimize it. What matters most when it comes to a sales funnel is website optimization.

Prospects move from the top of the funnel to the bottom as they become more familiar with what you have to offer. The sales funnel narrows as visitors move through it, and the number of people in your funnel will continue to decrease the closer you get to sealing the deal. It starts at the top with all the prospects who landed on your website one way or another, while the narrow bottom represents loyal customers.

The 4 Stages of the Sales Funnel

Moving people through the funnel can be a challenge. A stratagem to keep in mind is that your goal should be to solve the “problems” of your customers, or potentially make them aware of a problem they didn’t even know existed. Start by creating content that attracts your prospect’s attention, followed by offering an irresistible solution to the problem. All you have to do then is watch the magic happen.

Truthfully, that is easier said than done, but if you follow the four stages of a prospective customer’s mindset, you will reach your goal sooner than later. The different stages can be easily explained using the AIDA (Awareness, Interest, Decision, Action) strategy. To understand what moves a buying decision, we have to take a closer look at each stage and the approach it requires.

Awareness

To end up with a strong bond with your prospect, you have to gain attention first. Depending on how they found you (organic search results, recommendations, advertisements, or just pure luck), people will put different amounts of trust in your business. If you are lucky and all circumstances fall perfectly into place, a prospect turns into a customer immediately. More often though, the awareness stage does exactly what it sounds like; it creates awareness of your business and your products or services. At this point, all you are trying to do is lead prospects into the next stage, which will make them return for more.

Interest

Once a potential customer is aware of you, you need to build their interest. In this stage potential customers are interested in what you have to offer and are doing research or comparison. It is the perfect time to show off authority in your field and support them with helpful content that does not yet try to sell to them. Make sure your message stays consistent throughout the whole process and do not try to push too hard from the beginning. The interest stage should only lead them to be able to make an informed decision.

Decision

For the most part, the majority of people do not like making decisions and, therefore, getting a prospect to make a buying decision is not an easy feat. At this stage, you have to bring on your A-game and make them an offer they can’t refuse. Whether this means offering free premium shipping, a discount code, or a free month of your services is totally up to you; you just have to make sure that your potential customer wants to take advantage of it. Showcasing positive reviews or social proof is another powerful way that you can get people to take action.

 Action

Now your prospect turns into a customer. When he or she purchases your product or takes advantage of your service, that customer becomes part of your business’s ecosystem. But just because they reached the final stage of the sales funnel and the AIDA principle doesn’t mean your work is all said and done. Starting to build a long-term relationship with someone who already trusts your company is easier than starting the sales funnel all over again with a new prospect.

Sales Funnel Management

At this point, you should understand why sales funnel management is so important. Even the best prospects can get lost along the way if expectations aren’t met. It takes time to build a sales funnel that represents what your audience is looking for. The best way to optimize a sales funnel is to start with the results and work your way up. Another point of interest is the timing when people move from one point to the next within the funnel. This can help you find out where, when, and why you’re losing potential customers.

Too slow: New leads are nine times more likely to convert if someone follows up within the first five minutes. On the other hand, a lead is 21 times less likely to turn into a sale after 30 minutes have passed. To react within tight response times like that, you need to implement sales funnel management automation.

Too impatient: It can be tempting to dump a lead that isn’t converting right away and move on to the next. You should ask yourself the question if you are patient enough and if you are following up as much as you should. A marketing automation funnel also helps to stay in touch with the prospect over time.

Too fast: Instead of asking people to buy from you right away, you should cultivate them over time. If you adjust your sales approach to the different stages, you don’t just avoid chasing them away; you also find out what is working and what is a waste of your time.

How can you optimize your conversion rate?

There are countless ways you can improve your conversion rate and turn a “no, thank you” into a “yes, please.” In sales, a no often simply means “not until later” or “try again, I’m just not totally convinced yet.” Any time you encounter problems like that, you can use one or multiple of the following, mostly automated sales techniques, to reach your goals.

Target your Audience

To lead people into your sales funnel, you have to put the right content in front of your prospects. How and where you do that depends on your target audience. Be creative with your content, but make sure it mimics your offer and the call-to-action you are using. Customer relationship management (CRM) can help you track interactions with current and future customers.

Build a Landing Page

A landing page offers content that addresses a specific problem, ideally with a single call-to-action, and should steer your visitor towards becoming a customer. A/B testing your landing pages will help you figure out what your audience responds to best and what language, imagery, or layouts can help you improve conversion rates. Experienced hosting companies like 101domain can help you along the way. Additionally, you can use pay-per-click campaigns to drive traffic to your landing page and contact forms to gain subscribers to a mailing list.

Targeting Soft Conversions

When considering which page to use as a landing page, you can increase your conversion rate by bringing leads to an on-site resource to gain a “soft conversion.”

 To illustrate the importance of a good landing page and soft conversions, consider the following data:

RED: Cost per conversion BLUE: Number of conversions X-AXIS: Time (Screenshot supplied by Howard Ahmanson)

The initial strategy represented in this graph was to take visitors directly to a sales page. This resulted in a very low number of conversions, about a rate of 1%,, which in turn drove the cost per conversion way up. Later, the landing page was switched to an on-site resource, such as  a form fill of “get the free retirement planning guide.” This prompted a few soft conversions, or in other words email addresses. Upon doing this, the average number of conversions per month increased from about 10 to between 30 and 45, which in turn dropped the total cost per conversion from a median of about $400 to about $100. This is an approximately 300% increase in conversions at 50% of the cost.

But how does increased conversions translate in terms of sales numbers? To see an example of this, consider the data from the Ken Tamplin Vocal Academy:

RED: Total conversion, including soft conversions
BLUE: Sales conversions
X-AXIS: Time

When running ads for Ken, the initial strategy was to bring prospects directly to a sales page. Later, this was switched out for a “Yes! I want Ken’s free lessons!” page.

This led to an increase in the number of soft conversions, which led to a tightly correlated increase in sales. There was an increase from around 30 conversions per month up to over 225, which is an increase of 750%.

Create an Email Drip Campaign

Email drip campaigns are used to send a pre-written set of emails to subscribers or customers over time. You can use those campaigns to educate the receiver as well as make them aware of sales or offers. Last but not least, don’t forget about existing customers. This technique is ideal for building up loyalty and making them feel like part of the family.

Tap London

Customer Journey Mapping: The data-driven approach to understanding your users

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Businesses across the globe are on a mission to know their customers inside out – something commonly referred to as customer-centricity. It’s an attempt to better understand the needs and wants of customers in order to provide them with a better overall experience.

But while this sounds promising in theory, it’s much harder to achieve in practice. To really know your customer you must not only understand what they want, but you also need to hone in on how they want it, when they want it and how often as well.

In essence, your business should use customer journey mapping. It allows you to visualise customer feelings and behaviours through the different stages of their journey – from the first interaction, right up until the point of purchase and beyond.

The Data-Driven Approach 

To ensure your customer journey mapping is successful, you must conduct some extensive research on your customers. You can’t afford to make decisions based on feelings and emotions alone. There are two types of research that you should use for customer journey mapping – quantitative and qualitative research.

Quantitative data is best for analysing the behaviour of your customers as it identifies their habits over time. It’s also extremely useful for confirming any hypotheses you may have developed. That being so, relying solely upon quantitative data can present one major issue – it doesn’t provide you with the specific reason behind those behaviours.

That’s where qualitative data comes to the rescue. Through data collection methods like surveys, interviews and focus groups, you can figure out the reasoning behind some of your quantitative data trends. The obvious downside to qualitative data is its lack of evidence and its tendency to be subjective. Therefore, a combination of both quantitative and qualitative research is most effective.

Creating A Customer Persona

A customer persona is designed to help businesses understand the key traits of specific groups of people. For example, those defined by their age range or geographic location. A customer persona can help improve your customer journey map by providing more insight into the behavioural trends of your “ideal” customer. 

The one downside to using customer personas is that they can be over-generalised at times. Just because a group of people shares a similar age, for example, it does not mean they all share the same beliefs and interests. Nevertheless, creating a customer persona is still beneficial to customer journey mapping – especially if used in combination with the correct customer journey analytics tools.

All Roads Lead To Customer-centricity 

To achieve customer-centricity, businesses must consider using a data-driven approach to customer journey mapping. First, it requires that you achieve a balance between both quantitative and qualitative research. Quantitative research will provide you with definitive trends while qualitative data gives you the reasoning behind those trends. 

To further increase the effectiveness of your customer journey map, consider creating customer personas. They will give you further insight into the behavioural trends within specific groups. 

This article was written by TAP London. Experts in the Adobe Experience Cloud, TAP London help brands organise data to provide meaningful insight and memorable customer experiences. Find out more at wearetaplondon.com.

Christopher Kipp

Einstieg in Natural Language Processing – Teil 2: Preprocessing von Rohtext mit Python

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Dies ist der zweite Artikel der Artikelserie Einstieg in Natural Language Processing.

In diesem Artikel wird das so genannte Preprocessing von Texten behandelt, also Schritte die im Bereich des NLP in der Regel vor eigentlichen Textanalyse durchgeführt werden.

Tokenizing

Um eingelesenen Rohtext in ein Format zu überführen, welches in der späteren Analyse einfacher ausgewertet werden kann, sind eine ganze Reihe von Schritten notwendig. Ganz allgemein besteht der erste Schritt darin, den auszuwertenden Text in einzelne kurze Abschnitte – so genannte Tokens – zu zerlegen (außer man bastelt sich völlig eigene Analyseansätze, wie zum Beispiel eine Spracherkennung anhand von Buchstabenhäufigkeiten ect.).

Was genau ein Token ist, hängt vom verwendeten Tokenizer ab. So bringt NLTK bereits standardmäßig unter anderem BlankLine-, Line-, Sentence-, Word-, Wordpunkt- und SpaceTokenizer mit, welche Text entsprechend in Paragraphen, Zeilen, Sätze, Worte usw. aufsplitten. Weiterhin ist mit dem RegexTokenizer ein Tool vorhanden, mit welchem durch Wahl eines entsprechenden Regulären Ausdrucks beliebig komplexe eigene Tokenizer erstellt werden können.

Üblicherweise wird ein Text (evtl. nach vorherigem Aufsplitten in Paragraphen oder Sätze) schließlich in einzelne Worte und Interpunktionen (Satzzeichen) aufgeteilt. Hierfür kann, wie im folgenden Beispiel z. B. der WordTokenizer oder die diesem entsprechende Funktion word_tokenize() verwendet werden.

Stemming & Lemmatizing

Andere häufig durchgeführte Schritte sind Stemming sowie Lemmatizing. Hierbei werden die Suffixe der einzelnen Tokens des Textes mit Hilfe eines Stemmers in eine Form überführt, welche nur den Wortstamm zurücklässt. Dies hat den Zweck verschiedene grammatikalische Formen des selben Wortes (welche sich oft in ihrer Endung unterscheiden (ich gehe, du gehst, er geht, wir gehen, …) ununterscheidbar zu machen. Diese würden sonst als mehrere unabhängige Worte in die darauf folgende Analyse eingehen.

Neben bereits fertigen Stemmern bietet NLTK auch für diesen Schritt die Möglichkeit sich eigene Stemmer zu programmieren. Da verschiedene Stemmer Suffixe nach unterschiedlichen Regeln entfernen, sind nur die Wortstämme miteinander vergleichbar, welche mit dem selben Stemmer generiert wurden!

Im forlgenden Beispiel werden verschiedene vordefinierte Stemmer aus dem Paket NLTK auf den bereits oben verwendeten Beispielsatz angewendet und die Ergebnisse der gestemmten Tokens in einer Art einfachen Tabelle ausgegeben:

Sehr ähnlich den Stemmern arbeiten Lemmatizer: Auch ihre Aufgabe ist es aus verschiedenen Formen eines Wortes die jeweilige Grundform zu bilden. Im Unterschied zu den Stemmern ist das Lemma eines Wortes jedoch klar als dessen Grundform definiert.

Vokabular

Auch das Vokabular, also die Menge aller verschiedenen Worte eines Textes, ist eine informative Kennzahl. Bezieht man die Größe des Vokabulars eines Textes auf seine gesamte Anzahl verwendeter Worte, so lassen sich hiermit Aussagen zu der Diversität des Textes machen.

Außerdem kann das auftreten bestimmter Worte später bei der automatischen Einordnung in Kategorien wichtig werden: Will man beispielsweise Nachrichtenmeldungen nach Themen kategorisieren und in einem Text tritt das Wort „DAX“ auf, so ist es deutlich wahrscheinlicher, dass es sich bei diesem Text um eine Meldung aus dem Finanzbereich handelt, als z. B. um das „Kochrezept des Tages“.

Dies mag auf den ersten Blick trivial erscheinen, allerdings können auch mit einfachen Modellen, wie dem so genannten „Bag-of-Words-Modell“, welches nur die Anzahl des Auftretens von Worten prüft, bereits eine Vielzahl von Informationen aus Texten gewonnen werden.

Das reine Vokabular eines Textes, welcher in der Variable “rawtext” gespeichert ist, kann wie folgt in der Variable “vocab” gespeichert werden. Auf die Ausgabe wurde in diesem Fall verzichtet, da diese im Falle des oben als Beispiel gewählten Satzes den einzelnen Tokens entspricht, da kein Wort öfter als ein Mal vorkommt.

Stopwords

Unter Stopwords werden Worte verstanden, welche zwar sehr häufig vorkommen, jedoch nur wenig Information zu einem Text beitragen. Beispiele in der beutschen Sprache sind: der, und, aber, mit, …

Sowohl NLTK als auch cpaCy bringen vorgefertigte Stopwordsets mit. 

Vorsicht: NLTK besitzt eine Stopwordliste, welche erst in ein Set umgewandelt werden sollte um die lookup-Zeiten kurz zu halten – schließlich muss jedes einzelne Token des Textes auf das vorhanden sein in der Stopworditerable getestet werden!

POS-Tagging

POS-Tagging steht für „Part of Speech Tagging“ und entspricht ungefähr den Aufgaben, die man noch aus dem Deutschunterricht kennt: „Unterstreiche alle Subjekte rot, alle Objekte blau…“. Wichtig ist diese Art von Tagging insbesondere, wenn man später tatsächlich strukturiert Informationen aus dem Text extrahieren möchte, da man hierfür wissen muss wer oder was als Subjekt mit wem oder was als Objekt interagiert.

Obwohl genau die selben Worte vorkommen, bedeutet der Satz „Die Katze frisst die Maus.“ etwas anderes als „Die Maus frisst die Katze.“, da hier Subjekt und Objekt aufgrund ihrer Reihenfolge vertauscht sind (Stichwort: Subjekt – Prädikat – Objekt ).

Weniger wichtig ist dieser Schritt bei der Kategorisierung von Dokumenten. Insbesondere bei dem bereits oben erwähnten Bag-of-Words-Modell, fließen POS-Tags überhaupt nicht mit ein.

Und weil es so schön einfach ist: Die obigen Schritte mit spaCy

Die obigen Methoden und Arbeitsschritte, welche Texte die in natürlicher Sprache geschrieben sind, allgemein computerzugänglicher und einfacher auswertbar machen, können beliebig genau den eigenen Wünschen angepasst, einzeln mit dem Paket NLTK durchgeführt werden. Dies zumindest einmal gemacht zu haben, erweitert das Verständnis für die funktionsweise einzelnen Schritte und insbesondere deren manchmal etwas versteckten Komplexität. (Wie muss beispielsweise ein Tokenizer funktionieren der den Satz “Schwierig ist z. B. dieser Satz.” korrekt in nur einen Satz aufspaltet, anstatt ihn an jedem Punkt welcher an einem Wortende auftritt in insgesamt vier Sätze aufzuspalten, von denen einer nur aus einem Leerzeichen besteht?) Hier soll nun aber, weil es so schön einfach ist, auch das analoge Vorgehen mit dem Paket spaCy beschrieben werden:

Dieser kurze Codeabschnitt liest den an spaCy übergebenen Rohtext in ein spaCy Doc-Object ein und führt dabei automatisch bereits alle oben beschriebenen sowie noch eine Reihe weitere Operationen aus. So stehen neben dem immer noch vollständig gespeicherten Originaltext, die einzelnen Sätze, Worte, Lemmas, Noun-Chunks, Named Entities, Part-of-Speech-Tags, ect. direkt zur Verfügung und können.über die Methoden des Doc-Objektes erreicht werden. Des weiteren liegen auch verschiedene weitere Objekte wie beispielsweise Vektoren zur Bestimmung von Dokumentenähnlichkeiten bereits fertig vor.

Die Folgende Übersicht soll eine kurze (aber noch lange nicht vollständige) Übersicht über die automatisch von spaCy generierten Objekte und Methoden zur Textanalyse geben:

Diese „Vollautomatisierung“ der Vorabschritte zur Textanalyse hat jedoch auch seinen Preis: spaCy geht nicht gerade sparsam mit Ressourcen wie Rechenleistung und Arbeitsspeicher um. Will man einen oder einige Texte untersuchen so ist spaCy oft die einfachste und schnellste Lösung für das Preprocessing. Anders sieht es aber beispielsweise aus, wenn eine bestimmte Analyse wie zum Beispiel die Einteilung in verschiedene Textkategorien auf eine sehr große Anzahl von Texten angewendet werden soll. In diesem Fall, sollte man in Erwägung ziehen auf ressourcenschonendere Alternativen wie zum Beispiel gensim auszuweichen.

Wer beim lesen genau aufgepasst hat, wird festgestellt haben, dass ich im Abschnitt POS-Tagging im Gegensatz zu den anderen Abschnitten auf ein kurzes Codebeispiel verzichtet habe. Dies möchte ich an dieser Stelle nachholen und dabei gleich eine Erweiterung des Pakets spaCy vorstellen: displaCy.

Displacy bietet die Möglichkeit, sich Zusammenhänge und Eigenschaften von Texten wie Named Entities oder eben POS-Tagging graphisch im Browser anzeigen zu lassen.

Nach ausführen des obigen Codes erhält man eine Ausgabe die wie folgt aussieht:

Nun öffnet man einen Browser und ruft die URL ‘http://127.0.0.1:5000’ auf (Achtung: localhost anstatt der IP funktioniert – warum auch immer – mit displacy nicht). Im Browser sollte nun eine Seite mit einem SVG-Bild geladen werden, welches wie folgt aussieht

Die Abbildung macht deutlich was POS-Tagging genau ist und warum es von Nutzen sein kann wenn man Informationen aus einem Text extrahieren will. Jedem Word (Token) ist eine Wortart zugeordnet und die Beziehung der einzelnen Worte durch Pfeile dargestellt. Dies ermöglicht es dem Computer zum Beispiel in dem Satzteil “der grüne Apfel”, das Adjektiv “grün” auf das Nomen “Apfel” zu beziehen und diesem somit als Eigenschaft zuzuordnen.

Nachdem dieser Artikel wichtige Schritte des Preprocessing von Texten beschrieben hat, geht es im nächsten Artikel darum was man an Texten eigentlich analysieren kann und welche Analysemöglichkeiten die verschiedenen für Python vorhandenen Module bieten.

Christopher Kipp

Einstieg in Natural Language Processing – Artikelserie

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Unter Natural Language Processing (NLP) versteht man ein Teilgebiet der Informatik bzw. der Datenwissenschaft, welches sich mit der Analyse und Auswertung , aber auch der Synthese natürlicher Sprache befasst. Mit natürlichen Sprachen werden Sprachen wie zum Beispiel Deutsch, Englisch oder Spanisch bezeichnet, welche nicht geplant entworfen wurden, sondern sich über lange Zeit allein durch ihre Benutzung entwickelt haben. Anders ausgedrückt geht es um die Schnittstelle zwischen unserer im Alltag verwendeten und für uns Menschen verständlichen Sprache auf der einen, und um deren computergestützte Auswertung auf der anderen Seite.

Diese Artikelserie soll eine Einführung in die Thematik des Natural Language Processing sein, dessen Methoden, Möglichkeiten, aber auch der Grenzen . Im einzelnen werden folgende Themen näher behandelt:

1. Artikel – Natürliche vs. Formale Sprachen
2. Artikel – Preprocessing von Rohtext mit Python
3. Artikel – Möglichkeiten/Methoden der Textanalyse an Beispielen (erscheint demnächst…)
4. Artikel – NLP, was kann es? Und was nicht? (erscheint demnächst…)

Zur Verdeutlichung der beschriebenen Zusammenhänge und Methoden und um Interessierten einige Ideen für mögliche Startpunkte aufzuzeigen, werden im Verlauf der Artikelserie an verschiedenen Stellen Codebeispiele in der Programmiersprache Python vorgestellt.
Von den vielen im Internet zur Verfügung stehenden Python-Paketen zum Thema NLP, werden in diesem Artikel insbesondere die drei Pakete NLTK, Gensim und Spacy verwendet.

Benjamin Aunkofer

Distributed Computing – MapReduce Algorithmus

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Sollen große Datenmengen analysiert werden, ist die Hardware eines leistungsfähigen Computers schnell überfordert und die Analysezeiten werden zu lang. Die Lösung zur Bewältigung von Big Data Analytics sind Konzepte des verteilten Rechnens (Distributed Computing).

Vertikale Skalierung – Der Klassiker der leistungsstarken Datenverarbeitung

Die meisten Unternehmen setzen heute noch auf leistungsstarke und aufrüstbare Einzelserver. Sollten Datenmengen größer und Analysen rechenaufwändiger werden, werden Festplatten (Storage), Arbeitsspeicher (RAM) und Prozessoren (CPU) aufgerüstet oder der Server direkt durch einen leistungsstärkeren ersetzt.

Diese Form der sogenannten vertikalen Skalierung (Vergrößerung der Server-Komponenten) ist für viele Unternehmen heute noch gängige Praxis, auch weil sie leicht zu administrieren ist und sie mit nahezu jeder Software funktioniert. Jedoch sind der Erweiterbarkeit gewisse Grenzen gesetzt und auch der Wechsel zu noch leistungsfähigerer Hardware würde den Einsatz von neuester High-End-Hardware bedeuten, der Kostenanstieg wäre exponentiell. Ferner bedarf es einer durchdachten Backup-Strategie mit gespiegelten Festplatten oder einem ganzen Backup-Server.

Leistungsstarke Server sind teuer und können zwar große Datenmengen weitaus schneller auswerten als Consumer-Computer, jedoch sind auch sie eher nicht dazu in der Lage, Big Data zu verarbeiten, also beispielsweise 100 Terabyte Daten binnen Sekunden statistisch auszuwerten.

Horizontale Skalierung – Skalierbare Speicher-/Rechenleistung

Ein alternatives Konzept zur vertikalen Skalierung ist die horizontale Skalierung. Dabei werden mehrere Computer, die im Vergleich oftmals über nur mittelmäßige Leistungsmerkmale verfügen, über ein Computer-Netzwerk verbunden und parallel angesteuert.

Der große Vorteil der horizontalen Skalierung ist der kostengünstige Einstieg, denn praktisch könnte bereits mit einem einzelnen Computer (Node) begonnen werden und dann nach und nach mit weiteren Nodes die Leistungsfähigkeit des Clusters (Verbund von Nodes) linear gesteigert werden. Ungefähr linear wachsen auch die Kosten an, so dass diese weitaus besser planbar sind. Cluster können weitaus höhere Leistungen erreichen als es einzelne Server könnten, daher gibt die horizontale Skalierung als diejenige, die sich für Big Data Analytics eignet, denn sie ermöglicht verteiltes Rechnen (Distributed Computing). Mit einem ausreichend großen Cluster lassen sich auch 100 Terabyte und mehr in wenigen Augenblicken statistisch auswerten.

Ferner ermöglichen horizontale Lösungen integrierte Backup-Strategien, indem jeder Node des Clusters über ein Backup der Daten eines anderen Nodes verfügt. Verfügt ein Node sogar über mehrere Backups, lässt sich eine sehr hohe Ausfallsicherheit – Datenverfügbarkeit im Cluster – erzielen.

Jedoch gibt es auch Nachteile der horizontalen Skalierung: Die Administration eines Clusters ist weitaus herausfordernder als ein einzelner Server, egal wie leistungsstark dieser sein mag. Auch Bedarf es viel räumlichen Platz für einen (oder gar mehrere) Cluster. Die Kompatibilität der Nodes sollte auch für die nächsten Jahr gesichert sein und nicht zuletzt ist es eine große Hürde, dass die einzusetzende Software (Datenbank- und Analyse-Software) für den Einsatz auf Clustern geeignet sein muss. Verbreite Software-Lösungen für verteiltes Speichern und Rechnen kommen beispielsweise von der Apache Foundation als Open Source Software: Hadoop, Spark und Flink.

Map Reduce Processing

Damit verteiltes Rechnung funktioniert, bedarf es der richtigen Software, die wiederum Algorithmen einsetzt, die sich dafür eignen. Der bekannteste und immer noch am weitesten verbreitete Algorithmus ist MapReduce. MapReduce ist ein sehr einfacher Algorithmus und dürfte von der grundsätzlichen Vorgehensweise jedem Software-Entwickler oder Analyst vertraut sein. Das Prinzip entspricht dem folgenden SQL-Statement, dass die am häufigsten vorkommende Sprache aus dem Datensatz (Tabelle Customers) abfragt:

Es gibt eine Tabelle (es könnte eine Tabelle in einer relationalen Datenbank sein oder eine CSV-Datei), die durch eine SELECT-Query abgefragt (map), groupiert (combine) und sortiert (sort). Dieser Schritt kann vereinfacht als Map-Funktion betrachtet werden, die in einer Liste Paaren aus Schlüssel (Keys) und Werten (Values) resultiert. Ist diese Liste vorhanden, kann diese auf die gewünschten Ergebnisse entspechend einer Logik (z. B. max(), min(), mean(), sum()) auf wenige oder nur einen einzigen Wert reduziert werden (Reduce-Funktion). Zu beachten ist dabei, dass der Map-Prozess sehr viel speicher- und rechen-aufwändiger als der Reduce-Prozess ist. Führen wir diese Abfrage auf einer Maschine aus, fassen wir die beiden Abfragen als ein Statement aus:

Betrachten wir jedoch die einzelnen Schritte, können wir sie wieder zumindest in einen Map- und einen Reduce-Schritt unterteilen. Diese Aufteilung machen wir uns für das verteilte Rechnen zunutze: Wenn jeder Computer (Node; oft auch Client Node oder Data Node) einen Teil der Daten besitzt, kann jeder Node für sich einen Map-Prozess durchführen, die Ergebnisse dann an einen Master-Node (oder in Hadoop-Sprache: Name Node) senden, der den Reduce-Prozess durchführt. Der Großteil der Aufgabe findet somit auf dem Cluster statt, nur der simple Reduce-Schritt auf einem einzelnen Computer.

Oftmals reicht ein parallel ablaufender Map-Prozess auf dem Cluster nicht aus, um Daten effizient auswerten zu können. Die Maßgabe sollte stets sein, den Reduce-Aufwand so gering wie möglich zu halten und soviel Arbeit wie möglich auf den Cluster zu verlagern. Daher sollte jeder Node im Cluster soweit aggregieren wie möglich: Dafür gibt es den Combine-Schritt.

Die zuvor erwähnte SQL-Abfrage als MapReduce würde bedeuten, dass ein Node über den Datensatz verfügt (und andere Nodes über weitere Datensätze) und jeder Node für sich seine Daten über einen Map-Prozess herausarbeitet, über einen Combine-Prozess aggregiert und die Aggregationsergebnisse an den Master-Node (Name Node) sendet. Hat der Master-Node alle Ergebnisse erhalten, berechnet dieser daraus das Endergebnis (Reduce).

Zusammenfassung: Map Reduce

MapReduce ist der bekannteste Algorithmus zur verteilten Verarbeitung von Daten und eignet sich für die Durchführung von komplexen Datenanalysen. Liegen Datensätze auf mehreren Computern (Client Nodes) vor, läuft der Algorithmus in der Regel in drei Schritten ab:

  1. Map – Selektierung der Datensätze auf den Computern im gewünschten Format und Durchführung einer Berechnung, beispielsweise der Bildung einer Summe. Dieser Schritt ist ermöglich das Prinzip Schema on Read, das aus Hadoop ein Tool zur Verarbeitung von unstrukturierten Daten macht.
  2. Combine – Durchführung einer Aggregation, die ebenfalls auf jeden Client Node durchgeführt wird, zur Zusammenfassung von Map-Ergebnissen.
  3. Reduce – Aggregation aller Ergebnisse auf dem zentralen Rechner (Name Node)

MapReduce ist dazu geeignet, unstrukturierte Daten zu verarbeiten, denn das Format der Daten wird über einen Map-Algorithmus bestimmt, der sehr flexibel programmiert werden kann. MapReduce ist kein eng definierter Algorithmus, sondern eine Hülle, die mit Inhalt befüllt werden muss. So müssen MapReduce-Algorithmen individuell über eine Programmiersprache wie Java, Scala oder Python programmiert werden.

Ein Beispiel eines in Java programmierten Word-Count-Algorithmus nach der MapReduce-Logik in Hadoop findet sich hier:

MapReduce und Advanced Analytics

MapReduce spielt seine Vorteile auf Computer-Clustern aus und eignet sich sehr zur Analyse von Daten nach dem Schema on Read. Für kompliziertere Analysealgorithmen ist MapReduce jedoch nur bedingt geeignet, denn bereits einfache Join-Anweisungen benötigen mehrere MapReduce-Ketten.

Während statistische Auswertungen und Join-Anweisungen mit MapReduce noch gut möglich sind, werden Algorithmen des maschinellen Lernens schwierig bis kaum möglich, da diese viele Iterationen, z. B. zur Anpassung von Gewichten, benötigen.

Benjamin Aunkofer

ID3-Algorithmus: Ein Rechenbeispiel

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Dieser Artikel ist Teil 3 von 4 der Artikelserie Maschinelles Lernen mit Entscheidungsbaumverfahren und nun wollen wir einen Entscheidungsbaum aus Daten herleiten, jedoch ohne Programmierung, sondern direkt auf Papier (bzw. HTML :-).

Folgender Datensatz sei gegeben:

Zeile Kundenart Zahlungsgeschwindigkeit Kauffrequenz Herkunft Zahlungsmittel: Rechnung?
 1  Neukunde  niedrig  niedrig  Inland  false
 2  Neukunde  niedrig  niedrig  Ausland  false
 3  Stammkunde  niedrig  niedrig  Inland  true
 4  Normalkunde  mittel  niedrig  Inland  true
 5  Normalkunde  hoch  hoch  Inland  true
 6  Normalkunde  hoch  hoch  Ausland  false
 7  Stammkunde  hoch  hoch  Ausland  true
 8  Neukunde  mittel  niedrig  Inland  false
 9  Neukunde  hoch  hoch  Inland  true
 10  Normalkunde  mittel  hoch  Inland  true
 11  Neukunde  mittel  hoch  Ausland  true
 12  Stammkunde  mittel  niedrig  Ausland  true
 13  Stammkunde  niedrig  hoch  Inland  true
 14  Normalkunde  mittel  niedrig  Ausland  false

Gleich vorweg ein Disclaimer: Der Datensatz ist natürlich überaus klein, ja gerade zu winzig. Dafür würden wir in der Praxis niemals einen Machine Learning Algorithmus einsetzen. Dennoch bleiben wir besser übersichtlich und nachvollziehbar mit diesen 14 Zeilen. Das Lernziel dieser Übung ist es, ein Gefühl für die Erstellung von Entscheidungsbäumen zu erhalten.
Zu beachten ist ferner, dass dieser Datensatz bereits aggregiert ist, denn eigentlich nummerisch abbildbare Daten wurden in Klassen zusammengefasst.

Das Ziel:

Der Datensatz spielt wieder, welchem Kunden (ID) bisher die Zahlung per Rechnung erlaubt und nicht widerrufen wurde. Das Ziel soll sein, eine Vorhersage darüber zu machen zu können, wann ein Kunde per Rechnung zahlen darf und wann nicht (dann per Vorkasse).

Der Algorithmus:

Wir verwenden den ID3-Algorithmus in seiner Reinform. Der ID3-Algorithmus ist der gängigste Algorithmus zum Aufbau datengetriebener Entscheidungsbäume und es gibt mehrere Abwandlungen. Die Vorgehensweise des Algorithmus wird in dem Teil 2 der Artikelserie Entscheidungsbaum-Algorithmus ID3 erläutert.

1. Schritt: Auswählen des Attributes mit dem höchsten Informationsgewinn

Der Informationsgewinn eines Attributes (A) im Sinne des ID3-Algorithmus ist die Differenz aus der Entropie (E(S)) (siehe Teil 1 der Artikelserie Entropie, ein Maß für die Unreinheit in Daten) des gesamten Datensatzes (S) und der Summe aus den gewichteten Entropien des Attributes für jeden einzelnen Wert (Value i), der im Attribut vorkommt:
IG(S, A) = H(S) - \sum_{i=1}^n \frac{\bigl|S_i\bigl|}{\bigl|S\bigl|} \cdot H(S_i)

1.1 Gesamt-Entropie des Datensatzes berechnen

Erstmal schauen wir uns die Entropie des gesamten Datensatzes an. Die Entropie bezieht sich dabei auf das gewünschte Klassifikationsergebnis, also ist die Zahlung via Rechnung erlaubt oder nicht? Diese Frage wird entweder mit true oder false beantwortet.

H(S) = - \frac{9}{14} \cdot \log_2(\frac{9}{14}) - \frac{5}{14} \cdot \log_2(\frac{5}{14}) = 0.94

1.2 Berechnung der Informationsgewinne aller Attribute

Berechnen wir nun also die Informationsgewinne über alle Spalten.

Attribut Subset Count(true) Count(false)
Kundenart “Neukunde” 2 3
“Stammkunde” 4 0
“Normalkunde” 3 2

Wir zerlegen den gesamten Datensatz gedanklich in drei Kategorien der Kundenart und berechnen die Entropie bezogen auf das Klassifikationsziel:

H(S_{Neukunde}) = - \frac{2}{5} \cdot \log_2(\frac{2}{5}) - \frac{3}{5} \cdot \log_2(\frac{3}{5}) = 0.97

H(S_{Stammkunde}) = - \frac{4}{4} \cdot \log_2(\frac{4}{4}) - \frac{0}{4} \cdot \log_2(\frac{0}{4}) = 0.00

H(S_{Normalkunde}) = - \frac{3}{5} \cdot \log_2(\frac{3}{5}) - \frac{2}{5} \cdot \log_2(\frac{2}{5}) = 0.97

Zur Erinnerung, der Informationsgewinn (Information Gain) wird wie folgt berechnet:

    \[ IG(S, A_{Kundenart}) = - \sum_{i=1}^n \frac{\bigl|S_i\bigl|}{\bigl|S\bigl|} \cdot H(S_i) \]

Angewendet auf das Attribut “Kundenart”…

    \[ IG(S, A_{Kundenart}) = H(S) - \frac{\bigl|S_{Neukunde}\bigl|}{\bigl|S\bigl|} \cdot H(S_{Neukunde}) - \frac{\bigl|S_{Stammkunde}\bigl|}{\bigl|S\bigl|} \cdot H(S_{Stammkunde}) - \frac{\bigl|S_{Normalkunde}\bigl|}{\bigl|S\bigl|} \cdot H(S_{Normalkunde}) \]

… erhalten wir der Formal nach folgenden Informationsgewinn:

    \[ IG(S, A_{Kundenart}) = 0.94 - \frac{5}{14} \cdot 0.97 - \frac{4}{14} \cdot 0.00 - \frac{5}{14} \cdot 0.97 = 0.247 \]

Nun für die weiteren Spalten:

Attribut Subset Count(true) Count(false)
Zahlungsgeschwindigkeit “niedrig” 2 2
“mittel” 4 2
“schnell” 3 1

Entropien für die “Zahlungsgeschwindigkeit”:

H(S_{niedrig}) = - \frac{2}{4} \cdot \log_2(\frac{2}{4}) - \frac{2}{4} \cdot \log_2(\frac{2}{4}) = 1.00

H(S_{mittel}) = - \frac{4}{6} \cdot \log_2(\frac{4}{6}) - \frac{2}{6} \cdot \log_2(\frac{2}{6}) = 0.92

H(S_{schnell}) = - \frac{3}{4} \cdot \log_2(\frac{3}{4}) - \frac{1}{4} \cdot \log_2(\frac{1}{4}) = 0.81

So berechnen wir wieder den Informationsgewinn:

    \[ IG(S, A_{Zahlungsgeschwindigkeit}) = H(S) - \frac{\bigl|S_{niedrig}\bigl|}{\bigl|S\bigl|} \cdot H(S_{niedrig}) - \frac{\bigl|S_{mittel}\bigl|}{\bigl|S\bigl|} \cdot H(S_{mittel}) - \frac{\bigl|S_{schnell}\bigl|}{\bigl|S\bigl|} \cdot H(S_{schnell}) \]

Einsatzen und ausrechnen:

    \[ IG(S, A_{Zahlungsgeschwindigkeit}) = 0.94 - \frac{4}{14} \cdot 1.00 - \frac{6}{14} \cdot 0.92 - \frac{4}{14} \cdot 0.81 = 0.029 \]

Und nun für die Spalte “Kauffrequenz”:

Attribut Subset Count(true) Count(false)
Kauffrequenz “niedrig” 3 4
“hoch” 6 1

Entropien:

H(S_{niedrig}) = - \frac{3}{7} \cdot \log_2(\frac{3}{7}) - \frac{4}{7} \cdot \log_2(\frac{4}{7}) = 0.99

H(S_{hoch}) = - \frac{6}{7} \cdot \log_2(\frac{6}{7}) - \frac{1}{7} \cdot \log_2(\frac{1}{7}) = 0.59

Informationsgewinn:

    \[ IG(S, A_{Kauffrequenz}) = H(S) - \frac{\bigl|S_{niedrig}\bigl|}{\bigl|S\bigl|} \cdot H(S_{niedrig}) - \frac{\bigl|S_{hoch}\bigl|}{\bigl|S\bigl|} \cdot H(S_{hoch}) \]

Einsetzen und Ausrechnen:

    \[ IG(S, A_{Kauffrequenz}) = 0.94 - \frac{7}{14} \cdot 1.00 - \frac{7}{14} \cdot 0.59 = 0.150 \]

Und last but not least die Spalte “Herkunft”:

Attribut Subset Count(true) Count(false)
Herkunft “Inland” 6 2
“Ausland” 3 3

Entropien:

H(S_{Inland}) = - \frac{6}{8} \cdot \log_2(\frac{6}{8}) - \frac{2}{8} \cdot \log_2(\frac{2}{8}) = 0.81

H(S_{Ausland}) = - \frac{3}{6} \cdot \log_2(\frac{3}{6}) - \frac{3}{6} \cdot \log_2(\frac{3}{6}) = 1.00

Informationsgewinn:

    \[ IG(S, A_{Herkunft}) = H(S) - \frac{\bigl|S_{Inland}\bigl|}{\bigl|S\bigl|} \cdot H(S_{Inland}) - \frac{\bigl|S_{Ausland}\bigl|}{\bigl|S\bigl|} \cdot H(S_{Ausland}) \]

Einsetzen und Ausrechnen:

    \[ IG(S, A_{Herkunft}) = 0.94 - \frac{8}{14} \cdot 0.81 - \frac{6}{14} \cdot 1.00 = 0.05 \]

2. Schritt: Anlegen des Wurzel-Knotens

Der Informationsgewinn ist für das Attribut “Kundenart” am größten, daher entscheiden wir uns im Sinne des ID3-Algorithmus für dieses Attribut als Wurzel-Knoten.

3. Schritt: Rekursive Wiederholung (!!!)

Nun stellt sich natürlich die Frage: Wie geht es weiter?

Der Algorithmus kann eigentlich nur eines: Einen Wurzelknoten finden. Diesen Vorgang müssen wir nun nur noch rekursiv wiederholen, und das tun wir wie folgt.

Der Datensatz wurde bereits aufgeteilt in die drei Kundenarten. Für jede Kundenart ergibt sich jeweils ein Subset mit den verbleibenden Attributen. Für alle drei Subsets erstellen wir dann wieder einen Wurzelknoten, so dass ein neuer Ast entsteht.

3.1 Erster Rekursionsschritt

Machen wir also weiter und bestimmen wir das nächste Attribut nach der Kundenart, für die Fälle Kundenart = “Neukunde”:

Zeile Kundenart Zahlungsgeschwindigkeit Kauffrequenz Herkunft Zahlungsmittel: Rechnung?
 1  Neukunde  niedrig  niedrig  Inland  false
 2  Neukunde  niedrig  niedrig  Ausland  false
 8  Neukunde  mittel  niedrig  Inland  false
 9  Neukunde  hoch  hoch  Inland  true
 11  Neukunde  mittel  hoch  Ausland  true

Die Entropie des Gesamtdatensatzes (ja, es ist für diesen Schritt betrachtet der gesamte Datensatz!) ist wie folgt:

H(S_{Neukunde}) = - \frac{2}{5} \cdot \log_2(\frac{2}{5}) - \frac{3}{5} \cdot \log_2(\frac{3}{5}) = 0.97

Die Entropie ist weit weg von einer bestimmten Wahrscheinlichkeit (nahe der Gleichverteilung). Daher müssen wir hier nochmal ansetzen und losrechnen:

Entropien für “Zahlungsgeschwindigkeit” bei Neukunden:

H(S_{niedrig}) = 0.00

H(S_{mittel}) = 1.00

H(S_{hoch}) = 0.00

Informationsgewinn des Attributes “Zahlungsgeschwindigkeit” bei Neukunden:

    \[ IG(S_{Neukunde},A_{Zahlungsgeschwindigkeit}) = 0.97 - \frac{3}{5} \cdot 0.00 - \frac{2}{5} \cdot 1.00 - \frac{1}{5} \cdot 0.00 = 0.57 \]

Betrachtung der Spalte “Kauffrequenz” bei Neukunden:

Entropien für “Kauffrequenz” bei Neukunden:

H(S_{niedrig}) = 0.00

H(S_{hoch}) = 0.00

Informationsgewinn des Attributes “Kauffrequenz” bei Neukunden:

    \[ IG(S_{Neukunde},A_{Kauffrequenz}) = 0.97 - \frac{3}{5} \cdot 0.00 - \frac{2}{5} \cdot 0.00 = 0.97 \]

Betrachtung der Spalte “Herkunft” bei Neukunden:

Entropien für “Herkunft” bei Neukunden:

H(S_{Inland}) = 0.92

H(S_{hoch}) = 1.00

Informationsgewinn des Attributes “Herkunft” bei Neukunden:

    \[ IG(S_{Neukunde},A_{Herkunft}) = 0.97 - \frac{3}{5} \cdot 0.92 - \frac{2}{5} \cdot 1.00 = 0.018 \]

Wir entscheiden uns also für das Attribut “Kauffrequenz” als Ast nach der Entscheidung “Neukunde”, denn dieses Attribut bring uns den größten Informationsgewinn und trennt uns die Unterscheidung für oder gegen das Zahlungsmittel “Rechnung” eindeutig auf.

3.1 Zweiter Rekursionsschritt

Was passiert mit der Kundenart “Stammkunde”?

Zeile Kundenart Zahlungsgeschwindigkeit Kauffrequenz Herkunft Zahlungsmittel: Rechnung?
 3  Stammkunde  niedrig  niedrig  Inland  true
 7  Stammkunde  hoch  hoch  Ausland  true
 12  Stammkunde  mittel  niedrig  Ausland  true
 13  Stammkunde  niedrig  hoch  Inland  true

Die Antwort ist einfach: Nichts!
Wer ein Stammkunde ist, dem wurde stets die Zahlung per Rechnung erlaubt.

H(S_{Stammkunde}) = 0.0

3.1 Dritter Rekursionsschritt

Fehlt nun nur noch die Frage nach der Unterscheidung von Normalkunden.

Zeile Kundenart Zahlungsgeschwindigkeit Kauffrequenz Herkunft Zahlungsmittel: Rechnung?
 4  Normalkunde  mittel  niedrig  Inland  true
 5  Normalkunde  hoch  hoch  Inland  true
 6  Normalkunde  hoch  hoch  Ausland  false
 14  Normalkunde  mittel  niedrig  Ausland  false

Zwar ist die Entropie des Subsets der Normalkunden…

H(S_{Normalkunde}) = 1.0

… denkbar schlecht, da maximal. Aber wir können genauso vorgehen, wie wir es bei dem Subset der Neukunden getan haben. Ich nehme es nun aber vorweg: Wenn wir uns den Datensatz näher ansehen, erkennen wir, dass wir diese Gesamtentropie von 1.0 für das Subset “Normalkunde” nicht mit den Attributen “Kauffrequenz” oder “Zahlungsgeschwindigkeit” reduzieren können, da dieses auch für sich betrachtet in Entropien der Größe 1.0 erhalten werden. Das Attribut “Herkunft” hingegen teilt den Datensatz sauber in true und false auf:

Somit ist der Informationsgewinn für das Attribut “Herkunft” am größten und wir haben unseren Baum komplett und – glücklicherweise – eindeutig bestimmen können!

Ergebnis: Der Entscheidungsbaum

Somit haben wir den Entscheidungsbaum über den ID3-Algorithmus erstellt, der eine Auskunft darüber macht, ob einem Kunden die Zahlung über Rechnung (statt Vorkasse) erlaubt wird:

true = Rechnung als Zahlungsmittel erlaubt
false = Rechnung als Zahlungsmittel nicht erlaubt

Benjamin Aunkofer

Die fünf Schritte zur Datenstrategie

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Big Data ist allgegenwärtig – die Datenrevolution bietet in nahezu allen Branchen vielfältige Nutzungsmöglichkeiten. Bevor Sie jedoch investieren, sollten Sie sehr sorgfältig analysieren, welche Strategie auf Ihr Unternehmen exakt zugeschnitten ist: Ihre Datenstrategie.

Der Artikel Unternehmen brauchen eine Datenstrategie erläutert, wozu Unternehmen eine Datenstrategie erarbeiten sollten, dieser Artikel skizziert eine erprobte Vorgehensweise dafür. Diese Vorgehensweise basiert auf der  Strategiearbeit  unseres Teams, erhebt jedoch keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Das überlegte Ausformulieren einer Datenstrategie ist eine individuelle Arbeit und so fällt es vielen Führungskräften und Mitarbeitern schwer, hierfür eine strukturierte Vorgehensweise zu finden.

Data Driven Thinking spielt bei der Formulierung der Datenstrategie eine wesentliche Rolle: Es ist die, an das Design Thinking angelehnte, Denkweise, Daten zu nutzen, um Fragen zu beantworten und damit verbundene Probleme zu lösen. Geübten Data Thinkern fällt das Durchdenken einer Datenstrategie relativ leicht. Für gedankliche Neueinsteiger in dieses Thema soll die folgende Vorgehensweise eine Hilfe bieten, denn aus meiner Erfahrung zeigten sich bisher folgende fünf Schritte als besonders erfolgskritisch. Diese Schritte sind einer Reihenfolge von der Vision bis zur Datenstrategie vorgegeben, mit dem Ziel, anfänglich ein Bewusstsein dafür zu schaffen, welche Datenquellen zur Verfügung stehen und welche Art von Daten in denen enthalten sind.

Die fünf Schritte zur Datenstrategie

1. Die Vision [Kick-Off]

Jedes Unternehmen benötigt eine individuelle Datenstrategie, die auf die spezielle Ausgangssituation und den gesetzten Unternehmenszielen zugeschnitten ist. Jede Datenstrategie hat eine klare Standortbestimmung und verfolgt oder unterstützt eine bestimmte Vision für das Unternehmen, an der die zu erstellende Datenstrategie auszurichten ist. Der Kick-Off zur Datenstrategie geht u.a. folgenden Fragen nach: Wie sieht die Marktsituation aus? Wie genau funktionieren die Geschäftsmodelle und welche Vision sehen die involvierten Mitarbeiter für ihr Unternehmen?

2. Die Datenquellen

Zum Data Driven Thinking gehört es, Daten zu finden, die Antworten auf Ihre Fragen liefern. Ebenso funktioniert es, vorhandene Daten zu betrachten und daraus Lösungsideen zu entwickeln. Eine Grundvoraussetzung für die Beantwortung von Fragen mit Daten ist es, dass alle verfügbaren Datenquellen gut dokumentiert wurden und die Mitarbeiter Kenntnis sowohl über die Datenquellen als auch über deren Dokumentation haben. Ist das nicht der Fall, ist dies der erste wichtige Schritt zur Erstellung einer Datenstrategie.

Dafür brauchen Sie Ihre IT-Administratoren, einen guten Data Engineer (Was ist ein Data Engineer? Und was ein Data Scientist?) und Ihre, für die Datenstrategie abgestellten Mitarbeiter aus den Fachbereichen.

Das Ergebnis ist die Gewissheit, über welche Daten Sie bereits verfügen und über welche Sie verfügen könnten, würden Sie es wünschen. Zudem werden mit den Datenquellen verbundene Fragen geklärt: Wie sieht es mit der Datensicherheit und dem Datenschutz aus? Nur so betrachten Sie Ihre Datenpotenziale in den weiteren Schritten ganzheitlich und rechtssicher.

3. Die Konzeptionierung der Informationsgewinnung

Sowohl in der Informatik als auch in der Managementlehre ist bekannt, dass aus Daten Informationen werden, wenn die einzelnen Datenpunkte miteinander verknüpft werden. Dennoch hapert es bei den meisten Unternehmen gerade an dieser Stelle. Bisher werden gerade einmal 1% aller Daten genutzt. Daten zu nutzen bedeutet dabei konkret, diese in Informationsflüsse umzuwandeln. Der Schritt der Konzeptionierung der Informationsgewinnung ist ein Ideenprozess darüber, wie – je nach Detailgrad – ganze Datenquellen oder auch nur einzelne Datentabellen innerhalb von Datenbanken miteinander verknüpft werden können – so wie es bisher noch nicht der Fall ist. Es ist ein gedanklicher Prozess des Data Engineering, mit der Fragestellung: Welche Informationsflüsse haben wir bereits und welche Datenquellen erschaffen neue Informationsflüsse (ggf. wenn sie miteinander verknüpft werden)?

Dafür brauchen Sie Ihre Mitarbeiter aus den Fachbereichen, den Data Engineer und idealerweise ab diesen Schritt einen Data Scientist.

Das Ergebnis ist eine Beschreibung der neuen Informationsgewinnung durch Zugriff auf bestimmte Daten.

4. Die Konzeptionierung der Wissensgenerierung

Werden Informationen in einem bestimmten Kontext betrachtet, entsteht Wissen. Im Kontext der Geschäftssitutation Ihres Unternehmens entsteht für Ihr Geschäft relevantes Wissen. In diesem Schritt der Erstellung Ihrer Datenstrategie wird beleuchtet, welche Informationen zur Wissensgenerierung von besonderem Interesse sein könnten und welches Wissen Sie über welche Informationen generieren.

Dafür brauchen Sie Ihren Data Scientist und Ihre Mitarbeiter aus den Fachbereichen

Als Ergebnis werden Analyseverfahren beschrieben, die die Generierung eines gewünschten Wissens (z. B. über Ihre Kunden, Lieferanten, Produkte oder besondere Ereignisse) wahrscheinlich machen (Data Mining) bis hin zur Errichtung eines Assistenzsystems (datengestützte Entscheidungsfindung) oder eines autonomen Systems (datengetriebene Entscheidungsfindung).

Übrigens: Data Driven Thinking ermöglicht Ihnen, bisher als nahezu unlösbar betrachtete Probleme doch noch zu lösen. Diese datengetriebene Denkweise wird für Führungskräfte der Zukunft unverzichtbar und gilt gegenwärtig als Karriere-Turbo in Richtung Führungsetage.

5. Die Planung der Umsetzung

Nachdem nun ein Bewusstsein dafür entstanden ist, welche Daten zur Verfügung stehen, wie aus ihnen Informationen erschaffen und Geschäftswissen zu generieren ist, kommt nun die Frage auf, wie dieses Gedankenkonstrukt in die Realität umzusetzen ist. Für die Umsetzung sind nun eine Menge Fragen zu klären, wie beispielsweise: Welche Tools sollen verwendet werden? Welches Team (Skillset) wird benötigt? Sollen Lösungen eingekauft oder selbst realisiert werden?

Dafür brauchen Sie Ihre Mitarbeiter aus den Fachbereichen, Ihren Data Scientist (Data Mining, Machine Learning) sowie – wenn Sie die Wissensgenerierung automatisieren möchten – erfahrene Software Entwickler.

Als Ergebnis erhalten Sie einen Plan, wie Ihre Datenstrategie technisch realisiert werden soll.

6. Die Datenstrategie [Resultat]

Nachdem Sie alle Fragen von der Vision bis zur konkreten Umsetzungsplanung beantwortet haben, fehlt nur noch die Ausformulierung Ihrer Ideen, Konzepte und der zu erwartenden Ergebnisse für jeden verständlich als ein Dokument namens Datenstrategie. Diese Datenstrategie soll Ihren Plan transparent machen und ist die Grundlage dafür, Ihre Mitarbeiter, Partner und letztendlich auch Ihre Vorgesetzten von Ihrer Strategie zu überzeugen.

Mein Vortrag zur Datenstrategie am Data Leader Day 2017

Am Data Leader Day am 09. November 2017 in Berlin erläutere ich als Keynote “Wie Sie für Ihr Unternehmen die richtige Datenstrategie entwickeln!”
Führungskräfte von Unternehmen wie Otto, Allianz, Deutsche Bahn und  SAP ergänzen mit ihren eigenen Erfahrungen hinsichtlich Big Data Projekten zur Geschäftsoptimierung. Jetzt hier Tickets sichern und dabei sein!

 

Benjamin Aunkofer

Unternehmen brauchen eine Datenstrategie

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Viele Unternehmen stecken gerade in der Digitalisierung fest, digitalisieren Prozesse und Dokumente, vernetzen immer mehr Maschinen und Endgeräte, und generieren dabei folglich immer mehr Daten. Aber auch ungeachtet der aktuellen Digitalisierungs- und Vernetzungsinitiativen verfügen Unternehmen bereits längst über einen wahren Datenschatz in Ihren ERP-, CRM- und sonstigen IT-Systemen. Hinzu kommt ein beinahe unerschöpfliches Datenpotenzial aus externen Quellen hinzu, insbesondere dem Social Media, den Finanzportalen und behördlichen Instituten (Open Data).

Nur die wenigsten Unternehmen – jene dürfen wir ohne Zweifel zu den Gewinnern der Digitalisierung zählen – verfügen über eine konkrete Strategie, wie Daten aus unternehmensinternen und -externen Datenquellen zur Geschäftsoptimierung genutzt werden können: Die Datenstrategie.

Was ist eine Datenstrategie?

Die Datenstrategie ist ein ausformulierter und zielorientierter Verfahrensplan, um Daten in Mehrwert zu verwandeln. Er bringt während seiner Formulierung alle nötigen Funktionsbereichen zusammen, also IT-Administratoren, kaufmännische Entscheider und natürlich Data Scientists bzw. Datenexperten (welche genaue Berufsbezeichnung auch immer damit verbunden sein mag).

Die Datenstrategie ist ein spezieller Business Plan zur gewinnorientierten Datennutzung. In ihr werden klare Ziele und Zeitvorgaben (kurz-, mittel-, langfristig) definiert, der voraussichtliche Ressourcen-Einsatz und die Rahmenbedingungen benannt. Dazu gehören sowohl die technischen (Hardware, Software) als auch die rechtlichen Rahmen (Datenschutz, Datensicherheit, Urheberrecht usw.). Die Datenstrategie die Herausforderungen nachvollziehbar heraus und stellt im Abgleich fest, ob die bestehende Belegschaft im aktuellen Zustand die nötigen Kapazitäten und Qualifikationen hat bzw. ob Maßnahmen zum Erwerb von Know-How (Qualifizierung, Recruiting) ergriffen werden sollten.

Wozu braucht ein Unternehmen eine Datenstrategie?

Viele Unternehmen – ich bin zumindest mit vielen solcher Unternehmen im Gespräch – wissen oft nicht, wie sie am Trend zur Datennutzung partizipieren können, bevor es der Wettbewerb tut bzw. man für neue Märkte unzureichend / zu spät vorbereitet ist. Sie wissen, dass es Potenziale für die Nutzung von Daten gibt, jedoch nicht, welche Tragweite derartige Projekte hinsichtlich des Einsatzes und des Ergebnisses haben werden. Diesen Unternehmen fehlt eine Datenstrategie als ein klarer Fahrplan, um über Datenanalyse die bestehenden Geschäfte zu optimieren. Und möglicherweise auch, um neue Geschäftsmöglichkeiten zu erschließen.

Demgegenüber steht eine andere Art von Unternehmen: Diese sind bereits seit Jahren in die Nutzung von Big Data eingestiegen und haben nun viele offene Baustellen, verschiedene neue Tools und eine große Vielfalt an Projektergebnissen. Einige dieser Unternehmen sehen sich nunmehr mit einer Komplexität konfrontiert, für die der Wunsch nach Bereinigung aufkommt. Hier dient die Datenstrategie zur Fokussierung der Ressourcen auf die individuell besten, d.h. gewinnträchtigsten bzw. nötigsten Einsatzmöglichkeiten, anstatt alle Projekte auf einmal machen.

Zusammenfassend kann demnach gesagt werden, dass eine Datenstrategie dazu dient, sich nicht in Big Data bzw. Data Science Projekte zu verrennen oder mit den falschen Projekten anzufangen. Die Strategie soll Frustration vermeiden und schon vom Ansatz her dafür sorgen, dass die nächst höhere Etage – bis hin zum Vorstand – Big Data Projekte nicht für sinnlos erklärt und die Budgets streicht.

Wie entsteht eine Datenstrategie?

Ein ganz wesentlicher Punkt ist, dass die Datenstrategie kein Dokument wird, welches mühsam nur für die Schublade erstellt wurde. Der Erfolg entsteht schließlich nicht auf schönen Strategiefolien, sondern aus zielgerichteter Hands-on-Arbeit. Zudem ist es erfolgskritisch, dass die Datenstrategie für jeden beteiligten Mitarbeiter verständlich ist und keine Beraterfloskeln enthält, jedoch fachlich und umsetzungsorientiert bleibt. Im Kern steht sicherlich in der Regel eine Analysemethodik (Data Science), allerdings soll die Datenstrategie alle relevanten Fachbereiche im Unternehmen mitnehmen und somit ein Gemeinschaftsgefühl (Wir-Gefühl) erschaffen, und keinesfalls die Erwartung vermitteln, die IT mache da schon irgendwas. Folglich muss die Datenstrategie gemeinschaftlich entwickelt werden, beispielsweise durch die Gründung eines Komitees, welches aus Mitarbeitern unterschiedlichster Hintergründe besetzt ist, die der Interdisziplinität gerecht wird. Eine entsprechend nötige Interdisziplinität des Teams bringt übrigens – das wird häufig verschwiegen – auch Nachteile mit sich, denn treffen die führenden Köpfe aus den unterschiedlichen Fachbereichen aufeinander, werden Vorschläge schnell abgehoben und idealistisch, weil sie die Erwartungen aller Parteien erfüllen sollen. Eine gute Datenstrategie bleibt jedoch auf dem Boden und hat realistische Ziele, sie orientiert sich an den Gegebenheiten und nicht an zukünftigen Wunschvorstellungen einzelner Visionäre.

Idealerweise wird die Entwicklung der Datenstrategie von jemanden begleitet, der sowohl Erfahrung in Verarbeitung von Daten als auch vom Business hat, und der über explizite Erfahrung mit Big Data Projekten verfügt. Gerade auch das Einbeziehen externer Experten ermöglicht, dass indirekt durch den Erfahrungseinfluss aus bereits gemachten Fehlern in anderen Unternehmen gelernt werden kann.

Mehr dazu im nächsten Artikel: Die fünf Schritte zur Datenstrategie! 

Philip Piletic

The Future of CRM Systems

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Growth comes hand in hand with technology advancement. Today CRM software help in handling all customer data including buying habits for as long as they are attached to the company. With all the data collected, what next? How can CRM systems make things better? Most companies find themselves with a lot of data on their hands but fewer tools to capitalize on it.

To have a glimpse at the future of CRM systems, we ought to recognize the problems businesses have now. The critical issue for most companies is to offer personalized communication and products. What should we expect from these systems in the future? Why the need for improved CRM systems?

Retaining customers is easier than pitching new ones. Your clients also become an essential marketing tool. Most of the referrals you get will be from proud customers. With this said, there is the need of a system that enables a business to offer targeted information and products to the customers.

Systems that can Collect all Customer Data even from Other Markets

At the moment, your client information is only based on what you have collected internally. But wouldn’t you want to have a sneak preview of what your customer’s buying habits are outside your business? This will help you come up with relevant data that will meet customer needs. When there is a centralized unit that collects customer data from several sources and shares appropriately, business owners benefit more from the information they garner.

The Birth of Intelligent Units for Business Owners

In the future, we see business owners accessing software or multiple units that can bring order in data collection, analyzing and grouping. With all the data collected, companies are overwhelmed when it comes to utilization. Intelligent systems can analyze and even recommend proper usage of each set of data. This means customized products, recommendations, and appropriate sales formulas.

With all the data collected, businesses are overwhelmed when coming up with sales campaigns. Most of the effort is not recognized because it is not unique to customer needs. Many clients don’t even open emails from shopping outlets because they deem it as a waste of time. It is time to change this notion.

The Need to Use Different Marketing Channels

What if based on the customer data you have collected, you can reach clients through various means? Technology allows a person to use different devices all at the same time. Mobile marketing has not been delved into exhaustively, yet mobile devices are more popular nowadays because of the convenience they bring along. Some people no longer use PCs. When systems target mobile devices, chances of getting a better response are higher.

Social Media Integration

How can you profit from your clients’ social trends? Marketing can be easier when CRMs take into account social media habits. These should be customer specific with approaches that are both friendly, engaging and to the point.

Personalized Services

CRMs in the future will be able to detect customer preferences, styles, and tastes. What is your favorite color? How do you like your products packaged? Have you changed your address? Future systems will be able to detect this quickly and even update business data. No more wrong shipments or guessing what your customers would prefer? The systems will even be able to identify future buying trends that companies can use to their advantage. Customer understanding is vital when offering personalized services.

Customer Involvement

Through improved CRM systems customers can find it easier to make recommendations, offer suggestions and even get involved in the developments in the company. The more interactive a business is, the longer the clients will stay around meaning more sales. Systems can periodically interact with customers on given topics such as new product suggestions, the feedback of which can be useful for growth.

Customer interaction is also essential in promoting product knowledge. All the emails, inquiries and questions coming in can be overwhelming, but when a business has artificial intelligent units handling the incoming traffic, things get easier and tailor made to satisfy customer requests.

Sales Automation

In the future, the need to go through every order and dispatch will be a thing of the past. Systems will automatically detect orders, specifications and make appropriate shipments. This will make things easier and even reduce time spent on each order. CRMs will be able to work on multiple orders efficiently without human supervision. This will enhance a 24-hour working economy. The intelligent units will work day and night meaning that most business operations will go on past the regular working hours without having to employ more staff.

Efficient CRM use will reduce operating costs for most businesses. The need to have many employees or bigger operational space will go down. Customer expectations will be met which will mean better relations. This will result in a vibrant economy.