Slope One 之二: C#实现

上一篇简单介绍了Slope One算法的概念, 这次介绍C#实现
使用基于Slope One算法的推荐需要以下数据:
1. 有一组用户
2. 有一组Items(文章, 商品等)
3. 用户会对其中某些项目打分(Rating)表达他们的喜好
Slope One算法要解决的问题是, 对某个用户, 已知道他对其中一些Item的Rating了, 向他推荐一些他还没有Rating的Items, 以增加销售机会. :-)

一个推荐系统的实现包括以下三步:
1. 计算出任意两个Item之间Rating的差值
2. 输入某个用户的Rating记录, 推算出对其它Items的可能Rating值
3. 根据Rating的值排序, 给出Top Items;

第一步:例如我们有三个用户和4个Items, 用户打分的情况如下表.

Ratings	User1	User2	User3
Item1	5	4	4
Item2	4	5	4
Item3	4	3	N/A
Item4	N/A	5	5

在第一步中我们的工作就是计算出Item之间两两的打分之差, 也就是使说计算出以下矩阵:

	Item1	Item2	Item3	Item4
Item1	N/A	0/3	2/2	-2/2
Item2	0/3	N/A	2/2	-1/2
Item3	-2/2	-2/2	N/A	-2/1
Item4	2/2	1/2	2/1	N/A

考虑到加权算法, 还要记录有多少人对这两项打了分(Freq), 我们先定义一个结构来保存Rating:
    public class Rating
    {
        public float Value { get; set; }
        public int Freq { get; set; }

        public float AverageValue
        {
            get {return Value / Freq;}
        }
    }
我决定用一个Dictionary来保存这个结果矩阵:
    public class RatingDifferenceCollection : Dictionary<string, Rating>
    {
        private string GetKey(int Item1Id, int Item2Id)
        {
            return Item1Id + "/" + Item2Id;
        }

        public bool Contains(int Item1Id, int Item2Id)
        {
            return this.Keys.Contains<string>(GetKey(Item1Id, Item2Id));
        }

        public Rating this[int Item1Id, int Item2Id]
        {
            get {
                    return this[this.GetKey(Item1Id, Item2Id)];
            }
            set { this[this.GetKey(Item1Id, Item2Id)] = value; }
        }
    }

接下来我们来实现SlopeOne类. 首先创建一个RatingDifferenceCollection来保存矩阵, 还要创建HashSet来保持系统中总共有哪些Items:
    public class SlopeOne
    {       
        public RatingDifferenceCollection _DiffMarix = new RatingDifferenceCollection();  // The dictionary to keep the diff matrix
        public HashSet<int> _Items = new HashSet<int>();  // Tracking how many items totally

方法AddUserRatings接收一个用户的打分记录(Item-Rating): public void AddUserRatings(IDictionary<int, float> userRatings)
AddUserRatings中有两重循环, 外层循环遍历输入中的所有Item, 内层循环再遍历一次, 计算出一对Item之间Rating的差存入_DiffMarix, 记得Freq加1, 以记录我们又碰到这一对Items一次:
    Rating ratingDiff = _DiffMarix[item1Id, item2Id];
    ratingDiff.Value += item1Rating - item2Rating;
    ratingDiff.Freq += 1;

对每个用户调用AddUserRatings后, 建立起矩阵. 但我们的矩阵是以表的形式保存:

	Rating Dif	Freq
Item1-2	0	3
Item1-3	1	2
Item2-1	0	3
Item2-3	1	2
Item3-1	-1	2
Item3-2	-1	2
Item1-4	-1	2
Item2-4	-0.5	2
Item3-4	-2	1
Item4-1	1	2
Item4-2	0.5	2
Item4-3	2	1

第二步:输入某个用户的Rating记录, 推算出对其它Items的可能Rating值:
public IDictionary<int, float> Predict(IDictionary<int, float> userRatings)
也是两重循环, 外层循环遍历_Items中所有的Items; 内层遍历userRatings, 用此用户的ratings结合第一步得到的矩阵, 推算此用户对系统中每个项目的Rating:
    Rating itemRating = new Rating(); // Prediction of this user's rating
    ...
    Rating diff = _DiffMarix[itemId, inputItemId]:
    itemRating.Value += diff.Freq * (diff.AverageValue + userRating.Value);
    itemRating.Freq += diff.Freq;

第三步:得到用户的Rating预测后,就可以按rating排序, 向用户推荐了. 测试一下:
    Dictionary<int, float> userRating userRating = new Dictionary<int, float>();
    userRating.Add(1, 5);
    userRating.Add(3, 4);
    IDictionary<int, float> Predictions = test.Predict(userRating);
    foreach (var rating in Predictions)
    {
        Console.WriteLine("Item " + rating.Key + " Rating: " + rating.Value);
    }   
输出:
Item 2 Rating: 5
Item 4 Rating: 6

改进:
观察之前产生的矩阵可以发现, 其中有很多浪费的空间; 例如: 对角线上永远是不会有值的. 因为我们是用线性表保存矩阵值, 已经避免了这个问题;
对角线下方的值和对角线上方的值非常对称,下方的值等于上方的值乘以-1; 在数据量很大的时候是很大的浪费. 我们可以通过修改RatingDifferenceCollection来完善. 可以修改GetKey方法, 用Item Pair来作为Key:
    private string GetKey(int Item1Id, int Item2Id) {
        return (Item1Id < Item2Id) ? Item1Id + "/" + Item2Id : Item2Id + "/" + Item1Id ;;
    }
完整代码在这里,在.net 3.5上调试通过;
参考资料
tutorial about how to implement Slope One in Python