《推荐系统实战》- 笔记与思考

本文是笔者阅读《推荐系统实战》后的一篇读书笔记，包括了笔者的一部分浅显思考。书质量非常不错，有问题欢迎指正！

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什么是好的推荐系统

推荐系统一般有两种：一种是预测用户评分，另外是给出TopN，但后者会更频繁更有用。因为预测分数并不能怎么样。“重点是他看了，而不是评价”。下面都以TopN为主。

衡量推荐系统有四个基本指标：

• 准确率：
• 召回率：
• 覆盖率：对长尾物品的挖掘能力，所有用户的推荐总列表，占所有商品的比例，可以看出，K越大，覆盖率一定越高
• 流行度:

更高级别的：

• 新颖度: 这会让人眼前一亮，但很难通过离线计算获得，通常都用用户问卷。

现在主流推荐算法都有马太效应：强者越强，弱者越弱，会造成基尼系数的进一步提升。

距离和基于图的算法

基于距离的算法

用户购买的物品，可以记做矩阵。就有了ItemCF和UserCF，即常用的协同过滤。简单说，购买了相似物品的用户越相似，被用户同时购买的商品更相似。

对大部分东西的热度曲线，都呈现长尾效应：指数曲线。占20%的物品占据了80%的流量。越是重度用户，越会关心那些冷门的信息。

UserCF的推荐更社会化， 反映了用户在小型团体中兴趣的程度；和自己相似的人喜欢的，自己也喜欢。 ItemCF的推荐更个性化，反映了用户自己的兴趣：一定会喜欢购买类似的商品。

算法看似简单，但都有共同的问题，比如物品和物品是不同的，新华字典的信息量肯定没有《机器学习》来得大；人和人也是不同的，一个书商购书行为，也和普通的文艺青年有所区别。因此，需要特别去调整频繁用户/物品的权重，避免污染整个数据集。

另外，如果物品特别多或更新频繁，就去更新用户矩阵。而若用户特别多，则可用物品矩阵。简而言之，没有最合适的方法，都需要根据具体业务场景来定义规则。

K值越大，需要考虑的用户和商品就越多，显然，对UserCF,可以提升覆盖率，但不一定能提升召回。对ItemCF, K越大会降低覆盖率（为什么？）。
选择一个合适的K很重要。ItemCF的好处是其可解释性。

基于隐语义的算法

简单说，如果用户之前喜欢科技类书籍，那么就可以给他打标签，科技，之后即可推荐科技类书籍。

但问题是：

• 不是所有的书籍都有准确的分类，比如数学or计算机
• 分类很难提供准确的粗细粒度
• 甚至不一定有合适的分类标签

这就是隐语义，可以通过类似聚类的方法，将Item做分类，但标签不一定是可解释的，也就是所谓的“隐”，即LFM。

LFM通过如下公式计算用户对某个商品的兴趣：

$Preference= p_u^Tq_i = \sum_(p_(u,k))^(i_(k,u)) $

分为两步， 其中\(P_(u,k)\) 度量了用户u的兴趣和k个隐变量的关系， \(q_(i,k)\) 度量了k个隐变量和商品i的关系。类似传导。很像SVD分解后的S矩阵和D矩阵。

这基本上把它当成了打分的问题（分类），但是负样本从哪里来？一些网站可通过“踩”表达负向，但很多时候只有正向。 负向可通过采样实现，比较好的实践方法：

• 从热门，但用户却没有反馈的样本中抽取负样本
• 对每个用户，保证正负样本的平衡

之后即可通过SGD最小化均方误差(SGD简直万能)。LFM比ItemCF和UserCF效果都好，但样本稀疏时，可能效果就不如了。另外，提升负样本的比率可有效提升系统的准确率和召回率。

基于图的算法

ItemCF和UserCF都只考虑了一层关系，但朋友的朋友如果也喜欢一样东西是不是我也会喜欢它呢？基于图的算法，比那几种考虑的更多。当然，计算量也更大。

方法是随机游走，将i和u都看成图上的点，有一定的概率转移和停顿，则经过多次迭代，每个节点被访问到的概率会逐渐趋于定值。称作PersonalRank算法。

但是，计算量太大，方法就是求逆矩阵。

3. 推荐系统的冷启动问题

当系统刚刚建立，数据并不完全，因此很多计算无法实施，尤其是ItemCF。

两种解决办法：

用户相关

注册时提交喜好信息，构建成最适合分类的二叉树，从而快速确定用户的基本兴趣。

注册时提供基本信息，系统可根据性别/年龄和国籍来进行初步推荐。

商品相关

对商品进行分类，利用商品特征，做出关键词向量，开发线性分类器。向量空间模型的特点是简单容易实现，但却丢失了一些信息。 相比于协同过滤，它的性能低很多。

但是这也不一定，比如GitHub，可能会fork同一个作者的多个项目，因此将作者作为特征，可以非常强地模拟协同过滤。

LDA也可以对话题做出分类，这种方法比向量空间模型更为高级，但是其内部的数学原理，还需挖掘（待学习）。

另外是专家系统，通过专家对不同维度进行打标，解决冷启动，这也有很多成功的案例。如果item较少，这种方式是很可行的。

冷启动代表了一系列问题，处理它需要一定的经验。

4. 用户标签

先理清UGC的概念，是User Generated Content的简称。标签是一种常用的方法，便于解释，用户能够方便地为商品打标，提升用户互动。

一般来说，标签可以由系统自动产生（NLP），也可以由用户手工添加，包括以下类型：作者，主题，时间，评价，是否喜爱等。

基线算法

统计用户最常用的标签，对每个标签，统计被打过这些标签的最多的商品，然后把这些商品推荐给用户。

标签会随着系统发展，变得越来越多。因此相似的标签需要合并，不合理的标签要去掉，太过普遍的标签会被降权。

如果用户给的标签太少，则可以在已有的标签上，给出更多新的标签。

标签相当于是个纽带。同样标签也能被推荐，方法也很简单。

5. 利用上下文信息

时间上下文

用户在不同场景下，心情是不同的。因此行为和音乐肯定也有所区别。实时性非常重要，此时，推荐系统变成了时变系统。

当用户对某个物品发生了点击时，就会触发一次推荐的更新，这种实时回流非常重要。是如何实现的呢？

• 如何判断一个系统的时变速度

显然维基百科和youtube的物品时变速率大大不同。新闻比电影的时变性更强。判断系统时变性有两种方法，T天之内，每天和前一天该物品的特征向量求相似度数值，可以扫出一条曲线。

• 如何提高时变性

最简单的，在推荐列表中，一部分是推荐的，一部分是随机的。

当用户看过某件商品，就会对其做降权。很多推荐系统无法得到更多的回流数据，导致重复推荐。

每次都使用不同的推荐算法来推荐。

• 对时间增加权重

最近的行为，对这次的相似度贡献要比更早的行为更多。

当然，推荐系统要首先保证精度，再考虑推荐的实时性。

地点上下文

一些场景对地点很敏感，例如餐馆商场等。本地新闻也会提升用户的粘性。这个问题比较复杂，有一些方法能解决这个问题：

设计多层分类器，例如江苏南京用户，先对整体用户做推荐，再对中国用户推荐，再对江苏，最后是南京，几种模型进行叠加，最终生成结果。但问题是到分类树的枝杈时，数据已经非常稀疏了。

6. 推荐系统实例

基础结构

包括三个部分：UI，日志系统和推荐系统。

三个级别： 用户，特征，商品。先从用户生成特征，再通过特征找到商品。

三个步骤： 推荐，过滤，排序。

多个推荐系统可以进行投票，最终可以做推荐系统的推荐系统，按照不同用户的需求生成推荐

7. 对于新闻推荐算法的思考

新闻有其独特的特点： 不断有新文章进来，之后又不断过期。实时性很高。ItemCF似乎不可行。

用户会喜欢多个类目，但一旦热门新闻过来，门类反而不重要了。甚至一些观点认为，每天最热门的物品已经吸引了绝大多数用户的眼球，长尾物品很少得到用户关注。

而新闻本身的质量非常重要。通常好文章的阅读数远大于其他文章（长尾效应，二八原则）

如果没有社交信息，UserCF就也变得不可靠了。

需要对文章的作者提供适当的保护，否则马太效应明显。

拥有众多埋点行为可供参考，例如该页面停留时间，用户滑动行为，点击/点赞/踩。

8. 其他

从整本书，我们能够分析一些通用的思路。

通过向量可以计算相似度，用共现可计算关系。但是，需要对热门u或i做惩罚，TF/IDF是个很好的思路。它不仅能用于词汇，还能用于各种离散化的，对顺序无要求的系统中。

计算一个网络中多个节点的关系，可以用PersonalRank来实现，即随机游走。随机游走需要定义启动概率，一般是相同的。这种算法的好处，是能够评估横跨多个节点的弱关系。虽然图距离较远，但因为路径权重较大，很有可能距离比直接节点还要近。

推荐系统是与人打交道的系统，如何提升交互的质量非常重要，例如可解释性。系统设计人员需要对业务有深入的了解，例如电商推荐，商品的降价信息可能会极大地影响推荐的效果。但这个特征似乎被忽视了。

太过复杂的算法，效果可能不一定好，因为可能无法满足实时性要求。或是在工程上成本太高，反而抵消了复杂算法实现的效果。

为什么推荐系统会发布那么多论文，因为这里可变的参数实在太多了，而使用的环境又千变万化，上下文也会改变，非常适合大量的水论文。