From 4adeb85b73109326560ce48bca93b6f4971694d7 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: hutuxian Date: Fri, 25 Jan 2019 17:47:52 +0800 Subject: [PATCH] update the test output and some improper description (#669) --- 05.recommender_system/README.cn.md | 83 ++++++++++++++++------------- 05.recommender_system/index.cn.html | 83 ++++++++++++++++------------- 05.recommender_system/train.py | 20 +++---- 3 files changed, 97 insertions(+), 89 deletions(-) diff --git a/05.recommender_system/README.cn.md b/05.recommender_system/README.cn.md index 4c5297d..372e47d 100644 --- a/05.recommender_system/README.cn.md +++ b/05.recommender_system/README.cn.md @@ -4,19 +4,19 @@ ## 背景介绍 -在网络技术不断发展和电子商务规模不断扩大的背景下，商品数量和种类快速增长，用户需要花费大量时间才能找到自己想买的商品，这就是信息超载问题。为了解决这个难题，推荐系统（Recommender System）应运而生。 +在网络技术不断发展和电子商务规模不断扩大的背景下，商品数量和种类快速增长，用户需要花费大量时间才能找到自己想买的商品，这就是信息超载问题。为了解决这个难题，个性化推荐系统（Recommender System）应运而生。 -个性化推荐系统是信息过滤系统（Information Filtering System）的子集，它可以用在很多领域，如电影、音乐、电商和 Feed 流推荐等。推荐系统通过分析、挖掘用户行为，发现用户的个性化需求与兴趣特点，将用户可能感兴趣的信息或商品推荐给用户。与搜索引擎不同，推荐系统不需要用户准确地描述出自己的需求，而是根据分析历史行为建模，主动提供满足用户兴趣和需求的信息。 +个性化推荐系统是信息过滤系统（Information Filtering System）的子集，它可以用在很多领域，如电影、音乐、电商和 Feed 流推荐等。个性化推荐系统通过分析、挖掘用户行为，发现用户的个性化需求与兴趣特点，将用户可能感兴趣的信息或商品推荐给用户。与搜索引擎不同，个性化推荐系统不需要用户准确地描述出自己的需求，而是根据用户的历史行为进行建模，主动提供满足用户兴趣和需求的信息。 -传统的推荐系统方法主要有： +1994年明尼苏达大学推出的GroupLens系统[[1](#参考文献)]一般被认为是个性化推荐系统成为一个相对独立的研究方向的标志。该系统首次提出了基于协同过滤来完成推荐任务的思想，此后，基于该模型的协同过滤推荐引领了个性化推荐系统十几年的发展方向。 -- 协同过滤推荐（Collaborative Filtering Recommendation）：该方法收集分析用户历史行为、活动、偏好，计算一个用户与其他用户的相似度，利用目标用户的相似用户对商品评价的加权评价值，来预测目标用户对特定商品的喜好程度。优点是可以给用户推荐未浏览过的新产品；缺点是对于没有任何行为的新用户存在冷启动的问题，同时也存在用户与商品之间的交互数据不够多造成的稀疏问题，会导致模型难以找到相近用户。 -- 基于内容过滤推荐[[1](#参考文献)]（Content-based Filtering Recommendation）：该方法利用商品的内容描述，抽象出有意义的特征，通过计算用户的兴趣和商品描述之间的相似度，来给用户做推荐。优点是简单直接，不需要依据其他用户对商品的评价，而是通过商品属性进行商品相似度度量，从而推荐给用户所感兴趣商品的相似商品；缺点是对于没有任何行为的新用户同样存在冷启动的问题。 -- 组合推荐[[2](#参考文献)]（Hybrid Recommendation）：运用不同的输入和技术共同进行推荐，以弥补各自推荐技术的缺点。 +传统的个性化推荐系统方法主要有： -其中协同过滤是应用最广泛的技术之一，它又可以分为多个子类：基于用户 （User-Based）的推荐[[3](#参考文献)] 、基于物品（Item-Based）的推荐[[4](#参考文献)]、基于社交网络关系（Social-Based）的推荐[[5](#参考文献)]、基于模型（Model-based）的推荐等。1994年明尼苏达大学推出的GroupLens系统[[3](#参考文献)]一般被认为是推荐系统成为一个相对独立的研究方向的标志。该系统首次提出了基于协同过滤来完成推荐任务的思想，此后，基于该模型的协同过滤推荐引领了推荐系统十几年的发展方向。 +- 协同过滤推荐（Collaborative Filtering Recommendation）：该方法是应用最广泛的技术之一，需要收集和分析用户的历史行为、活动和偏好。它通常可以分为两个子类：基于用户 （User-Based）的推荐[[1](#参考文献)] 和基于物品（Item-Based）的推荐[[2](#参考文献)]。该方法的一个关键优势是它不依赖于机器去分析物品的内容特征，因此它无需理解物品本身也能够准确地推荐诸如电影之类的复杂物品；缺点是对于没有任何行为的新用户存在冷启动的问题，同时也存在用户与商品之间的交互数据不够多造成的稀疏问题。值得一提的是，社交网络[[3](#参考文献)]或地理位置等上下文信息都可以结合到协同过滤中去。 +- 基于内容过滤推荐[[4](#参考文献)]（Content-based Filtering Recommendation）：该方法利用商品的内容描述，抽象出有意义的特征，通过计算用户的兴趣和商品描述之间的相似度，来给用户做推荐。优点是简单直接，不需要依据其他用户对商品的评价，而是通过商品属性进行商品相似度度量，从而推荐给用户所感兴趣商品的相似商品；缺点是对于没有任何行为的新用户同样存在冷启动的问题。 +- 组合推荐[[5](#参考文献)]（Hybrid Recommendation）：运用不同的输入和技术共同进行推荐，以弥补各自推荐技术的缺点。 -深度学习具有优秀的自动提取特征的能力，能够学习多层次的抽象特征表示，并对异质或跨域的内容信息进行学习，可以一定程度上处理推荐系统冷启动问题[[6](#参考文献)]。本教程主要介绍个性化推荐的深度学习模型，以及如何使用PaddlePaddle实现模型。 +近些年来，深度学习在很多领域都取得了巨大的成功。学术界和工业界都在尝试将深度学习应用于个性化推荐系统领域中。深度学习具有优秀的自动提取特征的能力，能够学习多层次的抽象特征表示，并对异质或跨域的内容信息进行学习，可以一定程度上处理个性化推荐系统冷启动问题[[6](#参考文献)]。本教程主要介绍个性化推荐的深度学习模型，以及如何使用PaddlePaddle实现模型。 ## 效果展示 @@ -30,15 +30,15 @@ Prediction Score is 4.25 ## 模型概览 -本章中，我们首先介绍YouTube的视频推荐系统[[7](#参考文献)]，然后介绍我们实现的融合推荐模型。 +本章中，我们首先介绍YouTube的视频个性化推荐系统[[7](#参考文献)]，然后介绍我们实现的融合推荐模型。 -### YouTube的深度神经网络推荐系统 +### YouTube的深度神经网络个性化推荐系统 -YouTube是世界上最大的视频上传、分享和发现网站，YouTube推荐系统为超过10亿用户从不断增长的视频库中推荐个性化的内容。整个系统由两个神经网络组成：候选生成网络和排序网络。候选生成网络从百万量级的视频库中生成上百个候选，排序网络对候选进行打分排序，输出排名最高的数十个结果。系统结构如图1所示： +YouTube是世界上最大的视频上传、分享和发现网站，YouTube个性化推荐系统为超过10亿用户从不断增长的视频库中推荐个性化的内容。整个系统由两个神经网络组成：候选生成网络和排序网络。候选生成网络从百万量级的视频库中生成上百个候选，排序网络对候选进行打分排序，输出排名最高的数十个结果。系统结构如图1所示：


-图1. YouTube 推荐系统结构 +图1. YouTube 个性化推荐系统结构

#### 候选生成网络（Candidate Generation Network） @@ -64,7 +64,7 @@ $$P(\omega=i|u)=\frac{e^{v_{i}u}}{\sum_{j \in V}e^{v_{j}u}}$$ 排序网络的结构类似于候选生成网络，但是它的目标是对候选进行更细致的打分排序。和传统广告排序中的特征抽取方法类似，这里也构造了大量的用于视频排序的相关特征（如视频 ID、上次观看时间等）。这些特征的处理方式和候选生成网络类似，不同之处是排序网络的顶部是一个加权逻辑回归（weighted logistic regression），它对所有候选视频进行打分，从高到底排序后将分数较高的一些视频返回给用户。 ### 融合推荐模型 -本节会使卷积神经网络（Convolutional Neural Networks）来学习电影名称的表示。下面会依次介绍文本卷积神经网络以及融合推荐模型。 +本节会使用卷积神经网络（Convolutional Neural Networks）来学习电影名称的表示。下面会依次介绍文本卷积神经网络以及融合推荐模型。 #### 文本卷积神经网络（CNN） @@ -77,7 +77,7 @@ $$P(\omega=i|u)=\frac{e^{v_{i}u}}{\sum_{j \in V}e^{v_{j}u}}$$ 图3. 卷积神经网络文本分类模型

-假设待处理句子的长度为$n$，其中第$i$个词的词向量（word embedding）为$x_i\in\mathbb{R}^k$，$k$为维度大小。 +假设待处理句子的长度为$n$，其中第$i$个词的词向量为$x_i\in\mathbb{R}^k$，$k$为维度大小。 首先，进行词向量的拼接操作：将每$h$个词拼接起来形成一个大小为$h$的词窗口，记为$x_{i:i+h-1}$，它表示词序列$x_{i},x_{i+1},\ldots,x_{i+h-1}$的拼接，其中，$i$表示词窗口中第一个词在整个句子中的位置，取值范围从$1$到$n-h+1$，$x_{i:i+h-1}\in\mathbb{R}^{hk}$。 @@ -89,9 +89,9 @@ $$c=[c_1,c_2,\ldots,c_{n-h+1}], c \in \mathbb{R}^{n-h+1}$$ $$\hat c=max(c)$$ -#### 模型概览 +#### 融合推荐模型概览 -在融合推荐模型的电影推荐系统中： +在融合推荐模型的电影个性化推荐系统中： 1. 首先，使用用户特征和电影特征作为神经网络的输入，其中： @@ -103,10 +103,9 @@ $$\hat c=max(c)$$ 3. 对电影特征，将电影ID以类似用户ID的方式进行处理，电影类型ID以向量的形式直接输入全连接层，电影名称用文本卷积神经网络得到其定长向量表示。然后将三个属性的特征表示分别全连接并相加。 -4. 得到用户和电影的向量表示后，计算二者的余弦相似度作为推荐系统的打分。最后，用该相似度打分和用户真实打分的差异的平方作为该回归模型的损失函数。 +4. 得到用户和电影的向量表示后，计算二者的余弦相似度作为个性化推荐系统的打分。最后，用该相似度打分和用户真实打分的差异的平方作为该回归模型的损失函数。

-
图4. 融合推荐模型

@@ -214,6 +213,8 @@ print "User %s rates Movie %s with Score %s"%(user_info[uid], movie_info[mov_id] ## 模型配置说明 下面我们开始根据输入数据的形式配置模型。首先引入所需的库函数以及定义全局变量。 +- IS_SPARSE: embedding中是否使用稀疏更新 +- PASS_NUM: epoch数量 ```python @@ -227,14 +228,15 @@ import paddle.fluid.layers as layers import paddle.fluid.nets as nets IS_SPARSE = True -USE_GPU = False BATCH_SIZE = 256 +PASS_NUM = 20 ``` 然后为我们的用户特征综合模型定义模型配置 ```python def get_usr_combined_features(): + """network definition for user part""" USR_DICT_SIZE = paddle.dataset.movielens.max_user_id() + 1 @@ -300,6 +302,7 @@ def get_usr_combined_features(): ```python def get_mov_combined_features(): + """network definition for item(movie) part""" MOV_DICT_SIZE = paddle.dataset.movielens.max_movie_id() + 1 @@ -354,6 +357,8 @@ def get_mov_combined_features(): ```python def inference_program(): + """the combined network""" + usr_combined_features = get_usr_combined_features() mov_combined_features = get_mov_combined_features() @@ -367,6 +372,7 @@ def inference_program(): ```python def train_program(): + """define the cost function""" scale_infer = inference_program() @@ -440,14 +446,14 @@ def train_test(program, reader): feeder_test = fluid.DataFeeder( feed_list=feed_var_list, place=place) test_exe = fluid.Executor(place) - accumulated = len([avg_cost, scale_infer]) * [0] + accumulated = 0 for test_data in reader(): avg_cost_np = test_exe.run(program=program, feed=feeder_test.feed(test_data), - fetch_list=[avg_cost, scale_infer]) - accumulated = [x[0] + x[1][0] for x in zip(accumulated, avg_cost_np)] + fetch_list=[avg_cost]) + accumulated += avg_cost_np[0] count += 1 - return [x / count for x in accumulated] + return accumulated / count ``` ### 构建训练主循环并开始训练 @@ -458,8 +464,10 @@ def train_test(program, reader): params_dirname = "recommender_system.inference.model" from paddle.utils.plot import Ploter +train_prompt = "Train cost" test_prompt = "Test cost" -plot_cost = Ploter(test_prompt) + +plot_cost = Ploter(train_prompt, test_prompt) def train_loop(): feed_list = [ @@ -476,13 +484,12 @@ def train_loop(): fetch_list=[avg_cost]) out = np.array(outs[0]) - avg_cost_set = train_test(test_program, test_reader) - # get test avg_cost - test_avg_cost = np.array(avg_cost_set).mean() - plot_cost.append(test_prompt, batch_id, outs[0]) + test_avg_cost = train_test(test_program, test_reader) + + plot_cost.append(train_prompt, batch_id, outs[0]) + plot_cost.append(test_prompt, batch_id, test_avg_cost) plot_cost.plot() - print("avg_cost: %s" % test_avg_cost) if batch_id == 20: if params_dirname is not None: @@ -491,13 +498,13 @@ def train_loop(): "movie_id", "category_id", "movie_title" ], [scale_infer], exe) return - else: - print('BatchID {0}, Test Loss {1:0.2}'.format(pass_id + 1, - float(test_avg_cost))) + print('EpochID {0}, BatchID {1}, Test Loss {2:0.2}'.format( + pass_id + 1, batch_id + 1, float(test_avg_cost))) if math.isnan(float(out[0])): sys.exit("got NaN loss, training failed.") ``` +开始训练 ```python train_loop() ``` @@ -562,16 +569,16 @@ with fluid.scope_guard(inference_scope): ## 总结 -本章介绍了传统的推荐系统方法和YouTube的深度神经网络推荐系统，并以电影推荐为例，使用PaddlePaddle训练了一个个性化推荐神经网络模型。推荐系统几乎涵盖了电商系统、社交网络、广告推荐、搜索引擎等领域的方方面面，而在图像处理、自然语言处理等领域已经发挥重要作用的深度学习技术，也将会在推荐系统领域大放异彩。 +本章介绍了传统的个性化推荐系统方法和YouTube的深度神经网络个性化推荐系统，并以电影推荐为例，使用PaddlePaddle训练了一个个性化推荐神经网络模型。个性化推荐系统几乎涵盖了电商系统、社交网络、广告推荐、搜索引擎等领域的方方面面，而在图像处理、自然语言处理等领域已经发挥重要作用的深度学习技术，也将会在个性化推荐系统领域大放异彩。 ## 参考文献 -1. [Peter Brusilovsky](https://en.wikipedia.org/wiki/Peter_Brusilovsky) (2007). *The Adaptive Web*. p. 325. -2. Robin Burke , [Hybrid Web Recommender Systems](http://www.dcs.warwick.ac.uk/~acristea/courses/CS411/2010/Book%20-%20The%20Adaptive%20Web/HybridWebRecommenderSystems.pdf), pp. 377-408, The Adaptive Web, Peter Brusilovsky, Alfred Kobsa, Wolfgang Nejdl (Ed.), Lecture Notes in Computer Science, Springer-Verlag, Berlin, Germany, Lecture Notes in Computer Science, Vol. 4321, May 2007, 978-3-540-72078-2. -3. P. Resnick, N. Iacovou, etc. “[GroupLens: An Open Architecture for Collaborative Filtering of Netnews](http://ccs.mit.edu/papers/CCSWP165.html)”, Proceedings of ACM Conference on Computer Supported Cooperative Work, CSCW 1994. pp.175-186. -4. Sarwar, Badrul, et al. "[Item-based collaborative filtering recommendation algorithms.](http://files.grouplens.org/papers/www10_sarwar.pdf)" *Proceedings of the 10th international conference on World Wide Web*. ACM, 2001. -5. Kautz, Henry, Bart Selman, and Mehul Shah. "[Referral Web: combining social networks and collaborative filtering.](http://www.cs.cornell.edu/selman/papers/pdf/97.cacm.refweb.pdf)" Communications of the ACM 40.3 (1997): 63-65. APA +1. P. Resnick, N. Iacovou, etc. “[GroupLens: An Open Architecture for Collaborative Filtering of Netnews](http://ccs.mit.edu/papers/CCSWP165.html)”, Proceedings of ACM Conference on Computer Supported Cooperative Work, CSCW 1994. pp.175-186. +2. Sarwar, Badrul, et al. "[Item-based collaborative filtering recommendation algorithms.](http://files.grouplens.org/papers/www10_sarwar.pdf)" *Proceedings of the 10th international conference on World Wide Web*. ACM, 2001. +3. Kautz, Henry, Bart Selman, and Mehul Shah. "[Referral Web: combining social networks and collaborative filtering.](http://www.cs.cornell.edu/selman/papers/pdf/97.cacm.refweb.pdf)" Communications of the ACM 40.3 (1997): 63-65. APA +4. [Peter Brusilovsky](https://en.wikipedia.org/wiki/Peter_Brusilovsky) (2007). *The Adaptive Web*. p. 325. +5. Robin Burke , [Hybrid Web Recommender Systems](http://www.dcs.warwick.ac.uk/~acristea/courses/CS411/2010/Book%20-%20The%20Adaptive%20Web/HybridWebRecommenderSystems.pdf), pp. 377-408, The Adaptive Web, Peter Brusilovsky, Alfred Kobsa, Wolfgang Nejdl (Ed.), Lecture Notes in Computer Science, Springer-Verlag, Berlin, Germany, Lecture Notes in Computer Science, Vol. 4321, May 2007, 978-3-540-72078-2. 6. Yuan, Jianbo, et al. ["Solving Cold-Start Problem in Large-scale Recommendation Engines: A Deep Learning Approach."](https://arxiv.org/pdf/1611.05480v1.pdf) *arXiv preprint arXiv:1611.05480* (2016). 7. Covington P, Adams J, Sargin E. [Deep neural networks for youtube recommendations](https://static.googleusercontent.com/media/research.google.com/zh-CN//pubs/archive/45530.pdf)[C]//Proceedings of the 10th ACM Conference on Recommender Systems. ACM, 2016: 191-198. diff --git a/05.recommender_system/index.cn.html b/05.recommender_system/index.cn.html index e8d6ff0..ea41aaa 100644 --- a/05.recommender_system/index.cn.html +++ b/05.recommender_system/index.cn.html @@ -46,19 +46,19 @@ ## 背景介绍 -在网络技术不断发展和电子商务规模不断扩大的背景下，商品数量和种类快速增长，用户需要花费大量时间才能找到自己想买的商品，这就是信息超载问题。为了解决这个难题，推荐系统（Recommender System）应运而生。 +在网络技术不断发展和电子商务规模不断扩大的背景下，商品数量和种类快速增长，用户需要花费大量时间才能找到自己想买的商品，这就是信息超载问题。为了解决这个难题，个性化推荐系统（Recommender System）应运而生。 -个性化推荐系统是信息过滤系统（Information Filtering System）的子集，它可以用在很多领域，如电影、音乐、电商和 Feed 流推荐等。推荐系统通过分析、挖掘用户行为，发现用户的个性化需求与兴趣特点，将用户可能感兴趣的信息或商品推荐给用户。与搜索引擎不同，推荐系统不需要用户准确地描述出自己的需求，而是根据分析历史行为建模，主动提供满足用户兴趣和需求的信息。 +个性化推荐系统是信息过滤系统（Information Filtering System）的子集，它可以用在很多领域，如电影、音乐、电商和 Feed 流推荐等。个性化推荐系统通过分析、挖掘用户行为，发现用户的个性化需求与兴趣特点，将用户可能感兴趣的信息或商品推荐给用户。与搜索引擎不同，个性化推荐系统不需要用户准确地描述出自己的需求，而是根据用户的历史行为进行建模，主动提供满足用户兴趣和需求的信息。 -传统的推荐系统方法主要有： +1994年明尼苏达大学推出的GroupLens系统[[1](#参考文献)]一般被认为是个性化推荐系统成为一个相对独立的研究方向的标志。该系统首次提出了基于协同过滤来完成推荐任务的思想，此后，基于该模型的协同过滤推荐引领了个性化推荐系统十几年的发展方向。 -- 协同过滤推荐（Collaborative Filtering Recommendation）：该方法收集分析用户历史行为、活动、偏好，计算一个用户与其他用户的相似度，利用目标用户的相似用户对商品评价的加权评价值，来预测目标用户对特定商品的喜好程度。优点是可以给用户推荐未浏览过的新产品；缺点是对于没有任何行为的新用户存在冷启动的问题，同时也存在用户与商品之间的交互数据不够多造成的稀疏问题，会导致模型难以找到相近用户。 -- 基于内容过滤推荐[[1](#参考文献)]（Content-based Filtering Recommendation）：该方法利用商品的内容描述，抽象出有意义的特征，通过计算用户的兴趣和商品描述之间的相似度，来给用户做推荐。优点是简单直接，不需要依据其他用户对商品的评价，而是通过商品属性进行商品相似度度量，从而推荐给用户所感兴趣商品的相似商品；缺点是对于没有任何行为的新用户同样存在冷启动的问题。 -- 组合推荐[[2](#参考文献)]（Hybrid Recommendation）：运用不同的输入和技术共同进行推荐，以弥补各自推荐技术的缺点。 +传统的个性化推荐系统方法主要有： -其中协同过滤是应用最广泛的技术之一，它又可以分为多个子类：基于用户 （User-Based）的推荐[[3](#参考文献)] 、基于物品（Item-Based）的推荐[[4](#参考文献)]、基于社交网络关系（Social-Based）的推荐[[5](#参考文献)]、基于模型（Model-based）的推荐等。1994年明尼苏达大学推出的GroupLens系统[[3](#参考文献)]一般被认为是推荐系统成为一个相对独立的研究方向的标志。该系统首次提出了基于协同过滤来完成推荐任务的思想，此后，基于该模型的协同过滤推荐引领了推荐系统十几年的发展方向。 +- 协同过滤推荐（Collaborative Filtering Recommendation）：该方法是应用最广泛的技术之一，需要收集和分析用户的历史行为、活动和偏好。它通常可以分为两个子类：基于用户 （User-Based）的推荐[[1](#参考文献)] 和基于物品（Item-Based）的推荐[[2](#参考文献)]。该方法的一个关键优势是它不依赖于机器去分析物品的内容特征，因此它无需理解物品本身也能够准确地推荐诸如电影之类的复杂物品；缺点是对于没有任何行为的新用户存在冷启动的问题，同时也存在用户与商品之间的交互数据不够多造成的稀疏问题。值得一提的是，社交网络[[3](#参考文献)]或地理位置等上下文信息都可以结合到协同过滤中去。 +- 基于内容过滤推荐[[4](#参考文献)]（Content-based Filtering Recommendation）：该方法利用商品的内容描述，抽象出有意义的特征，通过计算用户的兴趣和商品描述之间的相似度，来给用户做推荐。优点是简单直接，不需要依据其他用户对商品的评价，而是通过商品属性进行商品相似度度量，从而推荐给用户所感兴趣商品的相似商品；缺点是对于没有任何行为的新用户同样存在冷启动的问题。 +- 组合推荐[[5](#参考文献)]（Hybrid Recommendation）：运用不同的输入和技术共同进行推荐，以弥补各自推荐技术的缺点。 -深度学习具有优秀的自动提取特征的能力，能够学习多层次的抽象特征表示，并对异质或跨域的内容信息进行学习，可以一定程度上处理推荐系统冷启动问题[[6](#参考文献)]。本教程主要介绍个性化推荐的深度学习模型，以及如何使用PaddlePaddle实现模型。 +近些年来，深度学习在很多领域都取得了巨大的成功。学术界和工业界都在尝试将深度学习应用于个性化推荐系统领域中。深度学习具有优秀的自动提取特征的能力，能够学习多层次的抽象特征表示，并对异质或跨域的内容信息进行学习，可以一定程度上处理个性化推荐系统冷启动问题[[6](#参考文献)]。本教程主要介绍个性化推荐的深度学习模型，以及如何使用PaddlePaddle实现模型。 ## 效果展示 @@ -72,15 +72,15 @@ Prediction Score is 4.25 ## 模型概览 -本章中，我们首先介绍YouTube的视频推荐系统[[7](#参考文献)]，然后介绍我们实现的融合推荐模型。 +本章中，我们首先介绍YouTube的视频个性化推荐系统[[7](#参考文献)]，然后介绍我们实现的融合推荐模型。 -### YouTube的深度神经网络推荐系统 +### YouTube的深度神经网络个性化推荐系统 -YouTube是世界上最大的视频上传、分享和发现网站，YouTube推荐系统为超过10亿用户从不断增长的视频库中推荐个性化的内容。整个系统由两个神经网络组成：候选生成网络和排序网络。候选生成网络从百万量级的视频库中生成上百个候选，排序网络对候选进行打分排序，输出排名最高的数十个结果。系统结构如图1所示： +YouTube是世界上最大的视频上传、分享和发现网站，YouTube个性化推荐系统为超过10亿用户从不断增长的视频库中推荐个性化的内容。整个系统由两个神经网络组成：候选生成网络和排序网络。候选生成网络从百万量级的视频库中生成上百个候选，排序网络对候选进行打分排序，输出排名最高的数十个结果。系统结构如图1所示：


-图1. YouTube 推荐系统结构 +图1. YouTube 个性化推荐系统结构

#### 候选生成网络（Candidate Generation Network） @@ -106,7 +106,7 @@ $$P(\omega=i|u)=\frac{e^{v_{i}u}}{\sum_{j \in V}e^{v_{j}u}}$$ 排序网络的结构类似于候选生成网络，但是它的目标是对候选进行更细致的打分排序。和传统广告排序中的特征抽取方法类似，这里也构造了大量的用于视频排序的相关特征（如视频 ID、上次观看时间等）。这些特征的处理方式和候选生成网络类似，不同之处是排序网络的顶部是一个加权逻辑回归（weighted logistic regression），它对所有候选视频进行打分，从高到底排序后将分数较高的一些视频返回给用户。 ### 融合推荐模型 -本节会使卷积神经网络（Convolutional Neural Networks）来学习电影名称的表示。下面会依次介绍文本卷积神经网络以及融合推荐模型。 +本节会使用卷积神经网络（Convolutional Neural Networks）来学习电影名称的表示。下面会依次介绍文本卷积神经网络以及融合推荐模型。 #### 文本卷积神经网络（CNN） @@ -119,7 +119,7 @@ $$P(\omega=i|u)=\frac{e^{v_{i}u}}{\sum_{j \in V}e^{v_{j}u}}$$ 图3. 卷积神经网络文本分类模型

-假设待处理句子的长度为$n$，其中第$i$个词的词向量（word embedding）为$x_i\in\mathbb{R}^k$，$k$为维度大小。 +假设待处理句子的长度为$n$，其中第$i$个词的词向量为$x_i\in\mathbb{R}^k$，$k$为维度大小。 首先，进行词向量的拼接操作：将每$h$个词拼接起来形成一个大小为$h$的词窗口，记为$x_{i:i+h-1}$，它表示词序列$x_{i},x_{i+1},\ldots,x_{i+h-1}$的拼接，其中，$i$表示词窗口中第一个词在整个句子中的位置，取值范围从$1$到$n-h+1$，$x_{i:i+h-1}\in\mathbb{R}^{hk}$。 @@ -131,9 +131,9 @@ $$c=[c_1,c_2,\ldots,c_{n-h+1}], c \in \mathbb{R}^{n-h+1}$$ $$\hat c=max(c)$$ -#### 模型概览 +#### 融合推荐模型概览 -在融合推荐模型的电影推荐系统中： +在融合推荐模型的电影个性化推荐系统中： 1. 首先，使用用户特征和电影特征作为神经网络的输入，其中： @@ -145,10 +145,9 @@ $$\hat c=max(c)$$ 3. 对电影特征，将电影ID以类似用户ID的方式进行处理，电影类型ID以向量的形式直接输入全连接层，电影名称用文本卷积神经网络得到其定长向量表示。然后将三个属性的特征表示分别全连接并相加。 -4. 得到用户和电影的向量表示后，计算二者的余弦相似度作为推荐系统的打分。最后，用该相似度打分和用户真实打分的差异的平方作为该回归模型的损失函数。 +4. 得到用户和电影的向量表示后，计算二者的余弦相似度作为个性化推荐系统的打分。最后，用该相似度打分和用户真实打分的差异的平方作为该回归模型的损失函数。

-
图4. 融合推荐模型

@@ -256,6 +255,8 @@ print "User %s rates Movie %s with Score %s"%(user_info[uid], movie_info[mov_id] ## 模型配置说明 下面我们开始根据输入数据的形式配置模型。首先引入所需的库函数以及定义全局变量。 +- IS_SPARSE: embedding中是否使用稀疏更新 +- PASS_NUM: epoch数量 ```python @@ -269,14 +270,15 @@ import paddle.fluid.layers as layers import paddle.fluid.nets as nets IS_SPARSE = True -USE_GPU = False BATCH_SIZE = 256 +PASS_NUM = 20 ``` 然后为我们的用户特征综合模型定义模型配置 ```python def get_usr_combined_features(): + """network definition for user part""" USR_DICT_SIZE = paddle.dataset.movielens.max_user_id() + 1 @@ -342,6 +344,7 @@ def get_usr_combined_features(): ```python def get_mov_combined_features(): + """network definition for item(movie) part""" MOV_DICT_SIZE = paddle.dataset.movielens.max_movie_id() + 1 @@ -396,6 +399,8 @@ def get_mov_combined_features(): ```python def inference_program(): + """the combined network""" + usr_combined_features = get_usr_combined_features() mov_combined_features = get_mov_combined_features() @@ -409,6 +414,7 @@ def inference_program(): ```python def train_program(): + """define the cost function""" scale_infer = inference_program() @@ -482,14 +488,14 @@ def train_test(program, reader): feeder_test = fluid.DataFeeder( feed_list=feed_var_list, place=place) test_exe = fluid.Executor(place) - accumulated = len([avg_cost, scale_infer]) * [0] + accumulated = 0 for test_data in reader(): avg_cost_np = test_exe.run(program=program, feed=feeder_test.feed(test_data), - fetch_list=[avg_cost, scale_infer]) - accumulated = [x[0] + x[1][0] for x in zip(accumulated, avg_cost_np)] + fetch_list=[avg_cost]) + accumulated += avg_cost_np[0] count += 1 - return [x / count for x in accumulated] + return accumulated / count ``` ### 构建训练主循环并开始训练 @@ -500,8 +506,10 @@ def train_test(program, reader): params_dirname = "recommender_system.inference.model" from paddle.utils.plot import Ploter +train_prompt = "Train cost" test_prompt = "Test cost" -plot_cost = Ploter(test_prompt) + +plot_cost = Ploter(train_prompt, test_prompt) def train_loop(): feed_list = [ @@ -518,13 +526,12 @@ def train_loop(): fetch_list=[avg_cost]) out = np.array(outs[0]) - avg_cost_set = train_test(test_program, test_reader) - # get test avg_cost - test_avg_cost = np.array(avg_cost_set).mean() - plot_cost.append(test_prompt, batch_id, outs[0]) + test_avg_cost = train_test(test_program, test_reader) + + plot_cost.append(train_prompt, batch_id, outs[0]) + plot_cost.append(test_prompt, batch_id, test_avg_cost) plot_cost.plot() - print("avg_cost: %s" % test_avg_cost) if batch_id == 20: if params_dirname is not None: @@ -533,13 +540,13 @@ def train_loop(): "movie_id", "category_id", "movie_title" ], [scale_infer], exe) return - else: - print('BatchID {0}, Test Loss {1:0.2}'.format(pass_id + 1, - float(test_avg_cost))) + print('EpochID {0}, BatchID {1}, Test Loss {2:0.2}'.format( + pass_id + 1, batch_id + 1, float(test_avg_cost))) if math.isnan(float(out[0])): sys.exit("got NaN loss, training failed.") ``` +开始训练 ```python train_loop() ``` @@ -604,16 +611,16 @@ with fluid.scope_guard(inference_scope): ## 总结 -本章介绍了传统的推荐系统方法和YouTube的深度神经网络推荐系统，并以电影推荐为例，使用PaddlePaddle训练了一个个性化推荐神经网络模型。推荐系统几乎涵盖了电商系统、社交网络、广告推荐、搜索引擎等领域的方方面面，而在图像处理、自然语言处理等领域已经发挥重要作用的深度学习技术，也将会在推荐系统领域大放异彩。 +本章介绍了传统的个性化推荐系统方法和YouTube的深度神经网络个性化推荐系统，并以电影推荐为例，使用PaddlePaddle训练了一个个性化推荐神经网络模型。个性化推荐系统几乎涵盖了电商系统、社交网络、广告推荐、搜索引擎等领域的方方面面，而在图像处理、自然语言处理等领域已经发挥重要作用的深度学习技术，也将会在个性化推荐系统领域大放异彩。 ## 参考文献 -1. [Peter Brusilovsky](https://en.wikipedia.org/wiki/Peter_Brusilovsky) (2007). *The Adaptive Web*. p. 325. -2. Robin Burke , [Hybrid Web Recommender Systems](http://www.dcs.warwick.ac.uk/~acristea/courses/CS411/2010/Book%20-%20The%20Adaptive%20Web/HybridWebRecommenderSystems.pdf), pp. 377-408, The Adaptive Web, Peter Brusilovsky, Alfred Kobsa, Wolfgang Nejdl (Ed.), Lecture Notes in Computer Science, Springer-Verlag, Berlin, Germany, Lecture Notes in Computer Science, Vol. 4321, May 2007, 978-3-540-72078-2. -3. P. Resnick, N. Iacovou, etc. “[GroupLens: An Open Architecture for Collaborative Filtering of Netnews](http://ccs.mit.edu/papers/CCSWP165.html)”, Proceedings of ACM Conference on Computer Supported Cooperative Work, CSCW 1994. pp.175-186. -4. Sarwar, Badrul, et al. "[Item-based collaborative filtering recommendation algorithms.](http://files.grouplens.org/papers/www10_sarwar.pdf)" *Proceedings of the 10th international conference on World Wide Web*. ACM, 2001. -5. Kautz, Henry, Bart Selman, and Mehul Shah. "[Referral Web: combining social networks and collaborative filtering.](http://www.cs.cornell.edu/selman/papers/pdf/97.cacm.refweb.pdf)" Communications of the ACM 40.3 (1997): 63-65. APA +1. P. Resnick, N. Iacovou, etc. “[GroupLens: An Open Architecture for Collaborative Filtering of Netnews](http://ccs.mit.edu/papers/CCSWP165.html)”, Proceedings of ACM Conference on Computer Supported Cooperative Work, CSCW 1994. pp.175-186. +2. Sarwar, Badrul, et al. "[Item-based collaborative filtering recommendation algorithms.](http://files.grouplens.org/papers/www10_sarwar.pdf)" *Proceedings of the 10th international conference on World Wide Web*. ACM, 2001. +3. Kautz, Henry, Bart Selman, and Mehul Shah. "[Referral Web: combining social networks and collaborative filtering.](http://www.cs.cornell.edu/selman/papers/pdf/97.cacm.refweb.pdf)" Communications of the ACM 40.3 (1997): 63-65. APA +4. [Peter Brusilovsky](https://en.wikipedia.org/wiki/Peter_Brusilovsky) (2007). *The Adaptive Web*. p. 325. +5. Robin Burke , [Hybrid Web Recommender Systems](http://www.dcs.warwick.ac.uk/~acristea/courses/CS411/2010/Book%20-%20The%20Adaptive%20Web/HybridWebRecommenderSystems.pdf), pp. 377-408, The Adaptive Web, Peter Brusilovsky, Alfred Kobsa, Wolfgang Nejdl (Ed.), Lecture Notes in Computer Science, Springer-Verlag, Berlin, Germany, Lecture Notes in Computer Science, Vol. 4321, May 2007, 978-3-540-72078-2. 6. Yuan, Jianbo, et al. ["Solving Cold-Start Problem in Large-scale Recommendation Engines: A Deep Learning Approach."](https://arxiv.org/pdf/1611.05480v1.pdf) *arXiv preprint arXiv:1611.05480* (2016). 7. Covington P, Adams J, Sargin E. [Deep neural networks for youtube recommendations](https://static.googleusercontent.com/media/research.google.com/zh-CN//pubs/archive/45530.pdf)[C]//Proceedings of the 10th ACM Conference on Recommender Systems. ACM, 2016: 191-198. diff --git a/05.recommender_system/train.py b/05.recommender_system/train.py index 569cb0e..a4eafdb 100644 --- a/05.recommender_system/train.py +++ b/05.recommender_system/train.py @@ -181,17 +181,15 @@ def train(use_cuda, params_dirname): ] feeder_test = fluid.DataFeeder(feed_list=feed_var_list, place=place) test_exe = fluid.Executor(place) - accumulated = len([avg_cost, scale_infer]) * [0] + accumulated = 0 for test_data in reader(): avg_cost_np = test_exe.run( program=program, feed=feeder_test.feed(test_data), - fetch_list=[avg_cost, scale_infer]) - accumulated = [ - x[0] + x[1][0] for x in zip(accumulated, avg_cost_np) - ] + fetch_list=[avg_cost]) + accumulated += avg_cost_np[0] count += 1 - return [x / count for x in accumulated] + return accumulated / count def train_loop(): feed_list = [ @@ -209,11 +207,8 @@ def train(use_cuda, params_dirname): fetch_list=[avg_cost]) out = np.array(outs[0]) - avg_cost_set = train_test(test_program, test_reader) - # get test avg_cost - test_avg_cost = np.array(avg_cost_set).mean() - print("avg_cost: %s" % test_avg_cost) + test_avg_cost = train_test(test_program, test_reader) # if test_avg_cost < 4.0: # Change this number to adjust accuracy if batch_id == 20: @@ -223,9 +218,8 @@ def train(use_cuda, params_dirname): "movie_id", "category_id", "movie_title" ], [scale_infer], exe) return - else: - print('BatchID {0}, Test Loss {1:0.2}'.format( - pass_id + 1, float(test_avg_cost))) + print('EpochID {0}, BatchID {1}, Test Loss {2:0.2}'.format( + pass_id + 1, batch_id + 1, float(test_avg_cost))) if math.isnan(float(out[0])): sys.exit("got NaN loss, training failed.") -- GitLab