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870d2e4d
编写于
12月 11, 2017
作者:
L
Luo Tao
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recover the READEME.cn.md for CTR
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-0
ctr/README.cn.md
ctr/README.cn.md
+365
-0
未找到文件。
ctr/README.cn.md
0 → 100644
浏览文件 @
870d2e4d
# 点击率预估
以下是本例目录包含的文件以及对应说明:
```
├── README.md # 本教程markdown 文档
├── dataset.md # 数据集处理教程
├── images # 本教程图片目录
│ ├── lr_vs_dnn.jpg
│ └── wide_deep.png
├── infer.py # 预测脚本
├── network_conf.py # 模型网络配置
├── reader.py # data reader
├── train.py # 训练脚本
└── utils.py # helper functions
└── avazu_data_processer.py # 示例数据预处理脚本
```
## 背景介绍
CTR(Click-Through Rate,点击率预估)
\[
[
1
](
https://en.wikipedia.org/wiki/Click-through_rate
)
\]
是对用户点击一个特定链接的概率做出预测,是广告投放过程中的一个重要环节。精准的点击率预估对在线广告系统收益最大化具有重要意义。
当有多个广告位时,CTR 预估一般会作为排序的基准,比如在搜索引擎的广告系统里,当用户输入一个带商业价值的搜索词(query)时,系统大体上会执行下列步骤来展示广告:
1.
获取与用户搜索词相关的广告集合
2.
业务规则和相关性过滤
3.
根据拍卖机制和 CTR 排序
4.
展出广告
可以看到,CTR 在最终排序中起到了很重要的作用。
### 发展阶段
在业内,CTR 模型经历了如下的发展阶段:
-
Logistic Regression(LR) / GBDT + 特征工程
-
LR + DNN 特征
-
DNN + 特征工程
在发展早期时 LR 一统天下,但最近 DNN 模型由于其强大的学习能力和逐渐成熟的性能优化,
逐渐地接过 CTR 预估任务的大旗。
### LR vs DNN
下图展示了 LR 和一个
\(
3x2
\)
的 DNN 模型的结构:
<p
align=
"center"
>
<img
src=
"images/lr_vs_dnn.jpg"
width=
"620"
hspace=
'10'
/>
<br/>
Figure 1. LR 和 DNN 模型结构对比
</p>
LR 的蓝色箭头部分可以直接类比到 DNN 中对应的结构,可以看到 LR 和 DNN 有一些共通之处(比如权重累加),
但前者的模型复杂度在相同输入维度下比后者可能低很多(从某方面讲,模型越复杂,越有潜力学习到更复杂的信息);
如果 LR 要达到匹敌 DNN 的学习能力,必须增加输入的维度,也就是增加特征的数量,
这也就是为何 LR 和大规模的特征工程必须绑定在一起的原因。
LR 对于 DNN 模型的优势是对大规模稀疏特征的容纳能力,包括内存和计算量等方面,工业界都有非常成熟的优化方法;
而 DNN 模型具有自己学习新特征的能力,一定程度上能够提升特征使用的效率,
这使得 DNN 模型在同样规模特征的情况下,更有可能达到更好的学习效果。
本文后面的章节会演示如何使用 PaddlePaddle 编写一个结合两者优点的模型。
## 数据和任务抽象
我们可以将
`click`
作为学习目标,任务可以有以下几种方案:
1.
直接学习 click,0,1 作二元分类
2.
Learning to rank, 具体用 pairwise rank(标签 1>0)或者 listwise rank
3.
统计每个广告的点击率,将同一个 query 下的广告两两组合,点击率高的>点击率低的,做 rank 或者分类
我们直接使用第一种方法做分类任务。
我们使用 Kaggle 上
`Click-through rate prediction`
任务的数据集
\[
[
2
](
https://www.kaggle.com/c/avazu-ctr-prediction/data
)
\]
来演示本例中的模型。
具体的特征处理方法参看
[
data process
](
./dataset.md
)
。
本教程中演示模型的输入格式如下:
```
# <dnn input ids> \t <lr input sparse values> \t click
1 23 190 \t 230:0.12 3421:0.9 23451:0.12 \t 0
23 231 \t 1230:0.12 13421:0.9 \t 1
```
详细的格式描述如下:
-
`dnn input ids`
采用 one-hot 表示,只需要填写值为1的ID(注意这里不是变长输入)
-
`lr input sparse values`
使用了
`ID:VALUE`
的表示,值部分最好规约到值域
`[-1, 1]`
。
此外,模型训练时需要传入一个文件描述 dnn 和 lr两个子模型的输入维度,文件的格式如下:
```
dnn_input_dim: <int>
lr_input_dim: <int>
```
其中,
`<int>`
表示一个整型数值。
本目录下的
`avazu_data_processor.py`
可以对下载的演示数据集
\[
[
2
](
#参考文档
)
\]
进行处理,具体使用方法参考如下说明:
```
usage: avazu_data_processer.py [-h] --data_path DATA_PATH --output_dir
OUTPUT_DIR
[--num_lines_to_detect NUM_LINES_TO_DETECT]
[--test_set_size TEST_SET_SIZE]
[--train_size TRAIN_SIZE]
PaddlePaddle CTR example
optional arguments:
-h, --help show this help message and exit
--data_path DATA_PATH
path of the Avazu dataset
--output_dir OUTPUT_DIR
directory to output
--num_lines_to_detect NUM_LINES_TO_DETECT
number of records to detect dataset's meta info
--test_set_size TEST_SET_SIZE
size of the validation dataset(default: 10000)
--train_size TRAIN_SIZE
size of the trainset (default: 100000)
```
-
`data_path`
是待处理的数据路径
-
`output_dir`
生成数据的输出路径
-
`num_lines_to_detect`
预先扫描数据生成ID的个数,这里是扫描的文件行数
-
`test_set_size`
生成测试集的行数
-
`train_size`
生成训练姐的行数
## Wide & Deep Learning Model
谷歌在 16 年提出了 Wide & Deep Learning 的模型框架,用于融合适合学习抽象特征的 DNN 和 适用于大规模稀疏特征的 LR 两种模型的优点。
### 模型简介
Wide & Deep Learning Model
\[
[
3
](
#参考文献
)
\]
可以作为一种相对成熟的模型框架使用,
在 CTR 预估的任务中工业界也有一定的应用,因此本文将演示使用此模型来完成 CTR 预估的任务。
模型结构如下:
<p
align=
"center"
>
<img
src=
"images/wide_deep.png"
width=
"820"
hspace=
'10'
/>
<br/>
Figure 2. Wide & Deep Model
</p>
模型左边的 Wide 部分,可以容纳大规模系数特征,并且对一些特定的信息(比如 ID)有一定的记忆能力;
而模型右边的 Deep 部分,能够学习特征间的隐含关系,在相同数量的特征下有更好的学习和推导能力。
### 编写模型输入
模型只接受 3 个输入,分别是
-
`dnn_input`
,也就是 Deep 部分的输入
-
`lr_input`
,也就是 Wide 部分的输入
-
`click`
, 点击与否,作为二分类模型学习的标签
```
python
dnn_merged_input
=
layer
.
data
(
name
=
'dnn_input'
,
type
=
paddle
.
data_type
.
sparse_binary_vector
(
data_meta_info
[
'dnn_input'
]))
lr_merged_input
=
layer
.
data
(
name
=
'lr_input'
,
type
=
paddle
.
data_type
.
sparse_binary_vector
(
data_meta_info
[
'lr_input'
]))
click
=
paddle
.
layer
.
data
(
name
=
'click'
,
type
=
dtype
.
dense_vector
(
1
))
```
### 编写 Wide 部分
Wide 部分直接使用了 LR 模型,但激活函数改成了
`RELU`
来加速
```
python
def
build_lr_submodel
():
fc
=
layer
.
fc
(
input
=
lr_merged_input
,
size
=
1
,
name
=
'lr'
,
act
=
paddle
.
activation
.
Relu
())
return
fc
```
### 编写 Deep 部分
Deep 部分使用了标准的多层前向传导的 DNN 模型
```
python
def
build_dnn_submodel
(
dnn_layer_dims
):
dnn_embedding
=
layer
.
fc
(
input
=
dnn_merged_input
,
size
=
dnn_layer_dims
[
0
])
_input_layer
=
dnn_embedding
for
i
,
dim
in
enumerate
(
dnn_layer_dims
[
1
:]):
fc
=
layer
.
fc
(
input
=
_input_layer
,
size
=
dim
,
act
=
paddle
.
activation
.
Relu
(),
name
=
'dnn-fc-%d'
%
i
)
_input_layer
=
fc
return
_input_layer
```
### 两者融合
两个 submodel 的最上层输出加权求和得到整个模型的输出,输出部分使用
`sigmoid`
作为激活函数,得到区间 (0,1) 的预测值,
来逼近训练数据中二元类别的分布,并最终作为 CTR 预估的值使用。
```
python
# conbine DNN and LR submodels
def
combine_submodels
(
dnn
,
lr
):
merge_layer
=
layer
.
concat
(
input
=
[
dnn
,
lr
])
fc
=
layer
.
fc
(
input
=
merge_layer
,
size
=
1
,
name
=
'output'
,
# use sigmoid function to approximate ctr, wihch is a float value between 0 and 1.
act
=
paddle
.
activation
.
Sigmoid
())
return
fc
```
### 训练任务的定义
```
python
dnn
=
build_dnn_submodel
(
dnn_layer_dims
)
lr
=
build_lr_submodel
()
output
=
combine_submodels
(
dnn
,
lr
)
# ==============================================================================
# cost and train period
# ==============================================================================
classification_cost
=
paddle
.
layer
.
multi_binary_label_cross_entropy_cost
(
input
=
output
,
label
=
click
)
paddle
.
init
(
use_gpu
=
False
,
trainer_count
=
11
)
params
=
paddle
.
parameters
.
create
(
classification_cost
)
optimizer
=
paddle
.
optimizer
.
Momentum
(
momentum
=
0
)
trainer
=
paddle
.
trainer
.
SGD
(
cost
=
classification_cost
,
parameters
=
params
,
update_equation
=
optimizer
)
dataset
=
AvazuDataset
(
train_data_path
,
n_records_as_test
=
test_set_size
)
def
event_handler
(
event
):
if
isinstance
(
event
,
paddle
.
event
.
EndIteration
):
if
event
.
batch_id
%
100
==
0
:
logging
.
warning
(
"Pass %d, Samples %d, Cost %f"
%
(
event
.
pass_id
,
event
.
batch_id
*
batch_size
,
event
.
cost
))
if
event
.
batch_id
%
1000
==
0
:
result
=
trainer
.
test
(
reader
=
paddle
.
batch
(
dataset
.
test
,
batch_size
=
1000
),
feeding
=
field_index
)
logging
.
warning
(
"Test %d-%d, Cost %f"
%
(
event
.
pass_id
,
event
.
batch_id
,
result
.
cost
))
trainer
.
train
(
reader
=
paddle
.
batch
(
paddle
.
reader
.
shuffle
(
dataset
.
train
,
buf_size
=
500
),
batch_size
=
batch_size
),
feeding
=
field_index
,
event_handler
=
event_handler
,
num_passes
=
100
)
```
## 运行训练和测试
训练模型需要如下步骤:
1.
准备训练数据
1.
从
[
Kaggle CTR
](
https://www.kaggle.com/c/avazu-ctr-prediction/data
)
下载 train.gz
2.
解压 train.gz 得到 train.txt
3.
`mkdir -p output; python avazu_data_processer.py --data_path train.txt --output_dir output --num_lines_to_detect 1000 --test_set_size 100`
生成演示数据
2.
执行
`python train.py --train_data_path ./output/train.txt --test_data_path ./output/test.txt --data_meta_file ./output/data.meta.txt --model_type=0`
开始训练
上面第2个步骤可以为
`train.py`
填充命令行参数来定制模型的训练过程,具体的命令行参数及用法如下
```
usage
:
train
.
py
[-
h
]
--
train_data_path
TRAIN_DATA_PATH
[--
test_data_path
TEST_DATA_PATH
]
[--
batch_size
BATCH_SIZE
]
[--
num_passes
NUM_PASSES
]
[--
model_output_prefix
MODEL_OUTPUT_PREFIX
]
--
data_meta_file
DATA_META_FILE
--
model_type
MODEL_TYPE
PaddlePaddle
CTR
example
optional
arguments
:
-
h
,
--
help
show
this
help
message
and
exit
--
train_data_path
TRAIN_DATA_PATH
path
of
training
dataset
--
test_data_path
TEST_DATA_PATH
path
of
testing
dataset
--
batch_size
BATCH_SIZE
size
of
mini
-
batch
(
default
:
10000
)
--
num_passes
NUM_PASSES
number
of
passes
to
train
--
model_output_prefix
MODEL_OUTPUT_PREFIX
prefix
of
path
for
model
to
store
(
default
:
./
ctr_models
)
--
data_meta_file
DATA_META_FILE
path
of
data
meta
info
file
--
model_type
MODEL_TYPE
model
type
,
classification
:
0
,
regression
1
(
default
classification
)
```
-
`train_data_path`
: 训练集的路径
-
`test_data_path`
: 测试集的路径
-
`num_passes`
: 模型训练多少轮
-
`data_meta_file`
: 参考
[
数据和任务抽象
](
###
数据和任务抽象)的描述。
-
`model_type`
: 模型分类或回归
## 用训好的模型做预测
训好的模型可以用来预测新的数据, 预测数据的格式为
```
# <dnn input ids> \t <lr input sparse values>
1 23 190 \t 230:0.12 3421:0.9 23451:0.12
23 231 \t 1230:0.12 13421:0.9
```
这里与训练数据的格式唯一不同的地方,就是没有标签,也就是训练数据中第3列
`click`
对应的数值。
`infer.py`
的使用方法如下
```
usage
:
infer
.
py
[-
h
]
--
model_gz_path
MODEL_GZ_PATH
--
data_path
DATA_PATH
--
prediction_output_path
PREDICTION_OUTPUT_PATH
[--
data_meta_path
DATA_META_PATH
]
--
model_type
MODEL_TYPE
PaddlePaddle
CTR
example
optional
arguments
:
-
h
,
--
help
show
this
help
message
and
exit
--
model_gz_path
MODEL_GZ_PATH
path
of
model
parameters
gz
file
--
data_path
DATA_PATH
path
of
the
dataset
to
infer
--
prediction_output_path
PREDICTION_OUTPUT_PATH
path
to
output
the
prediction
--
data_meta_path
DATA_META_PATH
path
of
trainset
's meta info, default is ./data.meta
--model_type MODEL_TYPE
model type, classification: 0, regression 1 (default
classification)
```
-
`model_gz_path_model`
:用
`gz`
压缩过的模型路径
-
`data_path`
: 需要预测的数据路径
-
`prediction_output_paht`
:预测输出的路径
-
`data_meta_file`
:参考
[
数据和任务抽象
](
###
数据和任务抽象)的描述。
-
`model_type`
:分类或回归
示例数据可以用如下命令预测
```
python infer.py --model_gz_path <model_path> --data_path output/infer.txt --prediction_output_path predictions.txt --data_meta_path data.meta.txt
```
最终的预测结果位于
`predictions.txt`
。
## 参考文献
1.
<https://en.wikipedia.org/wiki/Click-through_rate>
2.
<https://www.kaggle.com/c/avazu-ctr-prediction/data>
3.
Cheng H T, Koc L, Harmsen J, et al.
[
Wide & deep learning for recommender systems
](
https://arxiv.org/pdf/1606.07792.pdf
)[
C
]
//Proceedings of the 1st Workshop on Deep Learning for Recommender Systems. ACM, 2016: 7-10.
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