汪 垚
(河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院信息工程學(xué)院 河南 鄭州 450053)
隨著大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展,內(nèi)容推薦系統(tǒng)已經(jīng)成為了互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)非常重要的一部分。推薦系統(tǒng)幫助用戶在海量信息中獲取自身所需的數(shù)據(jù)[1],它能夠根據(jù)用戶的興趣和行為,將合適的內(nèi)容推送給他們,提升用戶滿意度和網(wǎng)站的轉(zhuǎn)化率。傳統(tǒng)的推薦系統(tǒng)主要是基于協(xié)同過(guò)濾算法,但由于其存在著冷啟動(dòng)問(wèn)題以及數(shù)據(jù)稀疏性等缺陷,導(dǎo)致其效果不夠理想。而機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展在這一領(lǐng)域中的應(yīng)用,也為內(nèi)容推薦系統(tǒng)的效果提升帶來(lái)了新的希望。本文將著重探討基于機(jī)器學(xué)習(xí)的內(nèi)容推薦系統(tǒng)相關(guān)的技術(shù)和方法,并對(duì)這些內(nèi)容做出詳細(xì)的解釋。
機(jī)器學(xué)習(xí)屬于人工智能領(lǐng)域的基本概念[2],是指機(jī)器通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)算法,對(duì)大量歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí),進(jìn)而利用生成的經(jīng)驗(yàn)?zāi)P椭笇?dǎo)業(yè)務(wù)。機(jī)器學(xué)習(xí)的重要核心在于運(yùn)用算法進(jìn)行數(shù)據(jù)的解析,并從中進(jìn)行數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí),針對(duì)新數(shù)據(jù)予以決定或預(yù)測(cè)[3]。機(jī)器學(xué)習(xí)分為監(jiān)督學(xué)習(xí)、無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)、半監(jiān)督學(xué)習(xí)3 類。
用已知某種或某些特性的樣本作為訓(xùn)練集,以建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型,再用已建立的模型來(lái)預(yù)測(cè)未知樣本,此種方法被稱為有監(jiān)督學(xué)習(xí),是最常用的一種機(jī)器學(xué)習(xí)方法。主要有判別式和生成式兩種模型。
判別式模型(discriminative model):直接對(duì)條件概率p(ylx)進(jìn)行建模,常見(jiàn)的判別模型有:線性回歸、決策樹、支持向量機(jī)(support vector machine, SVM)、k 近鄰、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。
生成式模型(generative model):對(duì)聯(lián)合分布概率p(x,y)進(jìn)行建模,常見(jiàn)的生成式模型有:隱馬爾可夫模型(hidden Markov model, HMM)、樸素貝葉斯模型、高斯混合模型(Gaussian mixture module, GMM)等。
判別式模型更直接,目標(biāo)性更強(qiáng);生成式模型更普適。判別式模型關(guān)注的是數(shù)據(jù)的差異性,尋找的是分類面;生成式模型關(guān)注數(shù)據(jù)是如何產(chǎn)生的,尋找的是數(shù)據(jù)分布模型。由生成式模型可以產(chǎn)生判別式模型,但是由判別式模型沒(méi)法形成生成式模型。
與監(jiān)督學(xué)習(xí)相比,無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)的訓(xùn)練集中沒(méi)有人為標(biāo)注的結(jié)果,在非監(jiān)督的學(xué)習(xí)過(guò)程中,數(shù)據(jù)并不被特別標(biāo)識(shí),學(xué)習(xí)模型是為了推斷出數(shù)據(jù)的一些內(nèi)在結(jié)構(gòu)。無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)試圖學(xué)習(xí)或者提取數(shù)據(jù)背后的數(shù)據(jù)特征,或者從數(shù)據(jù)中抽取出重要的特征信息,常見(jiàn)的算法有聚類、降維、文本處理(特征抽?。┑取o(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)一般是作為監(jiān)督學(xué)習(xí)的前期數(shù)據(jù)處理,功能是從原始數(shù)據(jù)中抽取出必要的標(biāo)簽信息。
半監(jiān)督學(xué)習(xí)是監(jiān)督學(xué)習(xí)和無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)的結(jié)合,主要考慮如何利用少量的標(biāo)注樣本和大量的未標(biāo)注樣本進(jìn)行訓(xùn)練和分類的問(wèn)題。半監(jiān)督學(xué)習(xí)的成立依賴于模型假設(shè),主要分為三大類:平滑假設(shè)、聚類假設(shè)、流行假設(shè);其中流行假設(shè)更具有普遍性。半監(jiān)督學(xué)習(xí)類型的算法主要分為4大類:半監(jiān)督分類、半監(jiān)督回歸、半監(jiān)督聚類、半監(jiān)督降維。缺點(diǎn)是抗干擾能力弱,僅適合于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境,其現(xiàn)實(shí)意義還沒(méi)有體現(xiàn)出來(lái);未來(lái)的發(fā)展主要是聚焦于新模型假設(shè)的產(chǎn)生。
隨著信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,人們逐漸從信息匱乏的時(shí)代走入了信息過(guò)載(information overload)的時(shí)代。內(nèi)容推薦系統(tǒng)作為一種篩選信息的工具,可以更加有效地解決“信息過(guò)載”問(wèn)題,以個(gè)性化的方式提供滿足用戶需求的內(nèi)容[4]。內(nèi)容推薦系統(tǒng)通過(guò)分析用戶的歷史行為、興趣愛(ài)好等多個(gè)維度的數(shù)據(jù),從海量的信息中選擇符合用戶口味的內(nèi)容進(jìn)行推薦,從而提升用戶留存率和用戶忠誠(chéng)度。
內(nèi)容推薦系統(tǒng)主要由以下3 個(gè)組件組成:用戶建模模塊、推薦模塊和反饋模塊。用戶建模模塊將用戶的行為數(shù)據(jù)(如歷史瀏覽記錄、搜索記錄、購(gòu)買記錄等)轉(zhuǎn)化為用戶畫像,提取用戶的興趣標(biāo)簽,從而達(dá)到對(duì)用戶的建模。推薦模塊則根據(jù)用戶已有的畫像和行為信息,進(jìn)行個(gè)性化推薦。反饋模塊則主要是對(duì)用戶的反饋進(jìn)行記錄,以便在下一次推薦時(shí),能夠更準(zhǔn)確地滿足用戶的需求。
具體而言,用戶建模模塊的實(shí)現(xiàn),可以采用協(xié)同過(guò)濾算法,根據(jù)用戶之間的相似性,將用戶進(jìn)行分群,構(gòu)建用戶興趣模型;推薦模塊的實(shí)現(xiàn),可以采用熱門推薦、基于內(nèi)容的推薦和協(xié)同過(guò)濾推薦等方式,以獲得更好的推薦效果;反饋模塊的實(shí)現(xiàn),則可以采用用戶反饋和行為數(shù)據(jù)分析的方法,持續(xù)優(yōu)化推薦算法。
內(nèi)容推薦系統(tǒng)主要采用基于推薦算法的方式,將用戶需要的信息呈現(xiàn)給用戶,以達(dá)到提升用戶滿意度和網(wǎng)站轉(zhuǎn)化率的效果。在基于機(jī)器學(xué)習(xí)的內(nèi)容推薦系統(tǒng)中,主要采用以下幾種方法:
(1)基于內(nèi)容的推薦算法
該方法主要是通過(guò)對(duì)用戶與物品的屬性(如電影的演員、導(dǎo)演、類型等)進(jìn)行分析,并且將其與用戶的偏好進(jìn)行匹配,從而推薦符合用戶需求的物品。該方法主要適用于數(shù)據(jù)集較小或者情景較為單一的推薦系統(tǒng)?;趦?nèi)容的推薦算法的好處在于它能很好地建模用戶的口味,能提供更加精確的推薦。但它也存在以下幾個(gè)問(wèn)題:
某些物品的特征提取比較難,例如:圖像、音樂(lè)、電影,如果提供這些物品的人沒(méi)有提供元數(shù)據(jù)(例如風(fēng)格、演員、導(dǎo)演、作者等),自動(dòng)提取特征比較不容易。
對(duì)于新用戶有冷啟動(dòng)的問(wèn)題。剛出現(xiàn)的用戶畫像為空,無(wú)法做出推薦。
(2)基于協(xié)同過(guò)濾的推薦算法
協(xié)同過(guò)濾算法是根據(jù)用戶的歷史行為,分析用戶之間的相似性,進(jìn)行用戶畫像建模,從而推薦對(duì)目標(biāo)用戶友好的內(nèi)容。協(xié)同過(guò)濾算法主要分為兩種:基于用戶相似度和基于物品相似度。其中,基于用戶相似度是在用戶之間建立親密度模型,基于物品相似度則是在物品之間進(jìn)行相似度建模。協(xié)同過(guò)濾算法的優(yōu)點(diǎn)在于能夠發(fā)現(xiàn)不同用戶的相似點(diǎn),推薦更符合目標(biāo)用戶需求的內(nèi)容。這種推薦算法在數(shù)據(jù)量較大、具備多樣化需求的情況下表現(xiàn)出色。
(3)矩陣分解算法
矩陣分解是將用戶—物品矩陣進(jìn)行分解,將一個(gè)大的矩陣轉(zhuǎn)化為多個(gè)小矩陣。通過(guò)分解后可以得到兩個(gè)低維的矩陣(X、Y),其中X矩陣表示用戶和特征的關(guān)系,Y矩陣表示物品和特征的關(guān)系。基于分解得到的矩陣,推薦系統(tǒng)可以通過(guò)用戶特征和物品特征的匹配來(lái)實(shí)現(xiàn)推薦。矩陣分解是應(yīng)用在大規(guī)模數(shù)據(jù)集上的一種降維技術(shù),可以有效地將高維稀疏稠密矩陣轉(zhuǎn)化為低維稠密向量。矩陣分解的優(yōu)點(diǎn)在于可以避免系統(tǒng)因過(guò)度維度而發(fā)生的過(guò)擬合問(wèn)題,并且能夠有效提升推薦效果。
(4)深度學(xué)習(xí)算法
深度學(xué)習(xí)是當(dāng)前人工智能領(lǐng)域的一個(gè)熱門課題[5],他是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)器學(xué)習(xí)算法,在語(yǔ)音和圖像識(shí)別方面取得的效果,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)先前相關(guān)技術(shù)。深度學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)樣本數(shù)據(jù)的內(nèi)在規(guī)律和表示層次,這些學(xué)習(xí)過(guò)程中獲得的信息對(duì)諸如文字、圖像和聲音等數(shù)據(jù)的解釋有很大的幫助。深度學(xué)習(xí)算法主要包括反向傳播、前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自編碼器、深度信念網(wǎng)絡(luò)和受限玻爾茲曼機(jī)器、生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)等。
深度學(xué)習(xí)作為一種新興的技術(shù),已經(jīng)在內(nèi)容推薦領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用?;谏疃葘W(xué)習(xí)的推薦算法主要采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行推薦。相對(duì)于傳統(tǒng)的推薦算法,基于深度學(xué)習(xí)的算法更加靈活和準(zhǔn)確,但是對(duì)數(shù)據(jù)量的要求也更高。
(1)實(shí)時(shí)性
內(nèi)容推薦系統(tǒng)應(yīng)該具有實(shí)時(shí)性,能夠根據(jù)用戶的實(shí)時(shí)需求推薦相關(guān)內(nèi)容。比如在用戶瀏覽電商網(wǎng)站時(shí),可以通過(guò)推薦系統(tǒng)實(shí)時(shí)推薦符合用戶需求的商品,提升用戶購(gòu)買率。
(2)個(gè)性化
內(nèi)容推薦系統(tǒng)應(yīng)該根據(jù)用戶的歷史行為等資料進(jìn)行分析和預(yù)測(cè),選出最符合用戶個(gè)性化需求的內(nèi)容,從而提高用戶體驗(yàn)。
(3)多樣性
內(nèi)容推薦系統(tǒng)應(yīng)該推薦多樣化的內(nèi)容,滿足用戶對(duì)于不同內(nèi)容的需求。同時(shí)也避免推薦重復(fù)的內(nèi)容,提升用戶滿意度。
(4)透明度
內(nèi)容推薦系統(tǒng)應(yīng)該對(duì)用戶透明,讓用戶看到推薦內(nèi)容是為何而來(lái)。同時(shí)也要讓用戶有選擇權(quán),可以自主選擇是否接受這些推薦內(nèi)容。
內(nèi)容推薦系統(tǒng)的評(píng)測(cè)指標(biāo)主要包括用戶滿意度、預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度、覆蓋率、多樣性、新穎性、信任度、實(shí)時(shí)性、健壯性、商業(yè)目標(biāo)等。
用戶滿意度:用戶作為推薦系統(tǒng)的參與者,其滿意度是評(píng)測(cè)推薦系統(tǒng)的最重要指標(biāo)。
預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度:預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度度量一個(gè)推薦系統(tǒng)或者推薦算法預(yù)測(cè)用戶行為的能力。
覆蓋率:覆蓋率是描述一個(gè)推薦系統(tǒng)對(duì)物品長(zhǎng)尾的發(fā)掘能力。一個(gè)好的推薦系統(tǒng)不僅需要有比較高的用戶滿意度,也要有較高的覆蓋率。
多樣性:為了滿足用戶廣泛的興趣,推薦列表需要能夠覆蓋用戶不同的興趣領(lǐng)域,即推薦結(jié)果具有多樣性。
新穎性:新穎的推薦是指給用戶推薦那些他們以前沒(méi)有聽說(shuō)過(guò)的物品。
信任度:度量推薦系統(tǒng)的信任度只能通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查的方式,詢問(wèn)用戶是否信任推薦系統(tǒng)的推薦結(jié)果。
實(shí)時(shí)性:物品(新聞、微博等)具有很強(qiáng)的時(shí)效性,需要在物品還具有時(shí)效性時(shí)就將它們推薦給用戶。
健壯性:任何一個(gè)能帶來(lái)利益的算法系統(tǒng)都會(huì)被人攻擊,而健壯性指標(biāo)衡量了一個(gè)推薦系統(tǒng)抗擊被人攻擊和作弊的能力。
商業(yè)目標(biāo):很多時(shí)候,評(píng)價(jià)推薦系統(tǒng)更加注重網(wǎng)站的商業(yè)目標(biāo)是否達(dá)成,商業(yè)目標(biāo)和網(wǎng)站的盈利是息息相關(guān)的。最本質(zhì)的商業(yè)目標(biāo)是平均一個(gè)用戶給公司帶來(lái)的盈利,不同的網(wǎng)站具有不同的商業(yè)目標(biāo)。電子商務(wù)網(wǎng)站,商業(yè)目標(biāo)可能是銷售額;基于展示廣告盈利的網(wǎng)站,商業(yè)目標(biāo)可能是廣告展示總數(shù);基于點(diǎn)擊廣告盈利的網(wǎng)站,商業(yè)目標(biāo)可能是廣告點(diǎn)擊量。使用內(nèi)容推薦系統(tǒng)的目的除了滿足用戶發(fā)現(xiàn)內(nèi)容的需求,也需要利用推薦系統(tǒng)加快實(shí)現(xiàn)商業(yè)上的目標(biāo)。
需求分析,指的是在創(chuàng)建一個(gè)新的或改變一個(gè)現(xiàn)存的系統(tǒng)或產(chǎn)品時(shí),產(chǎn)品經(jīng)理確定新產(chǎn)品的目的、范圍、定義和功能時(shí)所要做的所有工作,其中包括考慮產(chǎn)品不同利益相關(guān)者的需求,確認(rèn)是否沖突,在沖突的需求之間權(quán)衡取舍,并針對(duì)產(chǎn)品需求及系統(tǒng)需求進(jìn)行分析、記錄、確認(rèn)以及管理。需求分析是任何項(xiàng)目的第一步。在這個(gè)階段,需要明確用戶的需求和期望,確定需要推薦的內(nèi)容類型(例如電影、音樂(lè)、商品、小視頻等),以及推薦系統(tǒng)應(yīng)該具備的功能和特性。
推薦系統(tǒng)需要收集大量的用戶數(shù)據(jù)和目標(biāo)內(nèi)容數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行訓(xùn)練和預(yù)測(cè),如瀏覽歷史,購(gòu)買記錄等,以及物品的屬性信息。在收集數(shù)據(jù)時(shí)需要注意數(shù)據(jù)的質(zhì)量和完整性。數(shù)據(jù)收集的方式可以是用戶主動(dòng)提供,也可以是從第三方平臺(tái)或公開數(shù)據(jù)集中獲取。在數(shù)據(jù)收集之后,還需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。數(shù)據(jù)的預(yù)處理主要是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗和轉(zhuǎn)換,以適應(yīng)機(jī)器學(xué)習(xí)的需要,如將文本數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、去重、分詞等處理,將圖片和視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為特征向量。
在構(gòu)建推薦系統(tǒng)時(shí),需要選擇合適的機(jī)器學(xué)習(xí)模型來(lái)進(jìn)行訓(xùn)練。常用的推薦系統(tǒng)模型包括基于協(xié)同過(guò)濾的方法、基于內(nèi)容的方法、深度學(xué)習(xí)模型等。選擇合適的模型需要考慮數(shù)據(jù)的特點(diǎn)、模型的可解釋性、計(jì)算資源等因素。在選擇模型之后,需要使用訓(xùn)練數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行訓(xùn)練,優(yōu)化模型的參數(shù)和損失函數(shù),以獲得較好的預(yù)測(cè)性能。在建模過(guò)程中需要考慮對(duì)不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行不同的處理,如針對(duì)文本推薦需要建立文本分類模型等。
在訓(xùn)練模型之后,需要對(duì)模型進(jìn)行評(píng)估與優(yōu)化。評(píng)估可以使用一些指標(biāo)如準(zhǔn)確率、召回率、F1 值等來(lái)衡量模型的性能。如果發(fā)現(xiàn)模型性能不佳,需要進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化,如增加訓(xùn)練數(shù)據(jù)量、調(diào)整模型參數(shù)、采用集成學(xué)習(xí)方法等。在投入運(yùn)行之前,需要仔細(xì)評(píng)估模型的性能,如準(zhǔn)確性及推薦效果等。
在實(shí)現(xiàn)內(nèi)容推薦系統(tǒng)時(shí),我們需要選擇合適的編程語(yǔ)言和框架。比較常用的編程語(yǔ)言包括Java、python 等,常用的框架包括Spark、Tensorflow 等。同時(shí),我們還需要通過(guò)數(shù)據(jù)采集、清洗、預(yù)處理等步驟來(lái)構(gòu)建數(shù)據(jù)集。接下來(lái),就可以通過(guò)選擇不同的推薦算法來(lái)訓(xùn)練模型,從而得到推薦結(jié)果。最后,我們通過(guò)Web API 來(lái)將推薦結(jié)果返回給用戶,完成整個(gè)推薦系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
當(dāng)內(nèi)容推薦系統(tǒng)在開發(fā)環(huán)境中驗(yàn)證通過(guò)后,可以將其上線到生產(chǎn)環(huán)境中。在上線之前,需要進(jìn)行一系列的測(cè)試和驗(yàn)證,確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和健壯性。部署階段還需要考慮系統(tǒng)的擴(kuò)展性和性能優(yōu)化,以應(yīng)對(duì)高并發(fā)和大規(guī)模用戶的需求。
機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域,包括物品推薦、輿情分析、金融風(fēng)控等。在具體應(yīng)用中,基于機(jī)器學(xué)習(xí)的內(nèi)容推薦系統(tǒng)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
社交媒體是現(xiàn)代社會(huì)不可或缺的一部分,如何讓用戶更充分地利用這一工具,獲取有價(jià)值的信息,成為了內(nèi)容推薦系統(tǒng)的一大挑戰(zhàn)。基于機(jī)器學(xué)習(xí)的社交媒體推薦系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的需求和行為,以精準(zhǔn)和智能的方式,推薦符合用戶需求的信息。
新聞在人們的日常生活中扮演著重要的角色,而基于機(jī)器學(xué)習(xí)的新聞推薦系統(tǒng)可以從海量的新聞中,選擇用戶最感興趣的內(nèi)容,讓用戶不再被信息淹沒(méi),真正做到精準(zhǔn)推送。
基于機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的推薦系統(tǒng)已經(jīng)成為電子商務(wù)領(lǐng)域的一個(gè)標(biāo)配,通過(guò)對(duì)用戶的瀏覽、搜索和購(gòu)買等行為進(jìn)行建模和分析,并通過(guò)人性化的推薦,可以幫助用戶更高效地選擇自己需要的商品,也能為電子商務(wù)平臺(tái)帶來(lái)更高的轉(zhuǎn)化率和銷售額。
總之,內(nèi)容推薦系統(tǒng)對(duì)于提升用戶體驗(yàn)和網(wǎng)站轉(zhuǎn)化率有著重要作用。在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)時(shí),需要充分考慮系統(tǒng)架構(gòu)、算法和應(yīng)用場(chǎng)景等因素,以獲得更好的推薦效果?;跈C(jī)器學(xué)習(xí)方法的內(nèi)容推薦系統(tǒng)應(yīng)用正逐漸成熟,但其中還存在許多需要改進(jìn)的問(wèn)題,例如用戶數(shù)據(jù)隱私,推薦偏差和數(shù)據(jù)稀疏性等問(wèn)題仍待解決。然而,隨著機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的不斷發(fā)展,將為內(nèi)容推薦系統(tǒng)提供新的解決方案。