推荐系统相关算法

Posted 2020-09-20 混沌战神阿瑞斯

摘要：

　　 热门推荐

 　　协同过滤算法

　　 矩阵分解

　　 基于内容的推荐（文本，标签，特征/profile）

 　   基于图的算法

　　 

内容：

热门推荐：

　　热门推荐本质上是一个排行榜，可能会考虑到时间衰减，商品的销量/流行度，好评，差评等因素，对于新用户引导有一定的作用，但是并不是一个个性化的算法

　　以下是一些热门排名的公式实现：

 1 def hacker_news_rank(  ):
 2     #参考自http://www.oschina.net/news/43456/how-hacker-news-ranking-algorithm-works
 3     tr = pd.read_csv(‘../data/train.csv‘)
 4     item = pd.read_csv(‘../data/news_info.csv‘)
 5     item_action_cnt = tr[[‘user_id‘,‘item_id‘,‘action_type‘]].drop_duplicates().groupby([‘item_id‘],as_index=False).count()[[‘item_id‘,‘action_type‘]]
 6     item_action_cnt.columns = [‘item_id‘,‘action_cnt‘]
 7     item_pop = pd.merge(item[[‘item_id‘, ‘timestamp‘]], tr, on=‘item_id‘)
 8     item_pop = pd.merge( item_action_cnt,item_pop,on=‘item_id‘ )
 9     item_pop[‘pop‘] = item_pop[‘action_cnt‘] / pow( ( item_pop[‘action_time‘] - item_pop[‘timestamp‘] )/3600 ,5.8 ) #5.8等于10.8，优于1.8,2.8
10     item_pop = item_pop[[‘item_id‘,‘pop‘]].groupby( [‘item_id‘],as_index=False ).sum()
11     return item_pop

 

1 def top_pop(  ):
2     #参考自《推荐系统实践》p130
3     tr = pd.read_csv(‘../data/train.csv‘)
4     tr[‘pop‘] = tr[‘action_time‘].apply(lambda t: 1 / (1.0 + 0.2 * (1487433599 - t))) #0.2优于0.1和0.5
5     item_pop = tr[[‘item_id‘, ‘pop‘]].groupby([‘item_id‘], as_index=False).sum()
6     return item_pop

 

协同过滤算法

　　协同过滤算法大概可以分成如下几步：

　　　1.构建用户评分矩阵，每一行是用户，物品，评分的三元组

　　　2.构建用户/物品的倒排索引

　　　3.计算物品/用户的相似度，比如共现相似度，cosine相似度等

　　　4.预测用户对相似物品的评分，选取top k 进行推荐

以下是一个python版的简单实现：

 1 #可以优化空间，存储成三角矩阵
 2 def get_concur_mat(  ):
 3     path = "../cache/get_concur_mat.pkl"
 4     if os.path.exists(path):
 5         sim_mat = pickle.load(open(path, "rb"))
 6     else:
 7         rat_mat = get_rating_matrix() //用户评分矩阵
 8         sim_mat = pd.DataFrame()
 9         item1_list = []
10         item2_list = []
11         item1_item2_score = []
12         user_groups = rat_mat.groupby( [‘user_id‘] ) //物品的倒排索引
13         for name,group in user_groups:
14             for pair in permutations(list(group[[‘item_id‘,‘weight‘]].values), 2):
15                 item1_list.append( pair[0][0] )
16                 item2_list.append( pair[1][0] )
17                 item1_item2_score.append( pair[0][1]*pair[1][1] )
18         sim_mat[‘item1‘] = item1_list
19         sim_mat[‘item2‘] = item2_list
20         sim_mat[‘score‘] = item1_item2_score
21         sim_mat = sim_mat.groupby([‘item1‘, ‘item2‘], as_index=False).sum()
22         pickle.dump(sim_mat, open(path, ‘wb‘), True)  # dump 时如果指定了 protocol 为 True，压缩过后的文件的大小只有原来的文件的 30%
23     return sim_mat
24 
25 def get_cosine_sim(  ):
26     path = "../cache/cosine_sim_mat.pkl"
27     if os.path.exists(path):
28         sim_mat = pickle.load(open(path, "rb"))
29     else:
30         concur_mat = get_concur_mat()
31         print(‘----------------load concur_mat--------------------‘)
32         rat_mat = get_rating_matrix()
33         print(‘----------------load rat_mat--------------------‘)
34         rat_mat[‘score2‘] = rat_mat[[‘weight‘]] *  rat_mat[[‘weight‘]]
35         item_sum_s2_vector = rat_mat[[‘item_id‘,‘score2‘]].groupby([‘item_id‘],as_index=False).sum()
36         item_sum_s2_vector.index = item_sum_s2_vector[‘item_id‘]
37         item_sum_s2_dict = item_sum_s2_vector[‘score2‘].to_dict()
38         concur_mat[‘item1_sum_s2‘] = concur_mat[‘item1‘].apply( lambda p:item_sum_s2_dict[p] )
39         concur_mat[‘item2_sum_s2‘] = concur_mat[‘item2‘].apply(lambda p: item_sum_s2_dict[p])
40         concur_mat[‘sim‘] = concur_mat[‘score‘] / (concur_mat[‘item1_sum_s2‘].apply(math.sqrt) * concur_mat[‘item2_sum_s2‘].apply(math.sqrt))
41         print(‘------------      取前20个最相似的item    ------------------‘)
42         sim_mat = pd.DataFrame()
43         for item1,group in concur_mat.groupby( [‘item1‘],as_index=False ):
44             df = group.sort_values( [‘sim‘],ascending=False ).head( 20 )
45             df[‘item1‘] = [item1] * len(df)
46             sim_mat = sim_mat.append( df )
47             # print(‘---------------------------‘)
48         sim_mat = sim_mat[[‘item1‘, ‘item2‘, ‘sim‘]]
49         pickle.dump(sim_mat, open(path, ‘wb‘), True)
50     return sim_mat

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 矩阵分解

 举一个电影推荐的例子，用户可能对星爷的无厘头电影和好莱坞大片比较感兴趣，这时协同过滤就不能明确满足用户的这部分需求了。矩阵分解类的算法针对此类问题，引入了隐性因子的概念。那么矩阵分解大概可以分成如下几步：

　　1.构建用户评分矩阵，每一行是用户，物品，评分的三元组

 　  2.设定隐因子数量，迭代次数，正则化参数（单指ALS和SGD优化算法）等，并进行训练

      3.保存用户矩阵，物品矩阵

　　4.预测用户对候选物品的评分，选取top k 进行推荐

以下是一个python调用libMF的简单例子：

1 #!/usr/bin/env bash
2 
3 #训练
4 #-l1 0.015,0 -l2 0.01,0.005 -r 0.01 -v 10 -t 10000 -r 0.01
5 bins/mf-train -k 35 -l1 0.015,0 -l2 0,0.05 -t 8000 -r 0.02 data/real_matrix.tr.txt model/libMF_model_l1l2

预测评分

 1  print( ‘ 预测评分 ‘ )
 2     rec = pd.DataFrame()
 3     user_list = []
 4     rec_items_list = []
 5     sorted_list = []
 6     n = 0
 7     feat = ["factor_" + str(i) for i in range(num_factor)]
 8     user_mat = user_mat[ [‘user_id‘]+feat ]
 9     item_mat = item_mat[ [‘item_id‘]+feat ]
10     for i in range( len(user_mat) ):
11         recitems = []
12         for j in range( len(item_mat) ):
13             predict = user_mat.ix[i,1:].dot( item_mat.ix[j,1:] )
14             addAndSortTopK( [item_mat.ix[j,0],predict],sorted_list )
15         for item_predict in sorted_list:
16             recitems.append( int(item_predict[0]) )
17         sorted_list.clear()
18         user_list.append( user_mat.ix[i,0] )
19         rec_items_list.append( " ".join( map(str,recitems) ) )
20         n += 1
21         if( n%2==0 ):print(‘ rec users ‘+str( n ))
22     rec[‘user_id‘] = user_list
23     rec[‘item_id‘] = rec_items_list

 

基于内容的推荐（文本，标签，特征/profile）

　　多维度分析用户对物品的偏好，例如新闻，图书类的会对物品进行文本分析，音乐，博客类的可以通过（UGC）标签引导用户并且记录用户累积偏好；最后电商类推荐搭建用户画像和商品画像，进行精准营销。

实现代码待续~~~

 

 基于图的算法

待续~~~