【推荐系统】了解推荐系统的生态（重点：推荐算法的主要分类）

【大家好，我是爱干饭的猿，本文重点介绍推荐系统的关键元素和思维模式、推荐算法的主要分类、推荐系统常见的问题、推荐系统效果评测。
后续会继续分享其他重要知识点总结，如果喜欢这篇文章，点个赞👍，关注一下吧】

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1. 了解推荐系统的生态

本章带你了解推荐系统的生态，让你从思维上重塑对推荐系统的认知。了解推荐系统是由哪些关键元素支撑的，推荐算法的分类以及什么才算一个好的推荐系统。

1.1 推荐系统的关键元素和思维模式

推荐系统是一个系统工程

1. 推荐系统的关键元素-数据

• 数据是整个推荐系统的基石 - 清洗和预处理
• 用户行为能真实的反映每个用户的偏好和习惯
• 显式反馈数据会比较稀疏，隐式反馈数据蕴含大量的信息

2. 推荐系统的关键元素-算法

• 基于流行度的推荐算法 - 根据PVUV进行推荐，无个性推荐
• 基于协同过滤的推荐算法
• 基于内容的推荐算法 - 标签、特征向量
• 基于模型的推荐算法 - 解决协同过滤算法的数据稀疏性的问题
• 混合算法

3. 推荐系统的关键元素-领域知识

• 不同领域，不同行业有自己的知识体系和评价准则
• 泛化的推荐无法满足具体领域中特定的用户需求
• 结合领域知识定制推荐系统
  

4. 推荐系统的关键元素-UI

• 推荐结果的最终呈现给用户的展示位置，提供了哪些信息
• 不同物品的推荐，根据用户的关注点，展现的方案也要不同
  

5. 推荐系统的思维模式

• 要有不确定的思维 - 推荐算法都是概率算法
• 目标思维 - 追求的是指标的增长

1.2 推荐算法的主要分类

1. 基于关联规则的推荐算法

• 基于Apriori 的算法

  • Apariori是无监督学习算法
  • Apariori是挖掘一堆数据集中数据之间的某种关联
  • 数据集很大时，Apariori运行效率很低 - FP-Growth解决此问题

• 基于FP-Growth的算法

  • FP-Growth 不产生候选集 - 和Apriori的两个不同点
  • FP-Growth只需要扫描⒉次数据集 - 和Apriori的两个不同点
  • 数据集映射到一颗FP树上，再从这棵树挖掘频繁项集 - 思路

关联分析算法应用场景关联分析算法应用场景

• 购物篮分析:
  通过放入购物篮的不同商品之间的联系，分析顾客的购物习惯
  • 例子:购买鞋子的顾客，10%的会同时购买袜子
    帮助商家能制定营销策略，货架摆放

2. 基于内容的推荐算法

• 推荐内容相似的物品 - 文章、商品类目及文本信息

• TF-IDF算法步骤: - 基于自然语言
  • 提取关键词及其TFIDF值
  • 将共同关键词的TFIDF值的积并求和
  • 获取相似度的值

3. 基于协同过滤的推荐算法

• 基于用户的协同过滤：兴趣相近的用户会对同样的物品感兴趣
• 基于物品的协同过滤：推荐给用户他们喜欢的物品相似的物品
• 基于物品的协同过滤，要基于用户的方式 - 不能简单推荐相似物品

• 缺点:

  • 数据稀疏性和冷启动问题

• 优点:

  • 挖掘用户的潜在兴趣
  • 仅需要评分矩阵来训练矩阵分解模型

• SVD+＋是最流行的协同过滤模型 - 解决数据稀疏的问题

• 基于概率的矩阵分解PMF - 解决SVD模型过于复杂的问题

• Spark内置的推荐算法是基于隐语义模型的协同过滤 - ALS
  

4. 基于模型的推荐算法

• 模型 - 基于深度学习

5. 基于混合的推荐算法

• 加权的混合:多种推荐算法按照权重组合起来
• 分层的混合:多种推荐算法，前一个推荐结果作为下一个的输入
• 分区的混合:多种推荐机制，将不同的推荐结果分不同的区推荐

1.3 推荐系统常见的问题

• 冷启动
• 数据稀疏
• 不断变化的用户喜好
• 不可预知的事项

1. 冷启动

冷启动问题解决方法：

• 根据用户注册信息对用户进行分类

• 推荐热门的排行榜

• 基于深度学习的语义理解模型

• 引导用户把自己的属性表达出来

• 利用用户在社交媒体的信息

方案：

• 文本分析
• 主题模型
• 给物品打标签
• 推荐排行榜单

2. 数据稀疏

• 用户喜欢的物品，与其相似的用户也喜欢这个物品 - 协同过滤
• 用户-物品矩阵是稀疏矩阵 - 计算不准确

解决方案：

• 降低矩阵维数能降低数据稀疏性 - 奇异值分解
  • 弊端：降低矩阵维数会丢失有效数据，使得预测的评分不准确
• 假设用户对其感兴趣物品相似的物品也感兴趣 - 数据填充
  • 弊端：固定填充没有考虑到项目的属性，对推荐带来偏差
• 基于深度学习的语义理解模型 - 基于物品本身的信息

3. 不断变化的用户喜好

解决方案：

• 对用户行为的存储有实时性
• 推荐算法要考虑到用户近期行为和长期行为
• 要不断挖掘用户新的兴趣爱好

4. 什么是好的推荐系统？

• 推荐给用户的是用户感兴趣的内容
• 满足所有内容都被推荐给感兴趣的用户
• 能预测用户的行为
• 帮助用户发现那些他们可能会买，但不容易发现的东西

1.4 推荐系统效果评测

• 模型离线实验
• A/B Test在线实验
• 用户调研和用户反馈

1. 模型离线实验

• 将数据集分为训练集和测试集
• 在训练集上训练推荐模型，在测试集上进行预测
• 通过预定的指标来评测测试集上的预测结果

2. A/B Test在线实验

• A/B Test在线实验是以正交分桶为基础（随机将用户划分几组)
• 根据分桶执行不同的算法得出差异化的指标
• 取其中较优的算法

• A/B Test可以在各个桶间进行多层多类的AB Test测试
• A/B Test 也可以作为针对特定用户进行个性化的推荐

3. 用户调研和用户反馈

• 预测准确率高不代表用户满意度高
• 用户调研需要有一些真实的用户，需要他们完成一些的任务
• 缺点是用户调研成本高，一般情况下很难进行大规模的用户调查

4. 评测指标

4.1 预测准确度

预测准确度:度量预测用户行为的能力

4.1.1 评分预测

• 评分预测:用户对物品的评分行为
• 预测准确度:均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)

4.1.2 TopN推荐

• TopN推荐:个性化推荐列表
• 预测准确度:准确率/召回率

1. 训练集(PHP, Java,C，C++)
2. 测试集T(u)(Ruby,R,Python)
3. 推荐列表R(u) (R,Python,Java,Vue)
4. R(u)和T(u)的交集=2，准确率=2/4，召回率=2/3

4.2 覆盖率

• 覆盖率:描述推荐系统对物品长尾的发掘能力
  

4.3 多样性

4.4 新颖性

4.5 惊喜度

4.6 信任度

4.7 实时性

4.8 健壮性