大数据分析与个性化推荐关联分析

如今已经进入了一个数据爆炸的时代,随着 Web 2.0的发展,Web已经变成数据分享的平台,那么,如何让人们在海量的数据中想要找到他们需要的信息将变得越来越难。


在这样的情形下,搜索引擎(Google,Bing,百度等等)成为大家快速找到目标信息的最好途径。在用户对自己需求相对明确的时候,用搜索引擎很方便的通过关键字搜索很快的找到自己需要的信息。但搜索引擎并不能完全满足用户对信息发现的需求,那是因为在很多情况下,用户其实并不明确自己的需要,或者他们的需求很难用简单的关键字来表述。又或者他们需要更加符合他们个人口味和喜好的结果,因此出现了推荐系统,与搜索引擎对应,大家也习惯称它为推荐引擎。


东方金信产品研发团队发现,随着推荐引擎的出现,用户获取信息的方式从简单的目标明确的数据的搜索转换到更高级更符合人们使用习惯的信息发现。




推荐引擎工作原理图


上图给出了推荐引擎的工作原理图,这里先将推荐引擎看作黑盒,它接受的输入是推荐的数据源,一般情况下,推荐引擎所需要的数据源包括:

•     要推荐物品或内容的元数据,例如关键字,基因描述等;

•     系统用户的基本信息,例如性别,年龄等

•     用户对物品或者信息的偏好,根据应用本身的不同,可能包括用户对物品的评分,用户查看物品的记录,用户的购买记录等。其实这些用户的偏好信息可以分为两类:

•     显式的用户反馈:这类是用户在网站上自然浏览或者使用网站以外,显式的提供反馈信息,例如用户对物品的评分,或者对物品的评论。

•     隐式的用户反馈:这类是用户在使用网站是产生的数据,隐式的反应了用户对物品的喜好,例如用户购买了某物品,用户查看了某物品的信息等等。

显式的用户反馈能准确的反应用户对物品的真实喜好,但需要用户付出额外的代价,而隐式的用户行为,通过一些分析和处理,也能反映用户的喜好,只是数据不是很精确,有些行为的分析存在较大的噪音。但只要选择正确的行为特征,隐式的用户反馈也能得到很好的效果,只是行为特征的选择可能在不同的应用中有很大的不同,例如在电子商务的网站上,购买行为其实就是一个能很好表现用户喜好的隐式反馈。

推荐引擎根据不同的推荐机制可能用到数据源中的一部分,然后根据这些数据,分析出一定的规则或者直接对用户对其他物品的喜好进行预测计算。这样推荐引擎可以在用户进入的时候给他推荐他可能感兴趣的物品。


基于人口统计学的推荐

基于人口统计学的推荐机制(Demographic-based Recommendation)是一种最易于实现的推荐方法,它只是简单的根据系统用户的基本信息发现用户的相关程度,然后将相似用户喜爱的其他物品推荐给当前用户。

基于人口统计学的推荐机制的工作原理(如下图)


从图中可以很清楚的看到,首先,系统对每个用户都有一个用户 Profile 的建模,其中包括用户的基本信息,例如用户的年龄,性别等等;然后,系统会根据用户的 Profile 计算用户的相似度,可以看到用户 A 的 Profile 和用户 C 一样,那么系统会认为用户 A 和 C 是相似用户,在推荐引擎中,可以称他们是“邻居”;最后,基于“邻居”用户群的喜好推荐给当前用户一些物品,图中将用户 A 喜欢的物品 A 推荐给用户 C。

这种基于人口统计学的推荐机制的好处在于:

因为不使用当前用户对物品的喜好历史数据,所以对于新用户来讲没有“冷启动(Cold Start)”的问题。

这个方法不依赖于物品本身的数据,所以这个方法在不同物品的领域都可以使用,它是领域独立的(domain-independent)。

那么这个方法的缺点和问题是什么呢?这种基于用户的基本信息对用户进行分类的方法过于粗糙,尤其是对品味要求较高的领域,比如图书,电影和音乐等领域,无法得到很好的推荐效果。可能在一些电子商务的网站中,这个方法可以给出一些简单的推荐。另外一个局限是,这个方法可能涉及到一些与信息发现问题本身无关却比较敏感的信息,比如用户的年龄等,这些用户信息不是很好获取。

 

基于内容的推荐

基于内容的推荐是在推荐引擎出现之初应用最为广泛的推荐机制,它的核心思想是根据推荐物品或内容的元数据,发现物品或者内容的相关性,然后基于用户以往的喜好记录,推荐给用户相似的物品。

基于内容推荐机制的基本原理(如下图)


图中给出了基于内容推荐的一个典型的例子,电影推荐系统,首先我们需要对电影的元数据有一个建模,这里只简单的描述了一下电影的类型;然后通过电影的元数据发现电影间的相似度,因为类型都是“爱情,浪漫”电影 A 和 C 被认为是相似的电影(当然,只根据类型是不够的,要得到更好的推荐,我们还可以考虑电影的导演,演员等等);最后实现推荐,对于用户 A,他喜欢看电影 A,那么系统就可以给他推荐类似的电影 C。

这种基于内容的推荐机制的好处在于它能很好的建模用户的口味,能提供更加精确的推荐。但它也存在以下几个问题:

需要对物品进行分析和建模,推荐的质量依赖于对物品模型的完整和全面程度。在现在的应用中我们可以观察到关键词和标签(Tag)被认为是描述物品元数据的一种简单有效的方法。

物品相似度的分析仅仅依赖于物品本身的特征,这里没有考虑人对物品的态度。

因为需要基于用户以往的喜好历史做出推荐,所以对于新用户有“冷启动”的问题。


基于协同过滤的推荐

A.基于用户的协同过滤推荐

基于用户的协同过滤推荐的基本原理是,根据所有用户对物品或者信息的偏好,发现与当前用户口味和偏好相似的“邻居”用户群,在一般的应用中是采用计算“K- 邻居”的算法;然后,基于这 K 个邻居的历史偏好信息,为当前用户进行推荐。


上图示意出基于用户的协同过滤推荐机制的基本原理,假设用户 A 喜欢物品 A,物品 C,用户 B 喜欢物品 B,用户 C 喜欢物品 A ,物品 C 和物品 D;从这些用户的历史喜好信息中,我们可以发现用户 A 和用户 C 的口味和偏好是比较类似的,同时用户 C 还喜欢物品 D,那么我们可以推断用户 A 可能也喜欢物品 D,因此可以将物品 D 推荐给用户 A。

基于用户的协同过滤推荐机制和基于人口统计学的推荐机制都是计算用户的相似度,并基于“邻居”用户群计算推荐,但它们所不同的是如何计算用户的相似度,基于人口统计学的机制只考虑用户本身的特征,而基于用户的协同过滤机制可是在用户的历史偏好的数据上计算用户的相似度,它的基本假设是,喜欢类似物品的用户可能有相同或者相似的口味和偏好。

B.基于项目的协同过滤推荐


基于项目的协同过滤推荐的基本原理也是类似的,只是说它使用所有用户对物品或者信息的偏好,发现物品和物品之间的相似度,然后根据用户的历史偏好信息,将类似的物品推荐给用户,图 5 很好的诠释了它的基本原理。

假设用户 A 喜欢物品 A 和物品 C,用户 B 喜欢物品 A,物品 B 和物品 C,用户 C 喜欢物品 A,从这些用户的历史喜好可以分析出物品 A 和物品 C 时比较类似的,喜欢物品 A 的人都喜欢物品 C,基于这个数据可以推断用户 C 很有可能也喜欢物品 C,所以系统会将物品 C 推荐给用户 C。

与上面讲的类似,基于项目的协同过滤推荐和基于内容的推荐其实都是基于物品相似度预测推荐,只是相似度计算的方法不一样,前者是从用户历史的偏好推断,而后者是基于物品本身的属性特征信息

C.基于模型的协同过滤推荐

基于模型的协同过滤推荐就是基于样本的用户喜好信息,训练一个推荐模型,然后根据实时的用户喜好的信息进行预测,计算推荐。

基于协同过滤的推荐机制是现今应用最为广泛的推荐机制,它有以下几个显著的优点:

它不需要对物品或者用户进行严格的建模,而且不要求物品的描述是机器可理解的,所以这种方法也是领域无关的。

这种方法计算出来的推荐是开放的,可以共用他人的经验,很好的支持用户发现潜在的兴趣偏好

而它也存在以下几个问题:

方法的核心是基于历史数据,所以对新物品和新用户都有“冷启动”的问题。

推荐的效果依赖于用户历史偏好数据的多少和准确性。

在大部分的实现中,用户历史偏好是用稀疏矩阵进行存储的,而稀疏矩阵上的计算有些明显的问题,包括可能少部分人的错误偏好会对推荐的准确度有很大的影响等等。

对于一些特殊品味的用户不能给予很好的推荐。

由于以历史数据为基础,抓取和建模用户的偏好后,很难修改或者根据用户的使用演变,从而导致这个方法不够灵活。


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