傳統(tǒng)的個性化推薦系統(tǒng)，采用定期對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的做法來更新模型。由于是定期更新，推薦模型無法保持實時性，對用戶當(dāng)前的行為推薦結(jié)果可能不會非常精準(zhǔn)。實時個性化推薦實時分析用戶產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，可以更準(zhǔn)確地為用戶進(jìn)行推薦，同時根據(jù)實時的推薦結(jié)果進(jìn)行反饋，更好地改進(jìn)推薦模型。

1. 實時計算平臺

大數(shù)據(jù)實時計算平臺TRC[1]由實時數(shù)據(jù)接入TDBank、實時數(shù)據(jù)處理TDProcess、和分布式K-V存儲TDEngine等部分組成，其中TDBank主要負(fù)責(zé)從業(yè)務(wù)側(cè)接入實時數(shù)據(jù)，如用戶行為數(shù)據(jù)、物品信息數(shù)據(jù)等;TDProcess基于Storm對實時流入的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，并利用TDEngine存儲計算結(jié)果，以供推薦引擎等使用。

TRC的主要框架如上圖所示，有關(guān)TRC的文章已經(jīng)有很多，這里不作詳述，有興趣的讀者可以參考文章[1]獲得詳細(xì)描述。

2. 推薦算法實時化

基于Storm的實時計算能夠針對海量流式數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的統(tǒng)計處理，然而流式計算在機(jī)器學(xué)習(xí)算法方面有著天然的劣勢，而要完成實時推薦，只是實時統(tǒng)計顯然是不夠的，我們希望能實現(xiàn)推薦算法的實時化更新計算。

流式實時計算在機(jī)器學(xué)習(xí)方面的局限性主要表現(xiàn)在兩方面：首先，由于數(shù)據(jù)是以流的形式進(jìn)入Storm平臺計算，在任何時刻，我們都只有目前流入的數(shù)據(jù)，而沒有傳統(tǒng)的全局?jǐn)?shù)據(jù)概念，而在全局?jǐn)?shù)據(jù)上進(jìn)行迭代計算正是許多機(jī)器學(xué)習(xí)算法需要的;其次，Storm平臺是計算數(shù)據(jù)易失的，在海量數(shù)據(jù)背景下，如何保證模型的有效存儲及更新維護(hù)成為一個挑戰(zhàn)。

對于上述第二點不足，我們使用了TDE作為解決方案，TDE作為一個高容錯、高可用性的分布式K-V存儲，很好的滿足了我們對計算數(shù)據(jù)的存儲需求。而對于第一點不足，我們通過精細(xì)的設(shè)計，將原始的離線計算轉(zhuǎn)化為增量計算，并實現(xiàn)了幾類經(jīng)典算法：

CF算法：協(xié)同過濾算法，根據(jù)當(dāng)前時間用戶對物品的行為，實時更新物品間的共現(xiàn)數(shù)據(jù)和用戶的興趣分布數(shù)據(jù)，以計算物品間和用戶間的相似度，進(jìn)行基于物品或用戶的協(xié)同推薦。

CB算法：通過分析用戶的實時行為數(shù)據(jù)，更新計算用戶和不同物品間的內(nèi)容相似度，以對用戶進(jìn)行推薦。

Hot算法：通過接收所有用戶的實時行為數(shù)據(jù)，實時更新物品的熱度，分析得到當(dāng)前的熱點物品，如實時熱點新聞等，以對用戶進(jìn)行實時的推薦。

MF算法：協(xié)同過濾矩陣分解算法，根據(jù)用戶對物品的行為評分矩陣，將矩陣分解為用戶和物品的特征向量，以預(yù)測用戶對物品的喜好，來進(jìn)行推薦。

實現(xiàn)框架

下圖為基于Storm實現(xiàn)的框架圖，系統(tǒng)可以分為五層，數(shù)據(jù)接入層，數(shù)據(jù)預(yù)處理層，算法處理層，商品信息補(bǔ)充層，和存儲層。數(shù)據(jù)接入層負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)，預(yù)處理層負(fù)責(zé)根據(jù)歷史數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)全或者過濾等。算法處理層，是系統(tǒng)的主體部分，負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，實現(xiàn)相關(guān)推薦算法的計算，將算法結(jié)果傳入下一層。商品信息補(bǔ)充層負(fù)責(zé)對算法結(jié)果進(jìn)行商品信息補(bǔ)全，這里補(bǔ)全是為了后續(xù)與離線模型結(jié)合或向用戶推薦時，進(jìn)一步對推薦結(jié)果做篩選的。最后一層是存儲層，負(fù)責(zé)將結(jié)果存入存儲部分，以供使用。

數(shù)據(jù)接入層

數(shù)據(jù)接入層負(fù)責(zé)接入數(shù)據(jù)，并且做簡單的檢查，對應(yīng)TdbankSpout。通用推薦平臺接收的數(shù)據(jù)共有五類，包括類別數(shù)據(jù)，行為權(quán)重數(shù)據(jù)，商品屬性，用戶屬性，以及用戶行為數(shù)據(jù)。

類別數(shù)據(jù)：是各個商品的類別的描述和等級，用于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計

行為權(quán)重數(shù)據(jù)：各個行為的權(quán)重，用于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計

商品屬性：各個商品的基本屬性，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計

用戶屬性：用戶的基本屬性，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計

用戶行為數(shù)據(jù)：記錄了用戶的行為，是系統(tǒng)主要要分析的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)預(yù)處理層

包括兩個部分，一個是基礎(chǔ)信息構(gòu)建，對應(yīng)的bolt是BaseInfoBolt，一個是對用戶行為數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，對應(yīng)的是PretreatmentBolt。基礎(chǔ)信息構(gòu)建接受類別、行為權(quán)重、商品屬性和用戶屬性四種數(shù)據(jù)，并存入相應(yīng)的table。預(yù)處理bolt接受用戶行為數(shù)據(jù)，根據(jù)用戶群信息和歷史數(shù)據(jù)對用戶行為記錄進(jìn)行補(bǔ)全或者過濾等。

算法處理層

算法處理層是系統(tǒng)的主體部分，又可以分為數(shù)據(jù)統(tǒng)計部分和算法計算部分。數(shù)據(jù)統(tǒng)計部分包括用戶詳細(xì)信息統(tǒng)計，最近訪問商品統(tǒng)計，人群行為數(shù)據(jù)統(tǒng)計，人群商品共現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，場景Ctr統(tǒng)計等。

算法計算部分實現(xiàn)了CF，MF，Hot，CB等算法。這里對算法進(jìn)行描述。

商品信息補(bǔ)全層

商品信息補(bǔ)充層負(fù)責(zé)對算法結(jié)果進(jìn)行商品信息補(bǔ)全，這里補(bǔ)全是為了后續(xù)與離線模型結(jié)合或向用戶推薦時，根據(jù)商品信息來對算法推薦結(jié)果進(jìn)行篩選后對相應(yīng)用戶進(jìn)行推薦，比如，根據(jù)商品價格和離線模型分析的用戶財富層次等對推薦結(jié)果進(jìn)行篩選，有些商品是vip免費的，可以對vip用戶推薦，而對普通用戶則要慎重考慮。

存儲層

存儲層是系統(tǒng)的最后一層，負(fù)責(zé)將推薦結(jié)果存入tde，tde是騰訊構(gòu)建的一個內(nèi)存k-v存儲，對用戶進(jìn)行在線推薦時，從tde中取出推薦結(jié)果，與離線模型結(jié)合，對推薦結(jié)果進(jìn)一步處理后推薦給用戶。

2.2 實現(xiàn)優(yōu)化策略

針對實現(xiàn)過程中遇到的問題和挑戰(zhàn)，我們提出了幾點優(yōu)化策略以優(yōu)化資源使用、提升效果。

分群計算：在實際計算過程中，我們根據(jù)不同的用戶群體對數(shù)據(jù)進(jìn)行了劃分，并在劃分?jǐn)?shù)據(jù)集上進(jìn)行計算。用戶群體可根據(jù)用戶年齡、性別等進(jìn)行劃分，也可根據(jù)其他信息如職業(yè)、活躍度等進(jìn)行劃分。由于不同群體內(nèi)的用戶行為模式可能不同，在經(jīng)過劃分的數(shù)據(jù)集上進(jìn)行計算，可以得到更準(zhǔn)確的用戶行為模式。

滑動窗口：為了保證數(shù)據(jù)模型的實時性，某些情況下需要對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行“遺忘”，即只使用最近一段時間的數(shù)據(jù)來進(jìn)行計算。為此，我們實現(xiàn)了滑動窗口，對于某個時間單位，我們維護(hù)近n個時間窗口的數(shù)據(jù)信息，這些窗口會實時滑動，丟掉最遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)，保留最近的實時數(shù)據(jù)信息用于計算。

局部集成：為了有效維護(hù)計算數(shù)據(jù)，我們使用了TDE作為數(shù)據(jù)外部存儲，而在計算過程中與TDE的交互成為了計算開銷不可忽視的一部分。為了減少與TDE的交互，降低資源使用，我們使用了局部集成策略，根據(jù)不同的計算特點，將數(shù)據(jù)先在worker內(nèi)部做集成，然后再將局部集成結(jié)果合并到TDE。實踐證明，這一策略有效降低了與TDE的交互，減少了資源使用。

多層Hash：在計算過程中，會出現(xiàn)有多個worker需要寫同一個Key-Value值得到情況，稱之為寫沖突，為了保證TDE的高可用性，我們使用了多層Hash策略來解決寫沖突問題，減小了TDE在數(shù)據(jù)一致性上的負(fù)擔(dān)。通過多層Hash策略，對同一個key的寫操作將只發(fā)生在同一個worker上。

實時可擴(kuò)展item-based CF

基于物品的協(xié)同過濾推薦[2](item-based CF)是亞馬遜于2003年公布的推薦算法，由于其推薦效果較好且易于實現(xiàn)等特點，在工業(yè)界得到了廣泛應(yīng)用。這里我們以item-basedCF算法為例，解釋實時推薦算法的具體實現(xiàn)[3]，有關(guān)其他算法的具體描述可參考論文[3]和[4]。

3.1 原始Item-basedCF

Item-based CF的基本思想是認(rèn)為用戶會喜歡和他以前所喜歡的物品相似的物品，其計算分為相似物品計算和用戶喜好預(yù)測兩部分，相似物品計算是整個算法的關(guān)鍵部分，用戶喜好預(yù)測根據(jù)物品相似度加權(quán)預(yù)測用戶對新物品的評分。

3.2 實時item-basedCF

在傳統(tǒng)的推薦算法中，用戶對物品的喜好評分由用戶打分決定，而現(xiàn)實世界中，用戶對物品的打分?jǐn)?shù)據(jù)較少，大部分?jǐn)?shù)據(jù)是用戶行為數(shù)據(jù)，如瀏覽、點擊等，這些用戶行為具有不確定性，比如，用戶點擊一個物品詳情頁后關(guān)閉，可能表示用戶喜歡該物品因為用戶點擊了詳情頁，也可能表示用戶不喜歡該物品因為用戶又關(guān)閉了詳情頁。這種情況下，我們只能從用戶行為數(shù)據(jù)中去猜測用戶的喜好。

為了降低對用戶行為數(shù)據(jù)的錯誤理解造成的損失，我們對原始item-basedCF算法進(jìn)行了改進(jìn)。具體來說，我們?yōu)槊總€用戶行為類型設(shè)置了評分權(quán)重，衡量不同行為表示的用戶喜好的可靠性，如，對點擊行為我們設(shè)定其評分權(quán)重為一分，而購買行為三分，因為用戶的購買比點擊更有可能說明用戶喜歡該物品。對于一個物品，用戶可能有多種行為，比如點擊、購買、評論等，這時我們?nèi)?quán)重最高的用戶行為評分作為該用戶對物品的喜好。

我們定義了用戶對兩個物品的共同評分用于計算物品相似度，如下：

通過將物品的共同評分設(shè)定為兩個物品評分中較低的那個，我們限定了對行為錯誤估計的損失為兩者的較小值。相應(yīng)的，兩個物品的相似度計算如下：

為了實現(xiàn)流式實時計算，實時更新物品的相似度，我們將上式計算分為了三部分，如下：

其中， ，

3.3 實時剪枝策略

在實際計算過程中，我們發(fā)現(xiàn)，由于數(shù)據(jù)量太大，用戶的某一個行為會帶來大量的物品需要重新計算。具體來說，我們一般認(rèn)為用戶在某一時間段中交互的物品相互之間相關(guān)，即可能相似，這個時間段可能是一天或者一個月，那么一個用戶行為帶來的物品評分更新，可能會造成數(shù)十甚至數(shù)百個物品對的相似度需要重新計算，而這些物品對很多可能是不那么相似的，即

4 總結(jié)

隨著近年來個性化服務(wù)的發(fā)展，推薦系統(tǒng)在實際應(yīng)用中的價值也得到越來越多的認(rèn)可，實時推薦在推薦效果上的優(yōu)秀表現(xiàn)，以及其巨大的發(fā)展空間，使其獲得很多的關(guān)注。大數(shù)據(jù)實時推薦仍然有許多值得探索的地方，如實時矩陣分解、實時LR、實時深度學(xué)習(xí)等在線學(xué)習(xí)算法。

via:騰訊大數(shù)據(jù)

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