推荐系统-基于模型协同过滤理论基础与业务实践

推荐系统-基于模型协同过滤理论基础与业务实践

1.SparkMllib库框架详解

• Spark机器学习库
  • 五个组件
    • ML Algratham算法
    • Pipelines管道
    • Featureszation
    • Persistence
    • Utilitiesl
  • Sparkml和Sparkmllib
    • ml基于DatafrmaeAPI
    • mllib基于rdd的API

2.SparkMllib基本数据类型

• localvector本地向量
  • 创建方式上
    • dense稠密性向量—会存储0值和非0值
    • sparse稀疏性向量—仅可以存储非0值元素
      • seq()结构数据
      • 元素个数，下标，元素的值
• Lablepoint标签向量
  • 通过指定Vectors给定dense或sparse等向量
  • 从mllib.regression.LabeledPoint中获取labelpoint通过该方法给特征进行标签赋值
  • Spark读取libsvm格式数据
    • 鸢尾花-----花瓣的长度和宽度、花萼的长度和宽度
    • 鸢尾花几种类别—三种类别—setosa、versicolor、vernica

    • 1 1:-0.555556 4:-0.916667 
      1 1:-0.666667 2:-0.166667 3:-0.864407 4:-0.916667 
      1 1:-0.777778 3:-0.898305 4:-0.916667 
      1 1:-0.833333 2:-0.0833334 3:-0.830508 4:-0.916667 
      1 1:-0.611111 2:0.333333 3:-0.864407 4:-0.916667 
      1 1:-0.388889 2:0.583333 3:-0.762712 4:-0.75 
      1 1:-0.833333 2:0.166667 3:-0.864407 4:-0.833333 
      1 1:-0.611111 2:0.166667 3:-0.830508 4:-0.916667 
      1 1:-0.944444 2:-0.25 3:-0.864407 4:-0.916667 
      1 1:-0.666667 2:-0.0833334 3:-0.830508 4:-1 
      1 1:-0.388889 2:0.416667 3:-0.830508 4:-0.916667 
      1 1:-0.722222 2:0.166667 3:-0.79661 4:-0.916667 
      1 1:-0.722222 2:-0.166667 3:-0.864407 4:-1 
      1 1:-1 2:-0.166667 3:-0.966102 4:-1 
      1 1:-0.166667 2:0.666667 3:-0.932203 4:-0.916667 
      1 1:-0.222222 2:1 3:-0.830508 4:-0.75 
      1 1:-0.388889 2:0.583333 3:-0.898305 4:-0.75 
      

    • libsvm格式非常适合于稀疏性数据(0值元素较多非0元素较少的情况)

    • (2.0列别标签,(9元素个数,[0,1,2]下标,[5.0,8.0,9.0]值))
      (1.0,(9,[0,1,2],[7.0,6.0,7.0]))
      (1.0,(9,[0,1,2],[3.0,2.0,1.0]))
      (2.0,(9,[0,1,2],[5.0,8.0,9.0]))
      

  • LocalMatrix–本地矩阵

    • val dm: Matrix = Matrices.dense(3, 2, Array(1.0, 3.0, 5.0, 2.0, 4.0, 6.0))
      println(dm(2,0))
      // Create a sparse matrix ((9.0, 0.0), (0.0, 8.0), (0.0, 6.0))
      val sm: Matrix = Matrices.sparse(3, 2, Array(0, 1, 3), Array(0, 2, 1), Array(9, 6, 8))
      

      • 分布式矩阵(了解)

3.统计量的MLLIB实现

• 基于均值、方差、极差、分层抽样、假设检验等方面

4.Mllib抽取-转换-选择之特征提取器

• TF-IDF–适用于文本分析
• Word2Vec词向量工具----一个词能够使用不同词向量表示
• [[0.03173386193811894,0.009443491697311401,0.024377789348363876]]
• 建议自学word2vec原理
• CountVector–处理文本中的词频，按照词频进行原文本的排序

5.Mllib抽取-转换-选择之特征转换

• 二值化
• stringtoindexer
• indextoString
• Bucketizer
• QuantileDiscretizer
• Sqltransformer

6.Mllib抽取-转换-选择之特征选择器

• 特征选择VectorSlicer
• RFormula根据R公式
• 卡方验证chisquare

6-1.最小二乘法

• 最小二乘法–数学上重要方法
• f(x)预测值 ---- y真实值
• 构建平方损失Loss=sum{(y-f(x))**2}
• 求解lloss的导数，关于参数求导
• 令导数为0，得到参数求解的公式，利用公式迭代求解参数
• 最终得到参数最优解
• 和梯度下降法结合理解

7.ALS 实战从行为数据到评分再到预测-API简介

• ALS—交替最小二乘法
• 几个参数：
  • numblocks分块个数
  • rank隐因子个数
  • iterator迭代次数
  • regparrm正则化参数
  • implictPref显式反馈
  • alpha隐式反馈的参数—置信参数
  • nonnegative非负最小二乘法
• 显式反馈和隐式反馈
  • 用户有明确的喜好，如打分，显式反馈
  • 用户没有明确打分，但是有点击、浏览、收藏等行为，构成隐式反馈，通过alpha参数控制隐式反馈的参数
• 正则化参数
  • 主要通过正则化参数达到控制参数的复杂度，防止模型的过拟合
• 冷启动策略
  • 设置nan方式，但是会因为设置了nan评价参数业务nan
  • 设置drop方式，进一步在构建模型的时候不处理新加入的用户或商品
• SparkMl上调用Spark的ALS包
  • 基于dataframe
  • new ALS()添加参数
• SparkMLLIB上调用Spark的ALS包
  • 基于rdd的
  • ALS.train()

8.ALS 实战从行为数据到评分再到预测-需求分析与说明

• ALS实战电商数据
  • 数据来源：从大数据工程师处理好的结构化的数据给到算法工程师
  • 数据格式：[user,itemid,type,timestamp,times]
  • 对userid列来讲拿到的数据是需要处理的，采用stringIndexer将string类型的user转换为数值类型供计算

9.ALS 实战从行为数据到评分再到预测-实战

@Since("0.8.0")
case class Rating @Since("0.8.0") (
    @Since("0.8.0") user: Int,
    @Since("0.8.0") product: Int,
    @Since("0.8.0") rating: Double)

• 通过Spark处理数据成为Rating接受的类型—userid(int)+itemid(int)+rating(double)
• [user,itemid,type,timestamp,times]
• 处理user---->usercode---->userid----使用的方法是StringIndex(转化为datafrmame进行fit和transform)
• 处理type设置不同分数
  • pv浏览=1分
  • fav收藏=3分
  • buy购买=10分
• 设置rating打分规则
  • type数值化*times=得到得分
• 处理数据完毕
• 引入算法+数据=>模型
• SparkMllib中的ALS算法
• Als.train（numblocks,rank,regparam,iteration）
• predictions=als.predict
• rmse进行预测
• 输出推荐结果—uid+itemid+rating排序

10-ALS算法入门与LFM区别和联系

• LFM-Latent Factor machine隐因子分析模型
  • Y=A*B
  • Y矩阵分解为两个矩阵的乘积的形式，通过随机初始化A矩阵和B矩阵，构建损失函数，利用梯度下降法，近似求解A和B矩阵的最优解
• ALS是在LFM基础上使用的交替的最下二乘法的方式进行参数的求解

11-ALS算法实战基础推荐

• 使用Scala完成协同过滤算法或余弦相似度的推荐(参考)
• ALS算法实战userid-itemid-rating得到模型的结果(理解)
• 参考文档中代码

12-ALS算法原理详解

• ALS算法利用交替最小二乘法最优解算法结合LFM的矩阵分解方式进行学习其中参数
• SVD将一个大的评分矩阵分解为了三个矩阵SVD(X)=USigmaVT
  • 算法的时间复杂度较高的
  • SVD算法要求矩阵的数值是填充的
• AY（Y.TY）.inv=X

13-ALS算法步骤详解

• ALS算法思路：固定一个矩阵求解另外一个矩阵的导数，固定一个矩阵求解另外一个矩阵的导数
• ALS算法步骤：
  • 构建损失函数，Loss=(r-r_pred)**2+lambda1u+lambda2v
  • 固定U矩阵求解V矩阵
    • v=M1.inv*M2 其中M1和M2是关于U的矩阵的运算
  • 固定V矩阵求解U矩阵
    • u=M1.inv*M2 其中M1和M2是关于V的矩阵的运算
  • 满足迭代次数停止

14-ALS算法显示反馈与隐式反馈

• 显式反馈直接通过显式打分进行矩阵分解
• 隐式反馈从数学层面讲，引入alpha置信参数，R是交互次数
• 定义隐式反馈的损失函数的参数：C=1+R*alpha
• Loss=C*(r-r_pred)**2+lambda1u+lambda2v

15-ALS算法源码简介

• 了解ALS算法源码部分
• ALS算法并行化
  • numblocks—控制通信的复杂度和计算复杂度
  • makeblocks—inblock存储评分数据和outblock因子关联数据
  • inblock存储的格式[u1,u2,u3,u4]----[v1,v2,v3,v4]----[r1,r2,r3,r4]
  • outblock-----srtblock和Dstblockid映射关联数据

16.ALS推荐算法在Spark上的优化

• ALS优化场景
  • ALS加载数据
    • 使用Hadoop的 CombineFileInputFormat类进行小文件合并成split在加载到spark中，几块加载数据速度
  • ALS预测计算
    • 优化JVM中参数，效果不明显
    • 通过源码查看—看到了源码部分中ALS使用了笛卡尔积操作=====>指数级别(复杂度极高)
    • 在笛卡尔积的之前进行预处理分block块----420000块
    • 在预分块之前做一个预分区----加快数据分不到不同分区和block块下面进行处理的速度

17.SVD推荐算法简介

• 参考课件图示理解

18.PySpark基础环境搭建(了解)

• PySpark环境搭建
• 准备好大数据环境
  • jdk
  • hadoop2.7.4
  • spark2.3.3
  • 缺少组件
• 准备好Python环境
  • Anaconda
  • Python原生环境
• 结合形成Pyspark
  • 赋值spark源码包中的python目录下面的pyspark目录到lib下面的site-packages

19.构建PySpark简单推荐系统(了解)

• 通过pyspark构建推荐系统
• 使用python数据科学包有一个pandas的包进行数据科学开发
• 使用pyspark完成简单推荐系统
  • 使用pandas处理数据格式为-userid+itemid+rating打分
  • 使用pyspark中als算法进行训练模型
  • 使用模型预测5个喜欢的歌手
  • 将喜欢的歌手id和歌手名字进行关联进行输出

20.总结

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