Embedding 技术在民宿推荐中的应用


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文章作者:周文彪 途家网
编辑整理:Hoh Xil
内容来源:AI 科学前沿大会
出品社区:DataFun

民宿越来越成为旅游消费的新热潮,作为国内最大的民宿平台,途家在应用 AI 技术进行个性化商品推荐方面进行了不少探索。民宿行业的数据,具有用户消费频次低,用户兴趣点不好描述等特点,基于内容和普通协同过滤的方法效果都不明显,受 graphic embedding ,word2vec 的启发, 我们运用 Embedding 技术有效建立了商品之间的相似关系,运用在物物相似推荐场景通过 AB 测试效果明显胜出。这里对这方面的主要工作进行一个介绍和分享:

  • 背景:民宿推荐 & Embedding

  • 方案:业务中 Embedding 如何落地

  • 改进:落地时的摸索和技巧

  • 后续:未来计划

一、背景

民宿在国内还算是比较新的行业,发展比较快,在国外民宿已经发展很多年了,沙发客文化在国外比较流行。

图中右侧部分,为途家 APP 的界面,左边为 list ,右边为点击第一个房间的详情,如果没有用过民宿的同学可以感受下。民宿列表页和携程、去哪儿酒店有明显区别,他们的图是比较小的,而民宿看起来图片很大,什么原因呢?其实民宿是非标住宿,个性化较强,住酒店的话,可能你想好几星,位置,价位,就可以选择了,但是民宿,人们很多时候,会想住一个山景房,或者一个木屋,住在海边,或者是繁华地段,需求方面会注入更多个性化因素。

总结下,民宿个性化推荐特点:

1. 消费低频,它是旅游需求,相对低频,且用户行为中位置选择占主导,这导致如果应用传统的协同过滤方法,不容易出效果,即使得到的结果也仅仅体现出位置相近的关系。

2. 商品特色数据不易标注,民宿的商品比较特殊,除了房子基本信息,还有很多潜在信息,不容易表达和标注。

3. 用户核心需求不好挖掘,当给出能住几个人,在什么位置,是别墅还是农家乐等信息,用户往往还是无法做出选择,还是会详细的看看房子的图片,或者和商户再进行一些沟通,询问些问题,比如是否适合小孩入住,是否有宠物,因此用户的核心需求也不好挖掘。

这就是民宿推荐上的一些特点。

二、方案

为了在民宿推荐上引入更多的个性化,我们考察了三类个性化推荐的方案:

1. 基于内容的推荐

依赖的数据:这个方法很直接,如果我们可以把房屋的各个维度的数据描述出来,都打上标签,我们就可以进行推荐,比如装修风格,图片怎么样,是否有些有趣的特色。

特点:可覆盖新品,需要大量前序数据挖掘和标注工作,潜在特性不易表达,数据描述的全面性和准确性难保证。

2. 基于协同过滤的 item-to-item 相似推荐

在这里我们不用 user-to-user ,因为它是低频消费的场景,用户之间的相似度很难挖掘,所以我们这里重点考察 item-to-item 相似推荐。

依赖的数据:用户行为日志

特点:不需要数据标注,从高层角度进行推荐;无法覆盖新品,在酒店民宿上应用会陷入以地标相似为主的囧境,弱化了其他个性化特征。

3. 基于 embedding 的 item-to-item 相似推荐

Embedding 可以挖掘商品多维度的潜在个性,通过向量之间的内积,发现物品之间的相似性。

依赖的数据:用户行为日志

特点:不需要数据标注,从高层角度进行推荐;无法覆盖新品,可以挖掘除了地标特征外的多维度相似性。

Embedding

下面介绍下 Embedding:

Embedding 是指把超高维 one hot 离散型变量,表达成一个相对低维的向量 (比如:从 100000 维降到 64 维) 。

在民宿场景下,把房子用一个向量表示,这个向量的内积越大,就表示相似度越高。

这种向量可以表示房屋的原理是:

我们收集了大量的用户日志,用户在短时间内会浏览很多房子,我们认为,用户在下单前,他的搜索都是基于同一个需求的,所以在短时间内浏览的房子是具有内在相似性的。

Embedding 方案比较

我们考察了几种 Embedding 方案:

Graphic Embedding:大家可以看到上图 (a) : 用户搜索时的时序,图 (b) :把时序用网络来表达,其中 u1 用户的行为 DAB ,就可以把 D-A-B 连线,多个用户的连线放在一起,就形成了网络。这种方式考虑了用户点击行为之间的顺序,和不同用户行为序列的交叠, 这在我们的场景中没有必要性,且会增加很多计算量。

Rnn-Language Model:这个模型复杂度高,有顺序考虑,在数据集不大时,收益也不明显。

Skip-Gram Model:回归到简洁的模型,其实模型的复杂度是跟我们的数据和真实的场景有关的,有时候需要复杂的模型,有时候可能简洁的模型更好。这个模型简单来说是一个短时词袋模型,复杂度低,很适合对大量的语料进行建模计算。2013 年 Mikolov 等人正是回归到简单的 Skip-Gram 模型开启了 NLP 领域的新阶段。

Skip-Gram Model

简单介绍下 Skip-Gram Model:

它是实现 word to vector 的经典方法,利用词语在上下文中的共现现象,为每个词生成一个低维向量表示 (几百维)。

我们可以看右边的网络图,非常简洁,输入为 w(t) ,中间层为高维的 projection 层,最后为输出层,可以采用 sotfmax 、也可以采用二分类,Skip-Gram 采用了二分类,通过负采样的方式,避免了对大量输出的分类。

下面为一个语言的例子,输入为 quick ,输出为 the 或者 brown ,然后做了负采样 java ,这就构建了正负样本,可以进行学习了。

网络参数:

Projection 层:Enxd ,这个就是我们说的 Embedding ,n 指 n 个词,d 指我们想把这个词表达成多少维的向量。

Output 层:Wnxd ,也是每个词都有 d 维的参数,然后还有一个偏置 bn

我们用 wi 表示输入,wo 表示输出,Vwi 表示 Embedding 向量。

预测概率:

可以看到这里我们要预测某个词出现在上下文中的概率,就是求解在给定输入词 wi 的时候,wo 的概率是多大。

正负采样:

这里 Skip-Gram 采用的是正负采样,取前后 A 词作为正样本,在词典中任取 B 词作为负样本。为什么取负样本?因为不能只去学习正样本,两个词之间不是所有属性都相近,需要负样本来学出来到底哪些属性相近,哪些属性不相近。

损失函数:

Skip-Gram Model 实现 HouseToVector

接下来把 Skip-Gram 落地到民宿场景中,把一个个民宿表达成向量。

如右图,左边为自然语言的一个句子,可以看到白框 The cat plays with the dog 是一个正常的句子,后面俩个黄色的词其实和这个句子无关,我们把它采样进来做一个负例。学习的时候 The 作为输入,cat 和 plays 作为正样本,car 和 driving 作为负样本,这样构成一个学习样本去学习它的 Embedding 。在我们的业务中,这个序列其实就是一个个房子,就是用户在列表页看到的房子,并且是点击过的房子,黄色为用户跳过的房子,这样就和我们的语言模型对应上了,也有正样本和负样本,图中蓝色的框为用户的 book ,即用户的下单。可以看出,用户的潜在需求与短期内点击过的房子具有相似性,与跳过的房子不相似,与下单房子的相似性具有高权重。

可以看下,上图左边的概述,就是我们如何把 Skip-Gram Model 如何映射到民宿场景中的:

  • 连续的浏览点击行为作为单一需求上下文  w(1),w(2)…w(t)….

  • 若两个行为间隔在半小时以上,则分到两个不同需求上下文中



  • 一个上下文中点击的房子作为正样本 wa ,跳过的房子作为负样本 wb

  • 当天下单的房子作为当天所有上下文的正样本 wa ,且权重更大 (当作 5 个点击)

  • 正样本中任何一个房子可以作为输入 wi

  • 其前后 2 个正样本及下单房子作为输出中的正样本 wa

  • 采样一个上下文中跳过的 8 个房子作为输出中的负样本 wb

  • 补充采样上下文中目的地 (可能多个) 的若干个房子作为负样本 wb

  • 一个训练样本包括, 输入:1 个房子,输出:  64 个房子

模型训练

说一下我们的模型训练,百万级的房源,用 64 维的向量来表达,参数其实就是 E 矩阵和 W 矩阵,对 W 矩阵进行 L2 正则化,Batch size 为 1024,使用了 100 个 Epoch ,训练了 1 天,训练的样本量是由 800 万浏览点击上下文对应的 4000 万训练样本,700 万评估样本,采用 Tesla M40 训练平台。

可以看下我们的 loss 曲线,黄色为评估集,蓝色为训练集,可以看到这个曲线是比较符合预期的,没有太大的抖动,说明这样的方法合适民宿 Embedding 建模。

模型评估除了刚刚的 loss 曲线评估,我们还需要一些产品维度的评估,包括:预测准确率,单一维度相似性。右图为单一维度相似性的对比图。

我们再说个具体的例子,就是途家 app 列表页的一个变化。上图中红直线标出了几个房子位置发生了上移,原因是和作图中用户点击的房子具有相似性,直线上小字是相似度。

这个是我们在线 ABtest 的一个效果,可以看到蓝色是我们的上线日期,上线之后,有一个明显的转化率的提升。

另外我们还做了一个工具提供给供应链的同事使用,用来进行联想搜索, 左上角是输入的房子,下面是根据 Embedding 最相似的若干房子:

三、改进

1. 落地中的一些技巧

关于训练集和训练参数:

  • 过滤掉停留时长太短的点击行为

  • 过滤掉点击数量太多的用户行为

  • 上下文不能太长: +/-2 个点击,  行为间隔 <30 分钟

  • 下单参与到用户当天所有上下文中

  • 负采样:

    √ 一定要采样用户跳过没点的房子,数量不能比正样本多太多

    √ 一定要采样同目的地的其他房子,数量和用户跳过房子相当

  • 学习率:足够小,自适应降低

  • L2 正则化:针对 W ,采用较强的约束,batch-related:只把当前 batch 里出现的房子加入到 L2 正则项里。

2. 应用 Embedding 中的一些技巧

  • 数据后处理:

    √ 预测前需要对所有 Embedding 向量规范化

    √ 过滤掉在训练集中总出现次数小于 10 的房子

  • 推荐方案:对用户一天内最近 5 次点过的房子向量求均值,再求与候选房子的相似度

  • 冷启动问题:

    √ 找到与新上房子最接近的房子小集合,对小集合中的 Embedding 向量求均值作为该新房子的 Embedding 向量

    √ 小集合确定方法:在距离,房型,价格,图片分,面积,人数等已有数据方面尽量接近

3. Embedding 的迭代更新

说下比较重要的一点,就是训练一次生成百万级向量之后,过了一段时间,由于民宿增长非常快,每天都有很多新的民宿进来,过一段时间,我需要重新训练,这个代价是比较大的,就是说如果用新的训练样本去训练,可能以前的房子最近没什么人看,那么它的向量可能会丢失,我们的做法:

  • 收集最近 2 月的用户行为日志,生成新训练样本

  • 预加载上一版模型参数:

  • 新增的 p 个房子补充到参数矩阵末尾随机初始化:

  • 只用新训练样本进行训练,导出 Embedding 矩阵同步到线上推荐模型。

这样方式的特点:

  • 老的房子向量可以存留和持续更新

  • 及时加入新的房子向量

4. 预加载和重新学习的效果对比

然后我们对比一个房子,假设这个房子在新的训练集中不存在,只在老的训练集中存在,通过右图,可以看到,第二列是预加载后训练的模型,第三列是重新训练(不预加载参数进行训练),发现,如果把原来老房子的向量加到重新训练的 Embedding 矩阵中,其实没意义,可以看到第三列的相似度差了很多,基本上像在随机乱猜。可见预加载训练很有必要。

四、后续

我们优化的未来计划:

  • 引入丰富的行为类型,包括收藏,聊天,点评;聊天其实是比较重要的,用户下单前往往会和商户简单聊几句,如果发生聊天,我们会认为这是一个更重的正样本。

  • 考虑用户的时序行为,引入 Attention 机制。

  • 引入其他属性,作为副信息和 Embedding 一起学习,顺便把其他属性的 Embedding 也提取出来。

嘉宾介绍:

周文彪,目前担任途家网算法负责人, 专注于机器学习在商业场景的落地,参与和主持去哪网、途家网智能客服机器人,搜索推荐,运营智能化方面的工作, 为企业运营效率提升,和流量转化提升做出重要贡献。


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