推荐系统实践 0x06 基于邻域的算法(1)
基于邻域的算法(1)
基于邻域的算法主要分为两类,一类是基于用户的协同过滤算法,另一类是基于物品的协同过滤算法。我们首先介绍基于用户的协同过滤算法。
基于用户的协同过滤算法(UserCF)
基于用户的协同过滤算法是最古老的算法了,它标志着推荐系统的诞生。当一个用户甲需要个性化推荐时,首先找到那些跟他兴趣相似的用户,然后把那些用户喜欢的,甲没有听说过的物品推荐给用户甲,那么这种方式就叫做基于用户的协同过滤算法。
那么,这个算法包含两个步骤:
- 找到和目标用户兴趣相似的用户集合。
- 找到这个集合中的用户喜欢的,且目标用户没有听说过的物品推荐给目标用户。
我们用用户行为的相似度来表示兴趣的相似度。对于用户\(u\)和用户\(v\),\(N(u)\)和\(N(v)\)表示各自有过正反馈的物品集合。那么我们用Jaccard公式表示用户\(u\)和用户\(v\)之间的兴趣相似度。
\]
另外也可以通过余弦相似度进行计算
\]
余弦相似度的计算代码为
def UserSimilarity(train):
W = dict()
for u in train.keys():
for v in train.keys():
if u == v:
continue
W[u][v] = len(train[u] & train[v])
W[u][v] /= math.sqrt(len(train[u]) * len(train[v]) * 1.0)
return W
如果这样去计算的话,在用户非常大的时候回非常耗时,因为很多用户之间并没有对相同的物品产生过行为,算法也把时间浪费在计算用户兴趣相似度上。那么我们可以对公式分子部分交集不为空的部分。
建立物品到用户的倒排表,对于每个物品都保存对该物品产生过行为的用户列表。
def UserSimilarity(train):
# build inverse table for item_users
item_users = dict()
for u, items in train.items():
for i in items.keys():
if i not in item_users:
item_users[i] = set()
item_users[i].add(u)
#calculate co-rated items between users
C = dict()
N = dict()
for i, users in item_users.items():
for u in users:
N[u] += 1
for v in users:
if u == v:
continue
C[u][v] += 1
# calculate finial similarity matrix W
W = dict()
for u, related_users in C.items():
for v, cuv in related_users.items():
W[u][v] = cuv / math.sqrt(N[u] * N[v])
return W
有了其他用户的对某个物品\(i\)感兴趣的评分,那么根据相似度可以计算出用户\(u\)对物品\(i\)的感兴趣评分为:
\]
其中\(S(u,K)\)是与用户\(u\)最相似的K个用户。因为使用的是单一行为的隐反馈数据,所以所有的评分都为1。
总体代码:
import random
import math
import time
from tqdm import tqdm
def timmer(func):
def wrapper(*args, **kwargs):
start_time = time.time()
res = func(*args, **kwargs)
stop_time = time.time()
print('Func %s, run time: %s' %
(func.__name__, stop_time - start_time))
return res
return wrapper
class Dataset():
def __init__(self, fp):
# fp: data file path
self.data = self.loadData(fp)
@timmer
def loadData(self, fp):
data = []
for l in open(fp):
data.append(tuple(map(int, l.strip().split('::')[:2])))
return data
@timmer
def splitData(self, M, k, seed=1):
'''
:params: data, 加载的所有(user, item)数据条目
:params: M, 划分的数目,最后需要取M折的平均
:params: k, 本次是第几次划分,k~[0, M)
:params: seed, random的种子数,对于不同的k应设置成一样的
:return: train, test
'''
train, test = [], []
random.seed(seed)
for user, item in self.data:
# 这里与书中的不一致,本人认为取M-1较为合理,因randint是左右都覆盖的
if random.randint(0, M - 1) == k:
test.append((user, item))
else:
train.append((user, item))
# 处理成字典的形式,user->set(items)
def convert_dict(data):
data_dict = {}
for user, item in data:
if user not in data_dict:
data_dict[user] = set()
data_dict[user].add(item)
data_dict = {k: list(data_dict[k]) for k in data_dict}
return data_dict
return convert_dict(train), convert_dict(test)
class Metric():
def __init__(self, train, test, GetRecommendation):
'''
:params: train, 训练数据
:params: test, 测试数据
:params: GetRecommendation, 为某个用户获取推荐物品的接口函数
'''
self.train = train
self.test = test
self.GetRecommendation = GetRecommendation
self.recs = self.getRec()
# 为test中的每个用户进行推荐
def getRec(self):
recs = {}
for user in self.test:
rank = self.GetRecommendation(user)
recs[user] = rank
return recs
# 定义精确率指标计算方式
def precision(self):
all, hit = 0, 0
for user in self.test:
test_items = set(self.test[user])
rank = self.recs[user]
for item, score in rank:
if item in test_items:
hit += 1
all += len(rank)
return round(hit / all * 100, 2)
# 定义召回率指标计算方式
def recall(self):
all, hit = 0, 0
for user in self.test:
test_items = set(self.test[user])
rank = self.recs[user]
for item, score in rank:
if item in test_items:
hit += 1
all += len(test_items)
return round(hit / all * 100, 2)
# 定义覆盖率指标计算方式
def coverage(self):
all_item, recom_item = set(), set()
for user in self.test:
for item in self.train[user]:
all_item.add(item)
rank = self.recs[user]
for item, score in rank:
recom_item.add(item)
return round(len(recom_item) / len(all_item) * 100, 2)
# 定义新颖度指标计算方式
def popularity(self):
# 计算物品的流行度
item_pop = {}
for user in self.train:
for item in self.train[user]:
if item not in item_pop:
item_pop[item] = 0
item_pop[item] += 1
num, pop = 0, 0
for user in self.test:
rank = self.recs[user]
for item, score in rank:
# 取对数,防止因长尾问题带来的被流行物品所主导
pop += math.log(1 + item_pop[item])
num += 1
return round(pop / num, 6)
def eval(self):
metric = {
'Precision': self.precision(),
'Recall': self.recall(),
'Coverage': self.coverage(),
'Popularity': self.popularity()
}
print('Metric:', metric)
return metric
# 1. 随机推荐
def Random(train, K, N):
'''
:params: train, 训练数据集
:params: K, 可忽略
:params: N, 超参数,设置取TopN推荐物品数目
:return: GetRecommendation,推荐接口函数
'''
items = {}
for user in train:
for item in train[user]:
items[item] = 1
def GetRecommendation(user):
# 随机推荐N个未见过的
user_items = set(train[user])
rec_items = {k: items[k] for k in items if k not in user_items}
rec_items = list(rec_items.items())
random.shuffle(rec_items)
return rec_items[:N]
return GetRecommendation
# 2. 热门推荐
def MostPopular(train, K, N):
'''
:params: train, 训练数据集
:params: K, 可忽略
:params: N, 超参数,设置取TopN推荐物品数目
:return: GetRecommendation, 推荐接口函数
'''
items = {}
for user in train:
for item in train[user]:
if item not in items:
items[item] = 0
items[item] += 1
def GetRecommendation(user):
# 随机推荐N个没见过的最热门的
user_items = set(train[user])
rec_items = {k: items[k] for k in items if k not in user_items}
rec_items = list(
sorted(rec_items.items(), key=lambda x: x[1], reverse=True))
return rec_items[:N]
return GetRecommendation
# 3. 基于用户余弦相似度的推荐
def UserCF(train, K, N):
'''
:params: train, 训练数据集
:params: K, 超参数,设置取TopK相似用户数目
:params: N, 超参数,设置取TopN推荐物品数目
:return: GetRecommendation, 推荐接口函数
'''
# 计算item->user的倒排索引
item_users = {}
for user in train:
for item in train[user]:
if item not in item_users:
item_users[item] = []
item_users[item].append(user)
# 计算用户相似度矩阵
sim = {}
num = {}
for item in item_users:
users = item_users[item]
for i in range(len(users)):
u = users[i]
if u not in num:
num[u] = 0
num[u] += 1
if u not in sim:
sim[u] = {}
for j in range(len(users)):
if j == i: continue
v = users[j]
if v not in sim[u]:
sim[u][v] = 0
sim[u][v] += 1
for u in sim:
for v in sim[u]:
sim[u][v] /= math.sqrt(num[u] * num[v])
# 按照相似度排序
sorted_user_sim = {k: list(sorted(v.items(), \
key=lambda x: x[1], reverse=True)) \
for k, v in sim.items()}
# 获取接口函数
def GetRecommendation(user):
items = {}
seen_items = set(train[user])
for u, _ in sorted_user_sim[user][:K]:
for item in train[u]:
# 要去掉用户见过的
if item not in seen_items:
if item not in items:
items[item] = 0
items[item] += sim[user][u]
recs = list(sorted(items.items(), key=lambda x: x[1],
reverse=True))[:N]
return recs
return GetRecommendation
# 4. 基于改进的用户余弦相似度的推荐
def UserIIF(train, K, N):
'''
:params: train, 训练数据集
:params: K, 超参数,设置取TopK相似用户数目
:params: N, 超参数,设置取TopN推荐物品数目
:return: GetRecommendation, 推荐接口函数
'''
# 计算item->user的倒排索引
item_users = {}
for user in train:
for item in train[user]:
if item not in item_users:
item_users[item] = []
item_users[item].append(user)
# 计算用户相似度矩阵
sim = {}
num = {}
for item in item_users:
users = item_users[item]
for i in range(len(users)):
u = users[i]
if u not in num:
num[u] = 0
num[u] += 1
if u not in sim:
sim[u] = {}
for j in range(len(users)):
if j == i: continue
v = users[j]
if v not in sim[u]:
sim[u][v] = 0
# 相比UserCF,主要是改进了这里
sim[u][v] += 1 / math.log(1 + len(users))
for u in sim:
for v in sim[u]:
sim[u][v] /= math.sqrt(num[u] * num[v])
# 按照相似度排序
sorted_user_sim = {k: list(sorted(v.items(), \
key=lambda x: x[1], reverse=True)) \
for k, v in sim.items()}
# 获取接口函数
def GetRecommendation(user):
items = {}
seen_items = set(train[user])
for u, _ in sorted_user_sim[user][:K]:
for item in train[u]:
# 要去掉用户见过的
if item not in seen_items:
if item not in items:
items[item] = 0
items[item] += sim[user][u]
recs = list(sorted(items.items(), key=lambda x: x[1],
reverse=True))[:N]
return recs
return GetRecommendation
class Experiment():
def __init__(self, M, K, N, fp='./ml-1m/ratings.dat',
rt='UserCF'):
'''
:params: M, 进行多少次实验
:params: K, TopK相似用户的个数
:params: N, TopN推荐物品的个数
:params: fp, 数据文件路径
:params: rt, 推荐算法类型
'''
self.M = M
self.K = K
self.N = N
self.fp = fp
self.rt = rt
self.alg = {'Random': Random, 'MostPopular': MostPopular, \
'UserCF': UserCF, 'UserIIF': UserIIF}
# 定义单次实验
@timmer
def worker(self, train, test):
'''
:params: train, 训练数据集
:params: test, 测试数据集
:return: 各指标的值
'''
getRecommendation = self.alg[self.rt](train, self.K, self.N)
metric = Metric(train, test, getRecommendation)
return metric.eval()
# 多次实验取平均
@timmer
def run(self):
metrics = {'Precision': 0, 'Recall': 0, 'Coverage': 0, 'Popularity': 0}
dataset = Dataset(self.fp)
for ii in range(self.M):
train, test = dataset.splitData(self.M, ii)
print('Experiment {}:'.format(ii))
metric = self.worker(train, test)
metrics = {k: metrics[k] + metric[k] for k in metrics}
metrics = {k: metrics[k] / self.M for k in metrics}
print('Average Result (M={}, K={}, N={}): {}'.format(\
self.M, self.K, self.N, metrics))
# 1. random实验
M, N = 8, 10
K = 0 # 为保持一致而设置,随便填一个值
random_exp = Experiment(M, K, N, rt='Random')
random_exp.run()
# 2. MostPopular实验
M, N = 8, 10
K = 0 # 为保持一致而设置,随便填一个值
mp_exp = Experiment(M, K, N, rt='MostPopular')
mp_exp.run()
# 3. UserCF实验
M, N = 8, 10
for K in [5, 10, 20, 40, 80, 160]:
cf_exp = Experiment(M, K, N, rt='UserCF')
cf_exp.run()
# 4. UserIIF实验
M, N = 8, 10
K = 80 # 与书中保持一致
iif_exp = Experiment(M, K, N, rt='UserIIF')
iif_exp.run()
参考
推荐系统实践 0x06 基于邻域的算法(1)的更多相关文章
- 推荐系统实践 0x07 基于邻域的算法(2)
基于邻域的算法(2) 上一篇我们讲了基于用户的协同过滤算法,基本流程就是寻找与目标用户兴趣相似的用户,按照他们对物品喜好的对目标用户进行推荐,其中哪些相似用户的评分要带上目标用户与相似用户的相似度作为 ...
- 推荐系统实践 0x09 基于图的模型
用户行为数据的二分图表示 用户的购买行为很容易可以用二分图(二部图)来表示.并且利用图的算法进行推荐.基于邻域的模型也可以成为基于图的模型,因为基于邻域的模型都是基于图的模型的简单情况.我们可以用二元 ...
- 推荐系统实践 0x05 推荐数据集MovieLens及评测
推荐数据集MovieLens及评测 数据集简介 MoiveLens是GroupLens Research收集并发布的关于电影评分的数据集,规模也比较大,为了让我们的实验快速有效的进行,我们选取了发布于 ...
- 协同滤波 Collaborative filtering 《推荐系统实践》 第二章
利用用户行为数据 简介: 用户在网站上最简单存在形式就是日志. 原始日志(raw log)------>会话日志(session log)-->展示日志或点击日志 用户行一般分为两种: 1 ...
- zz京东电商推荐系统实践
挺实在 今天为大家分享下京东电商推荐系统实践方面的经验,主要包括: 简介 排序模块 实时更新 召回和首轮排序 实验平台 简介 说到推荐系统,最经典的就是协同过滤,上图是一个协同过滤的例子.协同过滤主要 ...
- 推荐系统实践 0x0b 矩阵分解
前言 推荐系统实践那本书基本上就更新到上一篇了,之后的内容会把各个算法拿来当专题进行讲解.在这一篇,我们将会介绍矩阵分解这一方法.一般来说,协同过滤算法(基于用户.基于物品)会有一个比较严重的问题,那 ...
- 异常检测-基于孤立森林算法Isolation-based Anomaly Detection-1-论文学习
论文http://202.119.32.195/cache/10/03/cs.nju.edu.cn/da2d9bef3c4fd7d2d8c33947231d9708/tkdd11.pdf 1. INT ...
- QT:用QSet储存自定义结构体的问题——QSet和STL的set是有本质区别的,QSet是基于哈希算法的,要求提供自定义==和qHash函数
前几天要用QSet作为储存一个自定义的结构体(就像下面这个程序一样),结果死活不成功... 后来还跑到论坛上问人了,丢脸丢大了... 事先说明:以下这个例子是错误的 #include <QtCo ...
- 基于多重信号分类算法的DOA估计
原创博文,转载请注明出处 下面的论文是我的雷达处理的作业,拿来共享,不喜勿喷.由于公式编辑器的原因,无法复制公式,全部内容请点击. 基于多重信号分类算法的DOA估计 1引言 多重信号分类(MUSIC) ...
随机推荐
- Python使用psycopg2模块操作PostgreSQL
https://blog.csdn.net/pcent/article/details/78643611
- 手把手教你使用 cert-manager 签发免费证书
概述 随着 HTTPS 不断普及,越来越多的网站都在从 HTTP 升级到 HTTPS,使用 HTTPS 就需要向权威机构申请证书,需要付出一定的成本,如果需求数量多,也是一笔不小的开支.cert-ma ...
- Spring Boot 加载application.properties顺序
1.准备四份application.properties a.项目根目录下config/application.properties ,内容为: test.user.name = a b.项目根目录 ...
- PHP对接微信扫码登录
1.PC端扫码登录 如果你将微信小程序和公众账号绑定同一个微信开放平台,那么他们各自的接口返回有一个参数unionid是相同的(没有绑定微信公众账号就没有):那么你就可以使用这个unionid来做业务 ...
- MONGODB03 - 分组计数_分组去重计数(基于 spring-data-mongodb)
前因 项目中有查询MongoDB单表统计相关功能,涉及到MongoDB数据聚合相关操作,其中在多字段分组去重计数相关操作API上资料较少,spring-data-mongodb相关的API介绍也不够直 ...
- SVG--D3--血缘关系树
最近的工作与可视化有关,有展示血缘关系树的需求 ,类似于这样: 碰巧搜到 D3(用于可视化的js库,作者吕之华),瞬间无法自拔,它的树状图功能基于SVG.js ,暴露的可操作入口也简洁恰当,能帮助你快 ...
- 23longest-consecutive-sequence
题目描述 给定一个无序的整数类型数组,求最长的连续元素序列的长度. 例如: 给出的数组为[100, 4, 200, 1, 3, 2], 最长的连续元素序列为[1, 2, 3, 4]. 返回这个序列的长 ...
- 用DOM和DOM4J写xml文件时,怎样设置xml文档的编码
//在将xml文档传输出去时,利用Transformer中的setOutputProperty方法 TransformerFactory trans = TransformerFactory.newI ...
- Linux Capabilities 入门教程:进阶实战篇
原文链接:https://fuckcloudnative.io/posts/linux-capabilities-in-practice-2/ 该系列文章总共分为三篇: Linux Capabilit ...
- Vue常用性能优化
Vue常用性能优化 Vue常用的一些优化方式,主要是在构建项目过程需要注意的方面. 编码优化 避免响应所有数据 不要将所有的数据都放到data中,data中的数据都会增加getter和setter,并 ...