【search】概述搜索排序算法的评价指标MAP,NDCG,MRR

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By Eletva, eletva.com

我们知道,每个算法都有其评估的手段,借此用以指导当前算法模型的好坏,搜索rank是一个相对而言比较常见又比较特殊的场景,因为最后我们需要评估的是一个序列的好坏,是各个个体的相互关系,而不是大部分机器学习算法那样评估的是每个个体的处理好坏。因此,要深入了解搜索rank的机制,那么首先要知道我们是怎样来评估一种排序算法是好的算法,而另一种是不好的。本文中提到了三种评估的方式,都是有各自的试用场景。

因为搜索的意思形态不一样,可能采取的评估指标也可能会随之变化,以下提到的评估手段都可能是当用或者复用,要适当变之。。。

1. MAP(mean average precision):

MAP的衡量标准比较单一,q(query,搜索词)与d(doc,检索到的doc)的关系非0即1,核心是利用q对应的相关的d出现的位置来进行排序算法准确性的评估,比如q1对应相关的d排名是1,2,5,7(假设q1有4个相关d),那么对于q1的ap(average precision)的计算就是(1/1+2/2+3/5+4/7)/4=ap1,对于q2的排序结果结果中与之相关的d的排名是2,3,6(假设q2有5个相关d),那么对于q2的ap就是(1/2+2/3+3/6+0+0)/5=ap2,那么这个排序算法的MAP就是(ap1+ap2)/2

MAP 是反映系统在全部相关文档上性能的单值指标。系统检索出来的相关文档越靠前(rank 越高),MAP就应该越高。如果系统没有返回相关文档,则准确率默认为0。

这里注意的是,在利用MAP的评估的时候,需要知道:1. 每个q有多少个相关的d; 2. 排序结果中这些d的位置 3. 相关的定义

延展:或许这个MAP可以进行部分改进,相关定义的部分可以考虑用0-1之间的系数来确定,而到实际使用中可以用ctr,gmv这些指标进行替换

2. 对于NDCG(Normalized Discounted Cumulative Gain)的理解

N指的是归一化,D指的是衰减率,C指的累加,G指的是熵,其实这个公式的关键就是就是熵,再多了三个形容词:归一化的,带有衰减函数的,再带有累加的熵即是了

仔细看一下上面的公司,停顿两分钟就可以体会其中的含义了

1)公式中最核心的Gain用一个指数函数来表示了,这与一般的信息熵的概念有些不一样,可能指代表着一个信息量的关系的变化,也许这说明熵是可以以任意形式出现的,anyway,这个还要再研究一下

2)那么接下去就是带有衰减因子的G,也就是DG了,用来表示与位置的衰减关系,因为排名越往后,那么说明越被点击的可能越小,因此越往后的衰减因子越小,实际操作中有很多衰减因子的定义函数,比如C*1/log(1+j),上式子是指C为1的特殊形式, 其中C一般还会取值log2之类的一些经验值,这个都可以根据实际情况来进行变化(不过,我们应该清楚的认识到因为)

3)接着,就是累加,将带有衰减因子的熵进行累加,每个排名处进行累加

4)最后,是归一化,用当前的CDG/MAX,MAX即是理想状态下的CDG,那么就进行了归一化处理

总结:这里的相关性体现在Gain的计算处,r将相关性分成了多个档位,这里可以用实际操作中需要的指标去代替

3. MRR(mean reciprocal rank),倒数排序法

这个是最简单的一个,因为他的评估假设是基于唯一的一个相关结果,比如q1的最相关是排在第3位,q2的最相关是在第4位,那么MRR=(1/3+1/4)/2,MRR方法主要用于寻址类检索(Navigational Search)或问答类检索(Question Answering)

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另外谈到两个常见的算法指标的一些比较本质的东西,一个是Precision(准确率)与Recall(召回率)的关系,另一个是F-Measure,一个用来衡量P与R的指标

P与R之间的关系有些符合其齐夫定律,召回率和准确率分别反映了检索系统的两个最重要的侧面,而这两个侧面又相互制约。因为大规模数据集合中,如果期望检索到更多相关的文档,必然需要“放宽”检索标准,因此会导致一些不相关结果混进来,从而使准确率受到影响。类似的,期望提高准确率,将不相关文档尽量去除时,务必要执行更“严格”的检索策略,这样也会使一些相关的文档被排除在外,使召回率下降。

F-Measure:公式是基于P与R的调和平均数,1/[(1-lamda)*1/p+lamda*1/r), 一般lamda会取0.5,表示p与r的平衡,这里使用调和平均数而不是通常的几何平均或算术平均,原因是调和平均数强调较小数值的重要性,能敏感的反映小数字的变化,因此更适合用来反映算法效果。因为常常,一个指标比多个指标能够方便快捷的定位好坏。

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