因果推断推荐系统工具箱 - Modeling User Exposure in Recommendation(二)

文章名称

Modeling User Exposure in Recommendation

核心要点

上一节,我们描述了文章中提出的生成概率图模型,这一节主要描述如何利用EM算法对模型进行参数学习。

方法细节

问题引入

具有隐变量的生成模型,参数学习的方法一般是EM算法,这篇文章也不例外。

具体做法

参数学习

利用上一节写出的对数似然公式,交的在E步最大化缺失数据的期望(这里是曝光),在M步最大化惨数的似然。由于利用了共轭先验,这篇文章的模型参数是具有解析解的。
在E步最大化所有没有点击的用户-物品元组的\mathbb{E}[a_{u, i}],因为如果y_{u, i} > 0,那么a_{u, i} = 1。因此,我们最大化的目标如下图所示,其中\mathcal{N} (0 | \theta^{\top}_u \beta_i, \lambda_y^{-1} ),表示在0这一点\mathcal{N} ( \theta^{\top}_u \beta_i, \lambda_y^{-1} )的概率密度。

E-step

在M步,我们更显参数,来最大化似然函数。更新步骤如下图所示。其中,p_{u, i} = \mathbb{E}[a_{u, i}| \theta_u, \beta_i, \mu_{u, i}, y_{u, i}],并且当y_{u, i} = 1p_{u, i} = 1
update parameters

同时,如上一节所述,我们可以扩展曝光先验\mu_{u, i},让它成为曝光特征的变换结果。此时,我们需要更新先验的模型。假设\mu_{u, i}与物品的流行度有关时,我们仍然可以通过解析解来更新参数\mu_{i}(因为我们选定的是共轭先验Beta分布),更新的方法如下图所示。
update with item popularity

如果,我们建模为\mu_{u, i} = \sigma(\psi_u^{\top}x_{ i}),则不存在解析解,需要利用mini-batch的梯度下降来更新参数。更新方法如下图所示。这里x_{u,i}是不用更新的,因为x_{u,i}是通过NLP等方法额外处理出来的。
update prior parameter

gradient

实际预测

通常情况下,协同过滤方法直接利用\theta_{u}^{\top}\beta_{i}来进行用户对物品的评分预测,这种方法是一种点估计方法。这篇文章因为求得了整个生成分布,可以利用求期望的方式,来考虑不确定性的影响。具体的预测方法如下。

prediction with expectation

作者实际测试,如果是简单地物品流行度场景,原来的协同过滤点估计方法效果就可以了,但是如果有exposurer covariates的话,求期望的方式可能会有更好的结果。

代码实现

文章的伪代码如下图所示。


pseudo code

心得体会

外源信息

其实当扩展了\mu_{u, i}x_{i}的时候,模型并非端到端的训练,有可能存在两阶段的误差引入。但是,通常信息是文本和地理位置这类可以显示解释的信息,其误差会比较小,并且相对于完全不引入这些信息,还是有比较大的提升的。

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