wide&deep VS deepFM

wide&deep和deepFM在推荐搜索中比较常见,这里对原理不做过多介绍,主要想说下特征处理。

1. wide&deep

模型结构

wide&deep结合了LR和DNN,模型结构如下:


图1: wide&deep
图2: 实际使用中的wide&deep
如何理解wide和deep呢?论文中说wide的作用是记忆,deep的作用是泛化,如何理解?实践中是如何做的呢?

记忆能力,可以理解为发现“直接的”、“暴力的”、“显然的”关联规则的能力。正如在Google的应用场景:用户安装了应用A,此时曝光应用B,用户安装的B概率大。因此,wide部分主要是人工交叉特征,且是非常稀疏的,所以wide部分其实特征稀疏会比较好。而deep的泛化能力,是因为无法枚举所有的交叉情况,因此需要deep去学习。deep模型直接将连续型特征以及类别特征embedding后作为输入,由于DNN本身就有学习高阶特征的能力,在deep中不需要交叉特征。

为什么Deep部分不特别考虑稀疏性的问题?

大家注意观察可以发现Deep部分的输入,要么是Age,#App Installs这些数值类特征,要么是已经降维并稠密化的Embedding向量,工程师们不会也不敢把过度稀疏的特征向量直接输入到Deep网络中。所以Deep部分不存在严重的特征稀疏问题,自然可以使用精度更好,更适用于深度学习训练的AdaGrad去训练。

见微知著,你真的搞懂Google的Wide&Deep模型了吗?的评论部分:

  • 说得直接一些,deep部分的作用就是泛化,为的就是解决预测数据中出现wide部分没有包含的特征,尤其是ID组合特征。如果理想态下所有ID级的特征组合在训练集都充分出现,并且不考虑服务和存储压力,我猜deep部分是基本没什么用的,毕竟都是统计模型,本质上就是个复读机。只是因为ID特征组合不可能都在训练集中都出现,以及服务和存储压力还是很重要的,所以deep才有了用。
  • 你说这个让我想起之前我做的一个场景,item集很小,几千的规模,但是流量很大,因此有充足的机会去探索不同item在不同用户和场景组合上的效果,最终简单的统计模型的效果就很好,利用复杂深度学习模型的收益微乎其微。

2. deepFM

模型结构

DeepFM相比于wide&deep和FM的优点在于:

  • 不需要预训练FM模型得到隐向量
  • 不需要人工特征工程。在wide&deep中,wide部分因为是LR仍需要人工特征工程,但是FM可以学习二阶交叉特征,因此省去了人工特征工程
  • 能同时学习低阶和高阶的组合特征
  • FM和DNN共享feature embedding部分,可以更快的训练,以及更精确的训练学习
图3: deepFM

FM与LR一样,更适合于稀疏特征,优点在于可以学习二阶交叉特征。在图3的模型中,主要介绍了稀疏特征(我的理解就是类别类特征),如果有数值类特征怎么办呢?我目前看到的大多是将数值类特征离散化,然后再embedding成dense特征。或者能不能参考wide&deep,将数值类特征直接和dense embeddings作为DNN的输入?

另外,FM其实有两部分:一阶和二阶。FM 一阶输入为原始特征,二阶输入为embedding后的输入;DNN 为embedding后的输入。

数值类特征怎么加入深度模型?

数值类型的特征怎么加入深度模型如nfm,deepfm?

  • 归一化后直接输入dnn部分,不参与fm部分交叉
  • 不归一化经过bn后输入dnn,不参与fm部分交叉
  • 离散化后作为id feature, embedding后与其他sparse feature的embedding 一起参与fm的交叉
  • 为每一个field下的dense value a维护一个embedding vector,取 a \cdot v作为其最终的embedding表示,与其他sparse feature的embedding一起参与fm的交叉
损失函数计算
concat_input = tf.concat([self.y_first_order, self.y_second_order, self.y_deep], axis=1)
out = tf.nn.sigmoid(tf.add(tf.matmul(concat_input,weights['concat_projection']),weights['concat_bias']))
loss = tf.losses.log_loss(tf.reshape(label,(-1,1)), out)
optimizer = tf.train.AdamOptimizer(learning_rate=dfm_params['learning_rate'], beta1=0.9, beta2=0.999,epsilon=1e-8).minimize(loss)

将FM、DNN的输出concat后进行加权求解(相当于LR),然后再sigmoid/softMax,得到out,即预测值。计算loss,是用out和真实标签计算交叉熵损失函数,并优化。

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