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矩阵分解解决什么问题
推荐系统中的评分矩阵是高度稀疏的,存储开销较大,因此考虑对评分矩阵降维存储,也就是只提取User和Item间有对应关系的pair存储。
SVD(Singlur Value Decomposition,矩阵奇异值分解)
SVD的方法描述:假设矩阵M是一个m*n的矩阵,则一定存在一个分解 ,其中U是m*m的正交矩阵,V是n*n的正交矩阵,Σ是m*n的对角阵。
对角阵Σ的特殊性质,它的所有元素都非负,且依次减小,通常前10%的和就占了全部元素之和的99%以上,因此可以使用最大的k个值和对应大小的U、V矩阵来近似描述原始的评分矩阵。根据矩阵分解的定义,可以知道对角阵的每个元素其实是用户和物品之间的权重(相关性)。
但是由于奇异值分解要求矩阵是稠密的,并且计算量非常大,所以传统的SVD分解方法比较难用
Funk SVD(Latent Factor Model,隐语义模型)
这是一种基于SVD思想的填充原始评分矩阵的方法。
矩阵R为m×n的稀疏矩阵(sparse matrix),考虑用 Pm×r 和 Qr×n 两个矩阵的乘积 R̂ 去逼近矩阵R,误差用SSE,后面面 两项为 正则项。其算法意义层面的解释为通过隐含特征(latent factor)将user兴趣与item特征联系起来。
如何求出使得SSE最小的矩阵P和Q?
Stochastic Gradient Descent
将上面的损失函数进行展开,得到下式:
求J相对的偏导:
求J相对的偏导:
在实际的运算中,为了P和Q中所有的值都能得到更新,一般是按照在线学习的方式选择评分矩阵中有分数的点对应的U、I来进行迭代。
SVD++
在绝大多数应用场景中,用户并不会显示的对物品给出评分,更多的是点击和浏览等隐式反馈,并且占比相当大。
甚至可以进一步扩展出SVD++的对偶问题,也就是从物品角度考虑,添加了对物品I提供了隐式反馈的用户集合U(I):