以下内容重在描述解决的问题、大概思路和可能收益,详细数学和细节参考引用论文。
1. 背景
AB实验来自于来自科学又夹杂着玄学,下面是其中最常见的两个玄学。
1.1. 发布决策问题
AB实验是否显著依赖假设检验,假设检验会有某种阈值来决定是否显著,比如P值小于0.05。
但是为什么P值是0.05?这一标准是否是普适的?是否对不同行业不同公司有更优的标准?
1.2. 流量分配问题
对大规模实验平台来说,流量始终是一种稀缺资源。如何为实验选择合适的流量?
常规答案是进行power分析,实验者根据自己选择的最小观测的效果(MDE)结合实验运行时长、样本方差评估出需要多少用户参与实验。
但这也只是把原问题转换为了另一个形式,实验者应该如何选择自己的MDE?不同场景下是否有科学的MDE选择指南?
2. 研究模型
2.1. 场景建模
此处使用分层模型。
公司会产生很多创意:i = 1, 2,...,I,每个创意质量对应随机变量,此处质量指创意全量后提升率;
这些创意的质量独立同分布,来自质量分布G;
公司发布一个创意的成本为c;
对每个创意质量公司通过AB实验进行评估,实验估计提升率为随机变量;
两个随机变量和的值分为别和。
2.2. 收益估计
根据实验效果和创意质量分布,通过贝叶斯方法可以计算创意质量的条件期望值,记为P(\hat{\delta}_i, n_i),它的表达式是创意i的质量函数。
3. 发布最佳策略
3.1. 结论
当P(\hat{\delta}_i, n_i)大于发布成本c时,就对其进行发布。
3.2. 解释
质量分布与观测值结合,可以实验评估出创意的条件期望质量。
计算过程采用贝叶斯方法,已经考虑了质量分布有观测质量分布的波动性,并且可以证明此估计值优于单出基于实验观测值的估计。
3.3. 微软的研究
上图示例中微软按实验有两千万用户参与绘制不同的后验效果。
其中黑色曲线来自微软2019根据历史实验估计得出。它对应的质量分布为自由度为1.3的t分布,期望值为-0.09%,属于肥尾分布;其它是模拟不同质量分布的效果,属于细尾分布。
此研究为微软提供了以下发现:
- 微软创意的质量分布为肥尾分布,依据实验效果不同,它会对后验质量产生不同的影响:
a. 对实验效果越弱的创意,使后验质量估计值越趋向0,因为它们更大概率来自运气;
b. 对实验效果越强的创意,对后验影响估计值影响越少,因为靠运气得到的概率很低。 - 实验后的后验质量估计可直接通过贝叶斯方式计算,基于后验质量决策有以下影响:
a. 基于以上实验条件,可计算出创意发布的p值阈值:
如果发布成本为零,创意应该被发布的p值阈值为32%;
如果发布成本为质量指标的0.01,创意应该被发布的p值阈值为0.85%;
如果发布成本为质量指标的0.05,创意应该被发布的p值阈值为0.015%;
b. 根据微软对实验的的回测,基于最优发布策略可提升核心指标收益在5%级别,提升结果是显著的;
c. 回测发现2%的历史实验提供了74.5%的收益,这是一个极端版的二八定律。
4. 最佳实验策略
4.1. 结论
如果质量分布肥尾,应该对所有创意都进行实验(小流量多数量);
如果质量分布细尾,应该将所有资源用于运行单个实验(大流量少数量)。
4.2. 解释
假设创意质量分布期望为正向,基于4的最优发布策略,可以计算得到的投入用户进行实验的平均收益提升,称为生产函数:
由于总流量是确定的,需要分配给不同的创意(此处不考虑分层架构或者认为发生在特定流量层下),则实验流量分配转化为总成本固定下的最优化问题。
生产函数的形状与质量分布是否肥尾有关,以质量分布为t分布建模:
- 如自由度小于3,质量分布为肥尾,生产函数为凹函数;
- 如自由度大于3,质量分布为细尾,生产函数为凸函数。
如果共N个用户平均分配个I个创意进行实验(每个实验n个用户),产生的整体收益为:
根据生产函数形状可得到以上结论。
5. FAQ
5.1. 质量分布如何得到?
以上推导都基于质量分布G,而现实中它是未知的,可以通过历史实验进行评估,比如使用最大似然估计法、Lindsey’s Method等,此处不做展开。
5.2. 以上结论是否有前置要求?
在以上研究中,假设公司创意数量不是瓶颈,且创意质量不会随数量的增加而下降。
附录:依赖的统计知识
分层模型(hierarchical model )
此模型观测值分布的参数也是随机产生的,参数值来自另一个分布(套娃模式)。
一个现实的例子:
随机从学校抽取一个学生,让这个学生做一份试卷,最后试卷的评分。
上图为例子的一种建模:
,代表不同学生知识掌握程度的建模,此处分布的两个参数是已知的;
,代表被抽取学生考试得分。
肥尾分布(Fat-tailed distribution)
相对正态分布或指数分布来说中间更细尾巴更粗的分布。
著名的肥尾分布是幂律分布、帕累托分布,伴随着它们出现的名词是“二八定律”、“黑天鹅”等。
一个正态分布与肥尾分布对比的例子:
正态分布:正负三个标准差可以覆盖99.7%的概率,正负四个标准差以外的事件几乎是不存在的;
肥尾分布:4%的事件发生在八个标准差之外。
参考文献
Azevedo, Eduardo M., Alex Deng, José Luis Montiel Olea, and Glen E. Weyl, “Empirical Bayes Estimation of Treatment Effects with Many A/B Tests: An Overview.,” AEA Papers and Proceedings, May 2019, (109), 43–47.
Azevedo, Eduardo, Alex Deng, José Luis Montiel Olea, Justin Rao, and Glen E. Weyl. “A/B Testing with Fat Tails.” Journal of Political Economy, 128 (12) : 4614-4672, 2020.