推荐系统-重排序-CTR-Wide&Deep模型

模型

Wide模型-Deep模型-Wide&Deep模型

上图讲得十分清楚:
第一层(最下层)黄点和灰点,表示稀疏离散特征。
第二层表示对稀疏离散特征embedding后的稠密特征向量。
第三层就是深度模型,这里使用了ReLu激活函数
第四层就是输出单元,sigmoid激活也可以认为是LR

  • 1,最左边的Wide模型其实就是LR模型。最右面Deep模型其实就是深度模型了。中间是两者结合的Wide&Deep模型,其输出单元接收的是左右两部分输出的拼接。
  • 2,对于两部分模型(Wide,Deep)的输入,看下图


    Wide&Deep具体应用模型

这是google paly 商店的推荐应用,wide模型和deep模型接受了不同的特征。
deep模型直接接收连续特征和embedding后的离散特征。其输出的即
a^{l}=W^{l}a^{l-1}+b^{l}
wide模型只接受了部分离散特征:user installed app即用户安装的app,impression app即用户看到的被展示的app(看到了但没下载),以及这两部分特征的交叉。其输出即
[x,\phi(x)]其中\phi(x) 是交叉特征。

优化

最终模型输出是
P(Y=1|x)=\sigma(W_{wide}[x,\phi(x)]+W_{deep}a^l+b)
每一批数据,模型同时优化W_{wide},W_{deep}只是在优化算法上
W_{wide} 使用Follow-the-regularized-leader (FTRL)+L1正则 FTRL优化算法
W_{deep}使用AdaGrad
注意这里的同时优化,google论文中叫joint training(联合训练)。并非ensemble(集成学习)
这是因为对于集成学习,每个子学习器的训练都是独立的,两个子学习器参数不会一起训练。
而联合训练指W_{wide},W_{deep}参数是同时更新的。

Embedding 层

  • 为什么需要做embedding?
    超高维度的稀疏输入输入网络,将带来更高维度的参数矩阵,这会带来更大的计算压力。所以神经网络更善于处理稠密的实值输入。所以,需要对稀疏的离散特征做embedding
  • 怎么做embedding?
    • 1,离线提前做embedding,例如对于词的嵌入可以使用Word2vec对词做嵌入。也可利用FM先学习好稀疏特征的隐向量。
    • 2,随机初始化。之后跟着模型参数一起训练。其实1中无论是word2vec还是FM,也是一开始随机初始化,然后训练学习而来。这是最常用的方法。

在wide&deep中,embedding是随机生成的,并在接下来的训练中更新

The embedding values are initialized randomly, and are trained along with all other model parameters to minimize the training loss.

通常会用

tf.feature_column.embedding_column(categorical_column,
                     dimension,
                     combiner='mean',
                     initializer=None,
                     ckpt_to_load_from=None,
                     tensor_name_in_ckpt=None,
                     max_norm=None,
                     trainable=True)

注意参数trainable=True即默认会继续训练这个embedding
而当设置trainable=False时,一般配合已经训练好的embedding

讨论

  • wide与deep分别代表了什么?
    wide是简单的线性模型,他会记住训练数据中已经出现的模式,并赋予权重。这代表了记忆
    deep是深度的复杂模型,会在一层层的网络中计算出训练数据中未出现的模式的权重。这代表了泛化
    这里的模式,可以简单理解为特征组合。

Wide侧就是普通LR,一般根据人工先验知识,将一些简单、明显的特征交叉,喂入Wide侧,让Wide侧能够记住这些规则。
Deep侧就是DNN,通过embedding的方式将categorical/id特征映射成稠密向量,让DNN学习到这些特征之间的深层交叉,以增强扩展能力。

  • 但其实deep模型本身也会记住已出现的模式并进行训练吧?相当于低阶特征也可以得到有效利用,为什么还要加上wide模型呢?
    可能原因:deep模型可解释性不强。wide模型可解释性强。通过wide模型可以挑选出权重较高的低阶特征。同时,对低阶特征另外单独建模,也是很有可能提高精度的。

  • 其他

https://zhuanlan.zhihu.com/p/47293765
相比于实数型特征,稀疏的类别/ID类特征,才是推荐、搜索领域的“一等公民”,被研究得更多。即使有一些实数值特征,比如历史曝光次数、点击次数、CTR之类的,也往往通过bucket的方式,变成categorical特征,才喂进模型。

推荐、搜索喜欢稀疏的类别/ID类特征,可能有三方面的原因:
https://zhuanlan.zhihu.com/p/47293765
1,LR, DNN在底层还是一个线性模型,但是现实生活中,标签y与特征x之间较少存在线性关系,而往往是分段的。以“点击率-历史曝光次数”之间的关系为例,之前曝光过1、2次的时候,“点击率-历史曝光次数”之间一般是正相关的,再多曝光1、2次,用户由于好奇,没准就点击了;但是,如果已经曝光过8、9次了,由于用户已经失去了新鲜感,越多曝光,用户越不可能再点,这时“点击率~历史曝光次数”就表现出负相关性。因此,categorical特征相比于numeric特征,更加符合现实场景。
2,推荐、搜索一般都是基于用户、商品的标签画像系统,而标签天生就是categorical的
3,稀疏的类别/ID类特征,可以稀疏地存储、传输、运算,提升运算效率。

参考

https://blog.csdn.net/google19890102/article/details/78171283
https://zhuanlan.zhihu.com/p/47293765
Wide & Deep Learning for Recommender Systems - - Google
FTRL优化算法
tensorflow_wide&deep.md
wide_deep的一个实现

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