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推荐系统召回算法之——图模型(Personal Rank)

推荐系统召回算法之——图模型(Personal Rank)

作者: 易码当先 | 来源:发表于2020-06-08 10:04 被阅读0次

    目录

    1、Personal Rank 算法背景

    2、二分图的概念

    3、文件解析原理及其物理意义

    4、PR公式推导

    5、python实现

    6、总结


    Personal Rank算法背景:

    用户行为很容易表示为图

    图推荐在个性化推荐领域效果显著,UI矩阵就是典型的二分图。


    二分图:又称为二部图,是图论中的一种特殊模型。设G=(V,E)是一个无向图,如果顶点V可分割为两个互不相交的子集(A,B),并且图中的每条边(i,j)所关联的两个顶点i和j分别属于这两个不同的顶点集(i in A,i in B),则称图G为一个二分图。


    下面举例并从物理意义角度解析,二分图算法是如何将UI矩阵表示为二分图,计算出Item集合对固定user的重要程度排序?

    UI矩阵的二分图表示法

    1、两个顶点之间连通的路径数?

    A到c:A->a->B->c;A->d->D->c两条连通路径;

    A到e:A->b->C->e一条连通路径

    故,A对物品c的偏好程度大于对物品e的偏好。

    2、两个顶点之间的连通路径长度?

    A->c两条路径4个顶点,连通路径长度都是3;A->e也为3

    3、两个顶点之间连通路径经过顶点的初度?

    A到c:A->a->B->c:3+2+2+2;A->d->D->c:3+2+2+2

    A到e:A->b->C->e:3+2+2+1

    可见,PR算法是将UI矩阵表示为二分图存储后,通过统计两顶点连通路径长度、连通路径数以及顶点初度信息来计算Item集合每个Item对固定user的重要程度的一种算法。


    算法文字描述:对用户A进行个性化推荐,从用户A结点开始在用户物品二分图random walk ,以alpha的概率从A的出边中等概率选择一条游走过去,到达顶点后(例如a),有alpha的概率继续从顶点a的出边中等概率选择一条继续游走到下一个结点,或者(1-alpha)的概率回到起点A,多次迭代。直到所有的顶点对于用户A的重要度收敛。(二分图有且只有一个顶点)

    算法公式推导

    PR公式(1)

    按照上面UI矩阵的二分图表示法结合算法文字描述,以节点A和a来举例解释公式。

    PR(v):表示不同节点重要度。

    以a为例,公式上部分表示节点a与之相连的节点A和B,分别从各自出边等概率贡献了1/3和1/2的重要度加和后乘以\alpha \alpha 取经值为0-1之间(经验值0.6)。

    以A为例,公式下部分表示与A相连的节点a,b,d,分别从各自的出边等概率贡献了1/2的重要度,同时它们又是直接与A相连的节点,从PR算法文字描述可知,都可以以1-\alpha 的概率回到A节点。

    公式(1)的矩阵表达方式为:r = (1-\alpha )r_{0}+\alpha M^T r (2)

    其中r是n维向量,每一个元素代表一个节点的PR重要度;r_{0} 也是n维向量,第i个位置为1,其余位置为0,我们就是要为第i个节点进行推荐。其中M是n阶转移矩阵:

    M_{ij} =  \frac{1}{\vert out(i) \vert }   if (j\in out(i)) else 0

    由(2)进行恒等变形可得

    (E-\alpha M^T  )r =(1-\alpha ) r_{0} (3)

    r = (E-\alpha M^T  )^ -1 (1-\alpha )r_{0} (4) ,其中(E-\alpha M^T  )^-1就是所有节点的推荐结果,乘以r_{0} 就是取出矩阵的第i列。


    Python实现:https://github.com/SolodanceMagicq/RecommendSys/tree/master/PersonalRank


    总结:

    1、personalrank二分图算法,是一种无向图,有且只有一个root顶点。

    2、算法核心思想是将UI矩阵以二分图存储,通过顶点按等概率随机游走,迭代计算关联节点pr值的过程。首次迭代只计算推荐用户(root顶点)与其直接关联的节点pr值,然后每次基于上次节点进一步迭代计算关联节点,直至收敛。

    3、PersonalRank算法迭代的时间复杂度过高,须进一步优化,工业界一般会借助spark离线计算或mapreduce将多节点并行计算提高计算性能。

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