4. 精排

4.1 推荐算法的五个维度

• 记忆与扩展

• Embedding

• 高维稀疏的类别特征

• 交叉结构

• 用户行为序列建模

4.2 交叉结构

FTRL：传统时代的记忆大师

• 技术要求：online learning、特征稀疏

• FTRL：为了减少单个样本的随机扰动，最优参数，是让之前所有步骤的损失之和最小

  • 引入代理损失函数：$\mathbf{w}_{t+1}=\operatorname{argmin}_{\mathbf{w}}\left[\mathbf{g}_{1: t} \cdot \mathbf{w}+\frac{1}{2}\left(\sum_{s=1}^t \sigma_s\left\|\mathbf{w}-\mathbf{w}_s\right\|_2^2\right)+\lambda_1\|\mathbf{w}\|_1+\frac{1}{2} \lambda_2\|\mathbf{w}\|_2^2\right]$

  • 每个特征独立设置步长：$\eta_{t, i}=\frac{\alpha}{\beta+\sqrt{\sum_{s=1}^t \mathbf{g}_{s, i}^2}}$

FM：半脚迈入 DNN 的门槛

• Embedding + 自动二阶交叉：$logit_{FM}=b+\sum_{i=1}^n w_i x_i+\sum_{i=1}^n \sum_{j=i+1}^n\left(v_i \cdot v_j\right) x_i x_j$

  • 参数 $n^2$ → $nk$，数据利用率高、训练充分

  • 提升了模型的扩展性

Wide & Deep：兼顾记忆与扩展

• Deep（DNN）：Embedding + MLP，高阶隐式交叉（扩展性、多样性）

• Wide（LR）：强于记忆，防止 Deep 过分扩展影响精度，类似正则（查缺补漏）

• 共同训练：$CTR_{predict}=sigmoid(logit_{wide}+logit_{deep})$

  • Wide - FTRL，Deep - Adagrad / Adam / ...

DeepFM：融合二阶交叉

• 自动特征交叉，Wide 侧增加 FM

• DeepFM：$CTR_{predict}=sigmoid(logit_{lr}+logit_{fm}+logit_{dnn})$

  • Deep：$logit_{dnn}=DNN(Concat(Embedding(\mathbf{x}_{dnn})))$
  • FM：$logit_{fm}=FM(\mathbf{x},Embedding(\mathbf{x}_{dnn}))$，与 Deep 共享 / 独立
  • LR：$logit_{lr}=\mathbf{w}_{lr}\cdot\mathbf{x}_{lr}$，强于记忆，防止过分扩展的正则化

DCN：不再迷信 DNN

• DCN (Deep & Cross Network) ：隐式交叉结构

  • DCN V1：对于 L 层，相当于所有元素 $\le L+1$ 阶的交叉

    • 每个 cross layer，$\mathbf{x}_{l+1}=\mathbf{x}_0 \mathbf{x}_l^T \mathbf{w}_l+\mathbf{b}_l+\mathbf{x}_l$
  • DCN V2：原始输入长度大，只做信息交叉（而不是压缩和提炼）

    • 参数容量有限，$w_l$ 替换为 $d\times d$ 矩阵 $W_l$，$\mathbf{x}_{l+1}=\mathbf{x}_0 \odot\left(\mathbf{W}_l \mathbf{x}_l+\mathbf{b}_l\right)+\mathbf{x}_l$
    • 原始输入 $x_0$ 长度很大，还提出将大矩阵 $W_l$ 分解成两个 $d\times l$ 的矩阵相乘
• DCN 与 DNN 融合

  • 串联：DCN → DNN

  • 并联：DCN + DNN

AutoInt：借用 Transformer 特征交叉

• Transformer：$\operatorname{Attention}(\mathbf{Q}, \mathbf{K}, \mathbf{V})=\operatorname{softmax}\left(\frac{\mathbf{Q K}^T}{\sqrt{d_k}}\right) \mathbf{V}$，采用 multi-head 机制增强表达能力

  • 将一系列 Value 压缩成一个 Embedding，压缩方式根据 Query

  • 对 Value 序列加权求和，权重就是 Query 和 Key 的相关程度

• AutoInt

  • 步骤

    • 准备各 field 的 embedding

    • 组成 [B,M,d] 的矩阵 X，套用 transformer

    • 多层 transformer 的结果仍然是 [B,M,d] 矩阵，拼接喂给浅层 DNN

  • 缺点

    • 为了使用 self-attention，要求 field embedding 长度相等

    • 对信息只交叉不压缩，每层输出都是 [B,M,d]，时间开销不小

  • 实践：不独立预测，而只是作为一个模块，嵌入更大的模型（只选择部分重要特征）

4.3 用户行为序列建模

• 行为序列信息的构成

  • 每个视频 id 的 embedding

  • 时间差信息：距离现在时间差，分桶为整数，方便模型刻画时间衰减

  • 视频元信息（作者、来源、分类、标签等），动作程度（观看时长、观看完成度）

• 简单 pooling：sum / average / weighted-sum

DIN：千物千面

• Deep Interest Network (DIN)：$UE_{u, t}=\sum_{j=1}^H w_j h_j=\sum_{j=1}^HA\left(h_j, t\right) h_j$

  • 候选物料 t 作为 query，对用户历史序列做 attention（相似度权重）

  • 召回、粗排场景，user / item 解耦，可以用行为序列最后的 item 作为 query

建模序列内的依赖关系

• 双层 attention

  • self-attention：与前后历史行为交叉、关联

  • target-attention：套用 DIN，建模相关性，得到用户兴趣向量

建模长序列

• 在线提取用户兴趣：Search-based Intereset Model (SIM)

  • DIN 软过滤 ~O(L)，SIM 改用硬过滤，得到相关短序列 SBS

    • Hard Search：搜索相同属性的序列，数据库缓存（userId - category - SBS）

    • Soft Search：根据 item embedding 查找 ANN，组成 SBS

      • Embedding：用候选 item 和长期行为序列，构建小模型预测 CTR，得到 embedding

  • 缺点：实现复杂，耗时增加，工程难度大（维护缓存）

• 离线预训练用户兴趣

  • 人工统计长期兴趣，e.g. 某个标签过去 1 周/月的 CTR

  • 离线预训练辅助模型，提取用户长期兴趣

    • 预训练模型：输入长期行为序列，输出 embedding 代表用户长期兴趣

    • 行为序列较长的用户，都过一遍模型，将 embedding 存入 KV 数据库

    • 天级更新即可，短期兴趣留给 DIN、双层 attention 等模型学习

  • 预训练模型：双塔结构，cos(A用户长期, A用户短期) 越小越好，cos(A用户长期, B用户短期)

  • 优点：不会增加线上耗时，实现简单

  • 缺点：长期兴趣，不会随着候选无聊而变化