基于生成对抗网络的序列推荐的研究

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目前,推荐系统的应用范围越来越广泛,已经成为电商平台、视频播放平台、娱乐社交等平台的基础设施。序列推荐是推荐系统的一个分支,能够从用户与项的信息中挖掘隐含信息并建立用户交互的依赖关系模型。隐含信息包括各个项之间的联系、用户的偏好以及偏好的变化、商品的流行度变化等。依赖关系是指用户在不同时刻交互的产品之间存在联系,例如交易序列中的商品之间存在顺序依赖关系。序列推荐中存在许多问题,如序列数据的稀疏问题、长期依赖的挖掘问题等。针对这些问题,本文对序列推荐进行深入研究,提出了两个算法,并使用真实数据进行实验。本文的主要研究工作如下:(1)针对序列推荐的数据稀疏性问题,本文首次提出基于生成对抗网络的协同过滤算法。该算法将用户的序列数据使用向量表示,从向量中学习隐式反馈信息。在生成对抗网络模型中,生成器学习用户与项的特征并生成虚假的用户交互数据,判别器判别真实数据与生成数据,并将结果反馈给生成器,指导生成器的更新。该算法学习序列的潜在信息,并使用学习到的用户与项的特征解决序列数据的稀疏性问题。生成对抗网络模型容易产生模式崩溃问题,模式崩溃是指生成器仅学习真实数据的某一分布特征并以此生成数据骗过判别器,从而导致模型的损失值震荡太小,推荐的精确率无法提升,影响数据稀疏性问题的解决性能。本文使用权重截断和增加梯度惩罚项的方法对算法进行改进,权重截断能够改善训练过程中的梯度消失问题,但是会造成权重两极化现象,导致训练不稳定,收敛速度慢。据此本文为判别器的损失函数添加了梯度惩罚项,满足了判别器梯度的Lipschitz限制。实验结果表明该算法能够解决序列推荐的数据稀疏性问题,模型的精确率同比神经协同过滤算法提高了 61.1%。(2)针对序列推荐的长期依赖的挖掘问题,本文提出了嵌入双向编码表示的生成对抗网络算法。该算法使用双向编码表示模型解读用户与项的二元关系序列,并使用生成对抗网络模型的对抗训练生成更多与真实数据分布相似的样本数据对模型的学习进行指导,得到更好的结果。算法包括三个步骤,首先本文使用双向编码表示模型解读序列数据,其中双向模型能够考虑序列中任意项的上下文信息,多头自注意力机制能够捕捉任意项与其上下文之间的依赖关系,将捕获内容进行编码,并从中提取特征。然后根据用户与项的特征训练生成对抗网络模型,使得其生成器能够生成近似真实数据分布的样本,再使用判别器对真实数据与生成数据进行判别,并将结果反馈给生成器。最后,本文使用基于生成对抗网络的协同过滤算法的训练结果,将其使用嵌入双向编码表示的生成对抗网络算法进行实验,实验结果表明嵌入双向编码表示的生成对抗网络算法同时也能够解决序列推荐的数据稀疏性问题。该算法在真实数据集上进行实验,NDCG@10最高达到93.0%。
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