[WWW24]自监督推荐论文RecDCL: Dual Contrastive Learning for Recommendation简介

RecDCL: Dual Contrastive Learning for Recommendation

论文链接:RecDCL: Dual Contrastive Learning for Recommendation | Proceedings of the ACM on Web Conference 2024

代码链接:GitHub - THUDM/RecDCL: RecDCL: Dual Contrastive Learning for Recommendation (WWW'24, Oral)

简介

自监督推荐(Self-supervised recommendation,SSR)在协同过滤任务中展示了巨大的成功。其中一个重要分支——对比学习(contrastive learning,CL)通过对比原始数据和增强数据的嵌入来缓解推荐的数据稀疏问题。然后,现有的基于CL的SSR方法大多数直观一个batch的对比,而没有探索特征维度的潜在规律。此外,在推荐场景,还没有工作考虑过基于batch的对比(BCL)和基于特征的对比(FCL)。因此,本文提出了用于推荐的双对比方法,简称为RecDCL。

预备知识

协同过滤

设用户、物品和用户-物品二部图的符号分别是U、I和G。协同过滤模型致力于排序所有物品,并预测用户可能会交互的新物品。目前,用于协同过滤的流程框架是GCN。给出用户u和物品i,GCN致力于迭代地执行邻居信息传播和聚合,以此更新交互图G上的所有节点。最后用户和物品的排序分数使用内积进行计算。目前的流行优化策略是使用成对化优化损失(例如Bayesian Personalized Ranking):

其中O是训练数据,u、i和j分别是用户u、正样本i(用户u交互过的物品)和负样本j(物品u没有交互过的物品),σ是非线性激活函数。

Batch-wise Contrastive Learning(BCL)

最近的趋势是采用自监督学习中的对比学习进一步提升协同过滤模型的性能。其核心思想是通过数据增强构造原始数据的新视角,并且通过InfoNCE损失来增强同一节点的不同视角的一致性:

<
<think>好的,用户想了解对比学习在推荐系统中的应用,特别是CLR模型的原理、实现和应用场景。首先,我需要回忆对比学习的基本概念,以及它如何与推荐系统结合。对比学习的核心是通过拉近相似样本的距离,推开不相似样本,这在推荐中可以用来增强用户和物品的表征。 接下来,CLR模型的原理部分需要解释对比学习如何应用于推荐,可能涉及数据增强构建正负样本,比如对用户行为序列进行随机掩码或重排。然后,模型结构可能包括编码器(如Transformer)、对比损失函数(如InfoNCE)。需要确认这些技术点是否正确,是否有相关论文支持,比如SimCLR在推荐中的改编。 在实现方法方面,用户可能关心具体的技术细节,比如数据预处理、编码器设计、损失函数的选择,以及负样本的采样策略。这里需要提到双塔结构、温度系数τ的作用,以及如何避免过拟合,比如使用Dropout或正则化。 应用场景部分,应该涵盖冷启动、长尾推荐、多行为推荐和跨域推荐。需要确保这些场景确实适用对比学习,是否有实际案例或研究支持。例如,对比学习可以通过增强稀疏数据的表征来改善冷启动问题。 另外,用户可能对CLR的优势和挑战感兴趣。优势包括更好的表征学习和缓解数据稀疏,挑战可能涉及计算开销和负样本质量。需要准确区分这些点,并引用相关文献,比如何向南团队的工作。 最后,生成相关问题时要考虑用户可能的后续疑问,比如具体实现代码、与其他模型的对比、评估指标等。确保问题有针对性,能够引导用户深入理解CLR模型。 需要检查是否所有技术细节准确,比如InfoNCE损失函数的公式是否正确,双塔结构是否适用于推荐场景。同时,确保引用标识正确,尽管用户提供的引用没有具体来源,但需保持格式一致。整个回答要保持结构清晰,语言简洁,符合用户要求的格式,特别是数学表达式用$...$,独立公式用$$...$$,并正确使用中文回答。</think>### Contrastive Learning for Recommendation (CLR) 模型 #### 一、原理 对比学习(Contrastive Learning)通过拉近相似样本(正样本对)的表示距离,同时推开不相似样本(负样本对)的表示距离,从而学习更具判别性的特征。在推荐系统中,CLR 的核心思想是通过对比用户-物品交互的不同视角(如数据增强后的视图)来优化表征,缓解数据稀疏性问题[^1]。 **关键技术点**: 1. **数据增强**:对用户行为序列进行随机掩码、重排或添加噪声,生成正样本对。 2. **对比损失**:使用 InfoNCE 损失函数: $$ \mathcal{L} = -\log \frac{\exp(s(u_i, v_i^+)/\tau)}{\sum_{j=1}^N \exp(s(u_i, v_j^-)/\tau)} $$ 其中 $s(\cdot)$ 是相似度函数,$\tau$ 为温度系数[^2]。 --- #### 二、实现方法 1. **数据预处理** - 用户行为序列划分为历史交互和当前目标。 - 对序列进行随机掩码或重排生成增强视图。 2. **模型架构** - **编码器**:常用 Transformer 或 GRU 编码用户行为序列。 - **投影头**:将表征映射到低维空间以计算相似度。 - **双塔结构**:用户塔和物品塔独立编码,通过对比学习对齐语义空间。 3. **损失函数与训练** - 采用跨视图对比(如用户增强视图 vs 物品增强视图)。 - 负样本通过批次内随机采样或对抗生成。 **代码片段(PyTorch 伪代码)**: ```python class CLR(nn.Module): def __init__(self, user_encoder, item_encoder): super().__init__() self.user_encoder = user_encoder # 用户行为编码器 self.item_encoder = item_encoder # 物品特征编码器 def forward(self, user_seq, item_seq): user_rep = self.user_encoder(user_seq) # 用户表征 item_rep = self.item_encoder(item_seq) # 物品表征 logits = torch.matmul(user_rep, item_rep.T) # 相似度矩阵 loss = F.cross_entropy(logits / self.tau, labels=torch.arange(logits.size(0))) return loss ``` --- #### 三、应用场景 1. **冷启动推荐**:通过对比学习增强稀疏用户/物品的表征[^3]。 2. **长尾推荐**:提升低频物品的曝光率。 3. **多行为推荐**:融合点击、购买、收藏等多行为信号。 4. **跨域推荐**:对齐不同域的用户表示(如视频与电商)。 --- #### 四、优势与挑战 | **优势** | **挑战** | |-------------------------|--------------------------| | 增强表征的判别性 | 计算开销大(需大量负样本)| | 缓解数据稀疏性 | 数据增强策略依赖领域知识 | | 兼容多模态数据 | 负样本质量影响效果 | ---
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