Knowledge about Ranking Algorithms

本文探讨了当前排名算法的三大类别:点对点、配对和列表级算法。点对点算法设计评分函数独立评估文档;配对算法最小化文档间的相对误分类误差;列表级算法通过最小化列表损失函数来学习排名模型。

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1. Type

Most current ranking algorithms can be divided into three main categories: pointwise, pairwise and listwise.

Pointwise ranking algorithms
This type of algorithms does not use any relative information between documents, instead attempting to design a score function, scores of which are then used to rank the documents.

Examples: PRank

Pairwise ranking algorithms
The goal of these algorithms is to minimize the relative pairwise misclassification error in ranking problem.

Examples: RankNet, LambdaRank, RankBoost

Listwise ranking algorithms
These algorithms use lists of ranked documents as “instances” during training, and learn a ranking model by minimizing some listwise loss function.

Examples: AdaRank, SoftRank, ListNet, C-CRF

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### Ranking Loss 的概念 Ranking loss 是一种用于衡量模型预测排名顺序与真实标签之间差异的损失函数。这种类型的损失函数广泛应用于信息检索、推荐系统以及自然语言处理等领域,特别是在涉及排序的任务中。 ### Ranking Loss 的计算方法 常见的 ranking loss 形式之一是成对排序损失 (Pairwise Ranking Loss),其核心思想是比较不同样本之间的相对位置关系。具体来说,对于任意一对正负样例 \(i\) 和 \(j\),如果希望正样例子 \(i\) 排名高于负样例子 \(j\),则定义如下形式的损失: \[L_{rank}(f(x_i), f(x_j)) = \max(0, 1 - (f(x_i) - f(x_j)))\] 其中 \(f(\cdot)\) 表示评分函数[^1]。该公式表明当正样例得分低于或等于负样例时会产生惩罚;反之,则不会增加额外成本。 另一种常用的 ranking loss 是列表级别的 RankNet 损失函数,在此框架下,通过比较每一对文档的概率分布来优化整个查询结果列表的质量: \[L(y_1,y_2)=E[\log(1+\exp(-t(s_1-s_2)))]\] 这里 \(s_1,s_2\) 分别代表两个文档的相关度分数,而\( t=\text{sign}(y_1-y_2)\)决定了这对文档的真实偏好方向。 ### 应用场景 - **搜索引擎**:提高搜索结果页面上高质量网页的位置。 - **广告投放平台**:确保高点击率的商品展示给更多潜在客户。 - **社交网络中的好友推荐**:优先显示那些更有可能成为新朋友的人选。 - **学术论文引用分析**:帮助学者找到最相关的研究资料。 ```python def pairwise_ranking_loss(pos_score, neg_score): """Calculate Pairwise Ranking Loss.""" margin = 1.0 losses = torch.relu(margin - pos_score + neg_score) return losses.mean() ```
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