FM(factorization Machines)

《Factorization Machines》paper的阅读笔记，仅为了整理个人思路。

个人觉得FM的本质就是预测值=偏置+权重1单变量+权重2变量之间的相互作用。
偏置和权重都可以是标量，也可以是向量

下面是本人认为重要的文章内容摘抄与翻译，能力有限，水平不足，不喜请绕道。

一 FM的优点

- 能够估计SVM所不能的稀疏矩阵的参数
（FMs allow parameter estimation under very sparse data where SVMs fail）

- FM 具有线性复杂性（相当于SVM中的多项核），能够在原始数据中进行优化，无需像SVM一样依赖支持向量。
（FMs have linear complexity,can be optimized in the primal and do not rely on support vectors like SVMs）

- FM 具有一般性，能够适用于任何真实值的特征向量,能够模拟偏置MF，SVD++，PITF，FPMC等最先进的模型。
（FMs are a general predictor that can work with any real valued feature vector.In contrast to this ,other state-of-the-art factorization models work only on very restricted input data.We will show that just by defining the feature vectors of the input data,FMs can mimic state-of-the- art models like biased MF ,SVD++,PITF,or FPMC.）

二 FM模型的公式

$$\hat{y}(x)=w_0+\sum _{i=1}^n{w}_i{x}_i+\sum _{i-1}^n\sum _{j=i+1}n<v_i,v_j>x_i{x}_j$$
$w_0\in R$,$w\in R^n$,$V\in R^{n\ast k}$,
<.,.>是大小为K的两个向量的点积，$<v_i,v_j>={\sum }_{f=1}^k{v}_{i,f}.v_{j,f}$

V中的行向量$v_i$代表的是有K个因子的第i个变量。
$k\in N_0^{+}$ 是定义因子的超参。

（A row $w_i$ within V describes the $i$-th variable with k factors.$k\in N_0^{+}$ is a hyperparameter that defines the dimensionality of the factorization）

自由度为2的FM能够捕捉单变量和变量之间相互作用。
(A 2-way FM(degree d = 2) captures all single and pairwise interactions between variables)

• $w_0$ 是全局变量
• $w_i$模拟第i个变量的strength（个人觉得其实就是权重，models the strength of the i-th variable）
• ${\hat{w}}_{i,j}=<v_i,v_j>$模拟第i和第j个变量之间的相互作用。（个人觉得其实就是权重，models the interaction between the i-th and j-th variable）

三 FM模型的表达能力

假设K足够大，对于任何正定矩阵W，存在一个矩阵V满足$V.V_t$。也就是说，如果K的选择足够大，FM便能够表达任意的相互作用向量W。为了使模型具有更好的泛化能力，在稀疏数据集中，通常选在比较小的K,。

（It is well known that for any positive definite matrix W, there exists a matrix V such thta $W=V.V^t$ provided that $k$ is large enough. Nevertheless, in sparse settings,typically a small $k$ shold be chosen because there is not engough data to estimate complex interactions W.Restricting K - and thus the expressiveness of the FM -leads to better generalization and thus improved interaction matrics under sparsity）