【推荐系统】【论文阅读笔记】【survey】Hybrid Recommender Systems: Survey and Experiments

混合推荐系统:级联方法与应用
这篇博客探讨了混合推荐系统,尤其是级联混合方法。级联方法通过分阶段使用不同推荐技术,首先粗略排名,然后细化推荐,避免在已有很好区分的项目上使用低优先级技术。文章介绍了不同类型的推荐技术,如协同过滤、基于内容的推荐等,以及它们的优缺点。此外,还讨论了基于知识的餐厅推荐系统和混合推荐系统的未来发展,如实时推荐、多源信息整合和家庭场景中的兴趣混合推荐。

一、推荐技术简介:

论文链接:https://www.researchgate.net/publication/263377228_Hybrid_Recommender_Systems_Survey_and_Experiments

CF协同推荐:(用户之间的相关性)对现存的对象的评分或推荐进行汇总,根据用户的评分识别用户之间的共性,并根据用户间的比较生成新的推荐。协作系统中的典型用户配置文件由项目向量及其评级组成,随着用户与系统交互的时间推移,这些项目及其评级不断增加。这些系统可以是基于记忆(memory-based)的,直接使用相关性或其他测量方法将用户相互比较,也可以是基于模型(model-based)的,其中模型来自历史评级数据,用于进行预测。基于模型的推荐者已经使用了多种学习技术,包括神经网络,潜在语义索引和贝叶斯网络

        优点:它们完全独立于被推荐对象的任何机器可读表示,并且对于复杂的对象(如音乐和电影)工作良好,因此它不需要领域知识,并且充满了隐式反馈。适合于在一个小而静态的项目范围内,用户兴趣密度相对较高的问题。与基于内容的方法相比,协作方法的最大优势在于其跨类型或开箱即用的推荐能力。

       缺点:如果项目变化太快,那么对于新用户来说旧的评级信息则价值不大,如果项目集很大,用户兴趣分布很小,那么与其他用户重叠的可能性就很小。并且该方法存在用户以及项目冷启动问题。

 

CN基于内容的推荐:(项目之间的相关性)基于内容的推荐者根据用户所评价的对象中存在的特征来学习用户兴趣的概要。由基于内容的推荐程序导出的用户兴趣概要的类型取决于所采用的学习方法。决策树、神经网络和基于向量的表示都已经使用。与协作案例一样,基于内容的用户配置文件是长期模型,随着观察到更多关于用户偏好的证据而更新。

     优点:不需要领域知识,不存在项目冷启动问题,并且推荐效果随着时间推移而提高,也具有隐式反馈

     缺点:存在新用户冷启动问题,需要大量的历史数据集,并且存在稳定性问题,并且该方法不具有跨类型推荐能力。需要对物品进行分析和建模,推荐的质量依赖于对物品模型的完整和全面程度。在现在的应用中我们可以观察到关键词和标签(Tag)被认为是描述物品元数据的一种简单有效的方法。

DM基于人口统计学的推荐:简单的根据系统用户的基本信息发现用户的相关程度,然后将相似用户喜爱的其他物品推荐给当前用户

      优点:不需要领域知识,可以实现跨领域推荐,因为不使用当前用户对物品的喜好历史数据,所以对于新用户来讲没有“冷启动(Cold Start)”的问题。

     

### ### 图神经网络在推荐系统中的应用综述 图神经网络(GNNs)在推荐系统中的应用已经成为近年来研究的热点,其核心优势在于能够有效地建模用户与物品之间的复杂关系,并结合辅助信息(如社交网络、知识图谱等)来提升推荐的准确性。推荐系统的主要任务是从用户的历史行为辅助信息中学习有效的用户物品表示,以预测用户对未接触物品的兴趣程度。 #### 协同过滤中的图神经网络 在用户-物品协同过滤(User-item Collaborative Filtering)任务中,GNNs被广泛用于构建用户-物品交互图。这种图结构通常包含两类节点:用户物品,边表示用户与物品之间的交互行为(如点击、评分、购买等)。GNN通过聚合用户或物品的邻居信息来生成节点嵌入,从而实现更精准的推荐。例如,在图构建阶段,用户物品节点之间的连接可以基于评分矩阵或行为日志,在邻居聚合阶段,GNN采用图卷积、图注意力等机制来融合邻居信息[^1]。 #### 序列推荐中的图神经网络 序列推荐(Sequential Recommendation)任务中,GNN被用来建模用户行为序列中的复杂依赖关系。传统方法如RNN、LSTMGRU通常用于捕捉顺序模式,但这些模型难以建模非线性依赖长序列中的稀疏交互。GNN通过将行为序列建模为图结构,使得模型能够更灵活地捕捉用户的动态偏好。例如,自注意力机制虽然在建模序列模式方面表现出色,但其假设行为顺序是完全随机的,而GNN则可以更自然地建模行为之间的拓扑关系[^3]。 #### 社交推荐中的图神经网络 在社交推荐(Social Recommendation)任务中,GNN能够同时建模用户-物品交互图用户社交关系图。这种双图结构可以通过两种方式整合:一种是分别从两个图中学习用户表示,然后进行融合;另一种是将两个图合并为一个统一的异构图,并在每一层中同时更新用户表示。后者的优势在于能够在每一层中融合两种不同类型的信息,从而提升推荐的个性化能力[^4]。 #### 基于知识图谱的推荐 知识图谱增强的推荐系统(Knowledge Graph-based Recommendation)也是GNN的重要应用场景。知识图谱提供了丰富的物品属性关系信息,GNN可以通过图构建关系感知的聚合机制来增强物品表示。例如,图构建阶段可以将物品、实体关系建模为图结构,而关系感知的聚合机制则能够区分不同类型的关系对用户偏好的影响。 #### 其他推荐任务 除了上述主流任务外,GNN还被应用于一些小众推荐任务,如地点推荐(Points-of-Interest Recommendation)、群体推荐(Group Recommendation)、捆绑推荐(Bundle Recommendation)、点击率预测(Click-Through Rate Prediction)多媒体推荐(Multimedia Recommendation)。这些任务通常涉及更复杂的用户-物品关系结构,而GNN能够通过建模高阶交互来提升推荐效果。 ### 代码示例 以下是一个基于PyTorch Geometric的简单图神经网络模型实现,适用于用户-物品交互图的协同过滤任务: ```python import torch import torch.nn.functional as F from torch_geometric.nn import GCNConv class CollaborativeFilteringGNN(torch.nn.Module): def __init__(self, num_features, hidden_dim, num_classes): super(CollaborativeFilteringGNN, self).__init__() self.conv1 = GCNConv(num_features, hidden_dim) self.conv2 = GCNConv(hidden_dim, num_classes) def forward(self, data): x, edge_index = data.x, data.edge_index x = self.conv1(x, edge_index) x = F.relu(x) x = self.conv2(x, edge_index) return F.log_softmax(x, dim=1) ``` 该模型可以用于用户-物品交互图的节点分类任务,例如预测用户对物品的兴趣类别。 ### 未来研究方向 尽管GNN在推荐系统中展现出强大的建模能力,但仍面临多个挑战。例如,如何提升模型的可解释性,以便用户理解推荐结果的来源;如何在保护用户隐私的前提下利用社交关系信息;如何高效处理大规模图数据,以支持实时推荐。此外,跨域推荐、多任务学习以及基于图的强化学习策略也是未来的重要研究方向[^1]。 ###
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