如何实现一个电影推荐系统
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GavinHacker
推荐算法在互联网行业的应用非常广泛，今日头条、美团点评等都有个性化推荐，推荐算法抽象来讲，是一种对于内容满意度的拟合函数，涉及到用户特征和内容特征，作为模型训练所需维度的两大来源，而点击率，页面停留时间，评论或下单等都可以作为一个量化的 Y 值，这样就可以进行特征工程，构建出一个数据集，然后选择一个合适的监督学习算法进行训练，得到模型后，为客户推荐偏好的内容，如头条的话，就是咨询和文章，美团的就是生活服务内容。
可选择的模型很多，如协同过滤，逻辑斯蒂回归，基于DNN的模型，FM等。我们使用的方式是，基于内容相似度计算进行召回，之后通过FM模型和逻辑斯蒂回归模型进行精排推荐，下面就分别说一下，我们做这个电影推荐系统过程中，从数据准备，特征工程，到模型训练和应用的整个过程。
我们实现的这个电影推荐系统，爬取的数据实际上维度是相对少的，特别是用户这一侧的维度，正常推荐系统涉及的维度，诸如页面停留时间，点击频次，收藏等这些维度都是没有的，以及用户本身的维度也相对要少，没有地址、年龄、性别等这些基本的维度，这样我们爬取的数据只有打分和评论这些信息，所以之后我们又从这些信息里再拿出一些统计维度来用。我们爬取的电影数据(除电影详情和图片信息外)是如下这样的形式：
这里的数据是有冗余的，又通过如下的代码，对数据进行按维度合并，去除冗余数据条目：
1 # 处理主函数，负责将多个冗余数据合并为一条电影数据，将地区，导演，主演，类型，特色等维度数据合并 2 3 def mainfunc(): 4 try: 5 unable_list = [] 6 with connection.cursor() as cursor: 7 sql='select id,name from movie' 8 cout=cursor.execute(sql) 9 print("数量： "+str(cout)) 10 11 for row in cursor.fetchall(): 12 #print(row[1]) 13 movieinfo = df[df['电影名'] == row[1]] 14 if movieinfo.shape[0] == 0: 15 disable_movie(row[0]) 16 print('disable movie ' + str(row[1])) 17 else: 18 g = lambda x:movieinfo[x].iloc[0] 19 types = movieinfo['类型'].tolist() 20 types = reduce(lambda x,y:x+'|'+y,list(set(types))) 21 traits = movieinfo['特色'].tolist() 22 traits = reduce(lambda x,y:x+'|'+y,list(set(traits))) 23 update_one_movie_info(type_=types, actors=g('主演'), region=g('地区'), director=g('导演'), trait=traits, rat=g('评分'), id_=row[0]) 24 25 connection.commit() 26 finally: 27 connection.close()
之后开始准备用户数据，我们从用户打分的数据中，统计出每一个用户的打分的最大值，最小值，中位数值和平均值等，从而作为用户的一个附加属性，存储于userproex表中：
1 'insert into userproex(userid, rmax, rmin, ravg, rcount, rsum, rmedian) values(\'%s\', %s, %s, %s, %s, %s, %s)' % (userid, rmax, rmin, ravg, rcount, rsum, rmedium) 2 3 4 'update userproex set rmax=%s, rmin=%s, ravg=%s, rmedian=%s, rcount=%s, rsum=%s where userid=\'%s\'' % (rmax, rmin, ravg, rmedium, rcount, rsum, userid)
以上两个SQL是最终插入表的时候用到的，代表准备用户数据的最终步骤，其余细节可以参考文末的github仓库，不在此赘述，数据处理还用到了一些SQL，以及其他处理细节。
系统上线运行时，第一次是全量的数据处理，之后会是增量处理过程，这个后面还会提到。
我们目前把用户数据和电影的数据的原始数据算是准备好了，下一步开始特征工程。做特征工程的思路是，对type, actors, director, trait四个类型数据分别构建一个频度统计字典，用于之后的one-hot编码，代码如下：
1 def get_dim_dict(df, dim_name): 2 type_list = list(map(lambda x:x.split('|') ,df[dim_name])) 3 type_list = [x for l in type_list for x in l] 4 def reduce_func(x, y): 5 for i in x: 6 if i[0] == y[0][0]: 7 x.remove(i) 8 x.append(((i[0],i[1] + 1))) 9 return x 10 x.append(y[0]) 11 return x 12 l = filter(lambda x:x != None, map(lambda x:[(x, 1)], type_list)) 13 type_zip = reduce(reduce_func, list(l)) 14 type_dict = {} 15 for i in type_zip: 16 type_dict[i[0]] = i[1] 17 return type_dict
涉及到的冗余数据也要删除
df_ = df.drop(['ADD_TIME', 'enable', 'rat', 'id', 'name'], axis=1)
将电影数据转换为字典列表，由于演员和导演均过万维，实际计算时过于稀疏，当演员或导演只出现一次时，标记为冷门演员或导演
movie_dict_list = [] for i in df_.index: movie_dict = {} #type for s_type in df_.iloc[i]['type'].split('|'): movie_dict[s_type] = 1 #actors for s_actor in df_.iloc[i]['actors'].split('|'): if actors_dict[s_actor] < 2: movie_dict['other_actor'] = 1 else: movie_dict[s_actor] = 1 #regios movie_dict[df_.iloc[i]['region']] = 1 #director for s_director in df_.iloc[i]['director'].split('|'): if director_dict[s_director] < 2: movie_dict['other_director'] = 1 else: movie_dict[s_director] = 1 #trait for s_trait in df_.iloc[i]['trait'].split('|'): movie_dict[s_trait] = 1 movie_dict_list.append(movie_dict)
使用DictVectorizer进行向量化，做One-hot编码
1 v = DictVectorizer() 2 X = v.fit_transform(movie_dict_list)
这样的数据，下面做余弦相似度已经可以了，这是特征工程的基本的一个处理，模型所使用的数据，需要将电影，评分，用户做一个数据拼接，构建训练样本，并保存CSV，注意这个CSV不用每次全量构建，而是除第一次外都是增量构建，通过mqlog中类型为'c'的消息，增量构建以comment（评分）为主的训练样本，拼接之后的形式如下：
USERID cf2349f9c01f9a5cd4050aebd30ab74f movieid 10533913 type 剧情|奇幻|冒险|喜剧 actors 艾米·波勒|菲利丝·史密斯|理查德·坎德|比尔·哈德尔|刘易斯·布莱克 region 美国 director 彼特·道格特|罗纳尔多·德尔·卡门 trait 感人|经典|励志 rat 8.7 rmax 5 rmin 2 ravg 3.85714 rcount 7 rmedian 4 TIME_DIS 15
这个数据的actors等字段和上面的处理是一样的，为了之后libfm的使用，在这里需要转换为libsvm的数据格式
dump_svmlight_file(train_X_scaling, train_y_, train_file)
有很多细节不在这里描述，这样大概的特征工程工作就做好了，之后使用相似度计算，FM，LR进行推荐模型的训练。 具体训练的过程不在这里进行阐述了，可以参考代码索引页
模型使用上遵循先召回，后精排的策略，先通过余弦相似度计算一个相似度矩阵，然后根据这个矩阵，为用户推荐相似的M个电影，在通过训练好的FM，LR模型，对这个M个电影做偏好预估，FM会预估一个用户打分，LR会预估一个点击概率，综合结果推送给用户作为推荐电影。
做了这个电影推荐系统后，感觉算是对自己这么长时间学习机器学习知识做一个综合的实践，有不少的感悟，现在有很多学习机器学习的同学，建议在大家刷论文的同时，也注重在项目中实践，计算机科学，虽然叫做科学，实际却是一门实践性学科，一些AI顶级大牛，他们并不是数学家，也不是理论家，大多是从理论和实践结合这条路成就的，和金庸小说中的武林绝技是一个道理。说到这，大家都知道，最近朋友圈被《94射雕英雄传》AI换脸杨幂刷屏了，看来AI视频换脸技术发展已经相当快，仔细想想，这已经是AI进入艺术创作领域的一个表象，笔者认为AI之后的发展一定是从互联网行业扩展出去，变成IT产业当中的一个重要的技术支柱。