CTR、推荐系统学习路线

背景

计算广告是门综合的学科，其中CTR预估是技术人员最关注的核心技术。CTR不仅用在点击率预估，现在在推荐系统的rank等场景中也有广泛的应用。本文整理了学习CTR相关资源，希望从这些资源中认识在做CTR、rank的核心问题。
由于每一部分在网上都有比较完整的介绍资源，所以本文并不具体展开介绍，但会给出对应部分的原始论文或优秀资料。

1. 基础

1.1 凸函数

1.2 最优化理论

1.2.1 无约束优化问题

通过对目标函数求导，并令其等于0，进行求解
例子：最小二乘法的求解

1.2.2 有等式约束优化问题

通过朗格朗日乘数法，把等式约束转为无约束优化问题

1.2.3 带不等式约束优化问题

使用KKT条件，将等式约束、不等式约束与目标函数合并为新的函数。KKT条件是求解最优值的必要条件，要成为充要条件是目标函数为凸函数。
KKT条件的推导需要用到原问题的对偶问题。

1.3 次梯度

函数并非光滑或处处可微时，则可以求次梯度。

1.3.1 次梯度与次微分

凸函数的次梯度一定存在。若函数 f 在点 x 处可微，则次梯度为函数在该点的梯度，且唯一；若不可微，则不唯一。
例子： f(x)=|x| 在 x=0 处的次微分

1.4 梯度下降

有一篇文章总结得非常好：
An overview of gradient descent optimization algorithms

1.4.1 传统梯度下降

• Batch Gradient Descent 批量梯度下降
• Stochastic Gradient Descent 随机梯度下降
• Min-batch Gradient Descent 小批量梯度下降

1.4.2 改进的梯度下降

• Adagrad
• Adadelta
• Adam

1.5 正则化

加了正则项的目标函数一般为以下的形式：

min1N∑i=1NL(yi,f(xi))+λJ(f)

第一项经验风险，也就是对原问题的拟合，第二项是正则化项。
上式也可以改写为：

min1N∑i=1NL(yi,f(xi))s.t.J(f)<σ

1.5.1 L1

L1正则项相对L2能产生更加稀疏的解，所以在特征数量较多时最常使用L1正则项。但在在线学习的问题中，参数根据每次来的样本产生的梯度进行更新，并非全局的梯度，所以即使采用L1正则项，也很难产生稀疏解。

2. 在线学习（Online Learning）

说到在线学习，国内的冯扬写过一篇非常好的文章，从模型的稀疏性为主线，介绍不同时期在线学习算法的演进。
在线最优化求解(Online Optimization)
在线最优化求解
- 简单截断法
- Truncated Gradient 截断梯度法
- FOBOS
- RDA
- FTRL——重点关注算法：在稀疏性与高精度之间的权衡

FTRL本质上是FTL(Follow The Leader)算法，只是在FTL上加了正则项。

3. 特征交叉

在做特征工程的过程中，特征与特征的关系往往不是孤立的，这个时候就需要考虑特征之间的交叉关系。

3.1 Factorization Machines（FM）

论文：Factorization Machines

y(x)=w0+∑i=1nwixi+∑i=1n∑j=i+1n<vi,vj>xixj

从式子中可以看出： wi,j=<vi,vj> 用来表达特征 i 和特征 j 的权重。

3.2 Field-aware Factorization Machines（FFM）

论文：Field-aware Factorization Machines for CTR Prediction
FFM在FM的基础上，每维特征 xi 再加上其他特征属于哪种field， fj ，所以表达式为：

y(x)=w0+∑i=1nwixi+∑i=1n∑j=i+1n<vi,fj,vj,fi>xixj

3.2 GBDT

论文：Greedy Function Approximation: A Gradient Boosting Machine
个人觉得另一个名称MART（Multiple Additive Regression Tree）也挺贴切，因为GBDT是用回归树在拟合，这两个名称从两个不同的角度在描述这个模型。

Facebook在2014年的论文中，将训练完GBDT的叶子节点对应为LR的每一维特征，由于GBDT从根节点到叶子节点的路径，每个分割节点都是选择使得平方损失误差达到最小的节点和分割点，所以该条路径上特征的组合具有一定的区分性。GBDT的叶子节点可以作为LR或者FM的输入。
论文：Practical Lessons from Predicting Clicks on Ads at Facebook

4. Categorical特征

在做特征预处理时候，针对categorical类型特征，最常用的做法是转为One-hot encoding的形式，这种做法最为简单，但会使得训练时特征维度非常大。这跟NLP中的词的向量化表示一样，有维度太高的问题。而现在NLP最常用的做法是为每个词训练词向量（Embedding），训练完成后在使用时，再从表里面找到词对应的词向量。

所以在对categorical特征做处理时一种解决的思路是，训练低维稠密的向量。
Google在Wide & Deep Learning for Recommender Systems文章中，将模型分为Wide和Deep部分，Wide部分是线性模型，特征包括原始的非categorical特征和经过组合的特征，Deep部分使用DNN模型训练categorical特征向量，最后将Wide和Deep部分联合起来一起训练。
论文：Wide & Deep Learning for Recommender Systems

同时，Google的另一篇文章Deep Neural Networks for YouTube Recommendations，介绍了CTR或推荐系统中经典的两层结构：候选集产生和排序。在候选集产生阶段，使用DNN为每个用户和视频训练向量，在排序阶段，同样也是将视频ID映射为一个低维稠密向量，再结合其他特征进行训练。
论文：Deep Neural Networks for YouTube Recommendations

Reference

1. 李航 《统计学习方法》
2. An overview of gradient descent optimization algorithms
3. 在线最优化求解(Online Optimization)
4. Factorization Machines
5. Field-aware Factorization Machines for CTR Prediction
6. Greedy Function Approximation: A Gradient Boosting Machine
7. Practical Lessons from Predicting Clicks on Ads at Facebook
8. Wide & Deep Learning for Recommender Systems
9. Deep Neural Networks for YouTube Recommendations
   博客原文地址：http://blog.csdn.net/behamcheung/article/details/75008955