基于用户画像进行广告投放,是优化投放效果、实现精准营销的基础;而人口属性中的性别、年龄等标签,又是用户画像中的基础信息。那该如何尽量准确的为数据打上这些标签?
这时候机器学习就派上用场了。本文将以性别标签为例,介绍人口属性标签预测的机器学习模型构建与优化。
通常情况下,无监督学习不仅很难学习到有用信息,而且对于学习到的效果较难评估。所以,如果可以,我们会尽可能地把问题转化成有监督学习。
对于性别标签也是如此,我们可以使用可信的性别样本数据,加上从TalkingData收集的原始数据中提取出来的有用信息,将性别标签的生产任务转化成有监督机器学习任务。更具体来说,男/女分别作为1/0标签(Label,也就是常说的Y值,为了方便表达,我们标记男/女分别为1/0标签),这样性别标签的任务就转化成了二分类任务。
性别标签的生产流程图如下:
另外,面对TalkingData十几亿的数据体量,在标签生产的过程中,为了加速运算,除了必须用单机的情况下,我们都会优先采用Spark分布式来加速运算。
为了优化模型的效果,我们又对该性别标签预测模型进行了多次迭代。
01性别预测模型V1
模型最初使用的特征包括4个维度:设备应用信息、嵌入SDK的应用包名、嵌入SDK的应用内自定义事件日志以及设备机型信息。
模型采用Xgboost(版本为0.5),基于每个维度的特征分别训练模型,得到4个子模型。每个子模型会输出基于该特征维度的设备男/女倾向的打分,分值区间从0到1,分值高代表设备为男性倾向,反之则为女性倾向。模型代码示例如下:
import com.talkingdata.utils.LibSVM import ml.dmlc.xgboost4j.scala.DMatrix import ml.dmlc.xgboost4j.scala.spark.XGBoost//version 0.5 //train stage val trainRDD = LibSVM.loadLibSVMFile(sc, trainPath)// sc为SparkContext val model = XGBoost.train(trainRDD, paramMap, numRound, nWorkers = workers) //predict stage val testSet = LibSVM.loadLibSVMFilePred(sc,testPath,-1,sc.defaultMinPartitions) val pred = testSet.map(_._2).mapPartitions{ iter => model.value.predict(new DMatrix(iter)).map(_.head).toIterator }.zip(testSet).map{case(pred, (tdid, feauture)) => s"$tdid$pred" }
缺点及优化方向:
02性别预测模型V2
对模型使用特征的4个维度进行了调整,改为:嵌入SDK的应用包名、嵌入SDK的应用AppKey、设备机型信息以及设备名称。
其中,对嵌入SDK的应用包名和设备名称做分词处理。再使用CountVectorizer将以上4类特征处理成稀疏向量(Vector),同时用ChiSqSelector进行特征筛选。
模型采用LR(Logistic Regression),代码示例如下:
import org.apache.spark.ml.feature.VectorAssembler import org.apache.spark.ml.PipelineModel import org.apache.spark.ml.classification.LogisticRegression val transformedDF = spark.read.parquet("/traindata/path")//分词、CountVectorizer、ChiSqSelector操作之后的特征,为vector列 val featureCols = Array("packageName","appKey", "model", "deviceName") val vectorizer = new VectorAssembler(). setInputCols(featureCols). setOutputCol("features") val lr = new LogisticRegression() val pipeline = new Pipeline().setStages(Array(vectorizer, lr)) val model = pipeline.fit(transformedDF) //predict stage val transformedPredictionDF = spark.read.parquet("/predictData/path")//同train一致,为分词、CountVectorizer、ChiSqSelector处理之后的特征,为vector列 val predictions = model.transform(transformedPredictionDF)
优点及提升效果:
缺点及优化方向:
03性别预测模型V3
模型所使用的特征,除了上个版本包括的4个维度:嵌入SDK的应用包名、嵌入SDK的应用AppKey、设备机型信息以及设备名称,又增加了近期的聚合后的设备应用信息,处理方式与上个版本类似,不再赘述。
模型从LR更换成Xgboost(版本为0.82),代码示例如下:
import org.apache.spark.ml.feature.VectorAssembler import ml.dmlc.xgboost4j.scala.spark.XGBoostClassifier//version 为0.82 val transformedDF = spark.read.parquet("/trainData/path")//分词、CountVectorizer操作之后的特征,为vector列 val featureCols = Array("packageName","appKey", "model", "deviceName") val vectorizer = new VectorAssembler(). setInputCols(featureCols). setOutputCol("features") val assembledDF = vectorizer.transform(transformedDF) //traiin stage //xgboost parameters setting val xgbParam = Map("eta" -> xxx, "max_depth" -> xxx, "objective" -> "binary:logistic", "num_round" -> xxx, "num_workers" -> xxx) val xgbClassifier = new XGBoostClassifier(xgbParam). setFeaturesCol("features"). setLabelCol("labelColname") model = xgbClassifier.fit(assembledDF) //predict stage val transformedPredictionDF = spark.read.parquet("/predictData/path")//同train一致,为分词、CountVectorizer操作之后的特征,为vector列 val assembledpredicDF = vectorizer.transform(transformedPredictionDF) val predictions = model.transform(assembledpredicDF)
优点及提升效果:
04性别预测模型V4
除了上个版本包括的5个特征维度,还添加了TalkingData自有的三个广告类别维度的特征,虽然广告类别特征覆盖率仅占20%,但对最终标签的召回率的提升也有着很大的影响。
模型由Xgboost替换成DNN,设置最大训练轮数(Epoch)为40,同时设置了early stopping参数。考虑到神经网络能工作是基于大数据的,因此我们将用于训练的样本量扩充了一倍,保证神经网络的学习。
DNN的结构如下:
python GenderNet_VLen( (embeddings_appKey): Embedding(xxx, 64, padding_idx=0) (embeddings_packageName): Embedding(xxx, 32, padding_idx=0) (embeddings_model): Embedding(xxx, 32, padding_idx=0) (embeddings_app): Embedding(xxx, 512, padding_idx=0) (embeddings_deviceName): Embedding(xxx, 32, padding_idx=0) (embeddings_adt1): Embedding(xxx, 16, padding_idx=0) (embeddings_adt2): Embedding(xxx, 16, padding_idx=0) (embeddings_adt3): Embedding(xxx, 16, padding_idx=0) (fc): Sequential( (0): Linear(in_features=720, out_features=64, bias=True) (1): BatchNorm1d(64, eps=1e-05, momentum=0.1, affine=True, track_running_stats=True) (2): ReLU() (3): Dropout(p=0.6) (4): Linear(in_features=64, out_features=32, bias=True) (5): BatchNorm1d(32, eps=1e-05, momentum=0.1, affine=True, track_running_stats=True) (6): ReLU() (7): Dropout(p=0.6) (8): Linear(in_features=32, out_features=16, bias=True) (9): BatchNorm1d(16, eps=1e-05, momentum=0.1, affine=True, track_running_stats=True) (10): ReLU() (11): Dropout(p=0.6) (12): Linear(in_features=16, out_features=2, bias=True) ) )
优点及提升效果:
模型探索小建议
从原始日志当中抽取字段聚合成信息,需要经过很多步ETL,也会涉及很多优化方式,这部分有专门的ETL团队负责,在这里不做过多介绍。
模型团队可以直接使用按时间聚合之后的字段进行建模任务,尽管如此,ETL和特征生成所花费的时间,也占据了模型优化和迭代的大部分时间。
下面总结两个优化方面的坑和解决经验,希望能给大家一些参考。
1.对于性别标签预测,输入的特征大部分为Array类型,比如近期采集到的设备应用信息。对于这种类型的字段,在训练模型之前,我们一般会调用CountVectorizer将Array转成Vector,然后再作为模型的输入,但是CountVectorizer这一步非常耗时,这导致我们在版本迭代时不能快速实验。
针对该问题,我们可以事先完成这一步转换,然后将生成的Vector列也存储下来,这样在每次实验时,就可以节省CountVectorizer消耗的时间。
在实际生产中,因为有很多标签的生产都会用到同样的字段,事先将Array转成Vector存储下来,后续不同任务即可直接调用Vector列,节省了很多时间。
2.虽然第一条能够节省不少时间,但Spark还是更多用于生产。其实在模型前期的探索当中,我们也可以先用Spark生成训练集——因为真实样本通常不会很多,生成的训练集往往不是很大,这时我们就可以用单机来进行快速实验了。
在单机上,我们可以使用Python更方便的画图来更直观的认识数据,更快的进行特征筛选,更快的验证想法。在对数据、对模型有了深入的了解之后,我们就可以把实验所得的结论快速应用到生产当中。
作者简介:张小艳,TalkingData数据科学家,目前负责企业级用户画像平台的搭建以及高效营销投放算法的研发,长期关注互联网广告、用户画像、欺诈检测等领域。