用Word2Vec建立你的私人购物助手

本练习项目是基于顾客消费历史，在电商网站上为其建立自动推荐特定数量商品的系统。代码和使用的数据集为：https://pan.baidu.com/s/17IZL65qK-yDutI1Xrp8wAg 提取码: 5l9g

启动Jupyter Notebook，快速导入所需库并载入数据集。

import pandas as pdimport numpy as npimport randomfrom tqdm import tqdmfrom gensim.models import Word2Vec import matplotlib.pyplot as plt%matplotlib inline
import warnings;warnings.filterwarnings('ignore')

df = pd.read_excel('Online Retail.xlsx')df.head()

以下是对于该数据集某些领域的描述：

1. InvoiceNo: 发票号码，每次交易对应的唯一数字

2. StockCode: 产品/物品编码，每一唯一商品对应的唯一数字

3. Description：产品描述

4. Quantity：每次交易每种产品的数量

5. InvoiceDate: 每次交易生成的日期和时间

6. CustomerID：顾客ID，每位顾客对应的唯一数字。

df.shape

输出: (541909, 8)

该数据集包含541909次交易。这是一个搭建模型的极佳数字。

处理缺失数据

# check for missing valuesdf.isnull().sum()

 已有充足数据，接下来去除所有含缺失值的行。

# remove missing valuesdf.dropna(inplace=True)

数据准备

将产品编码转换为线性数据：

df['StockCode']= df['StockCode'].astype(str)

查看数据集中唯一顾客的数量：

customers = df["CustomerID"].unique().tolist()len(customers)

输出：4372

数据集中有4372个顾客。对于每一个顾客，提取其购买历史。换句话说，有4372个购买顺序。

从数据集中保留一小部分用以验证是很好的做法。因此，将使用90%的顾客数据创建word2vec嵌入。将数据分割。

# shuffle customer ID'srandom.shuffle(customers)
# extract 90% of customer ID'scustomers_train = [customers[i] for i in range(round(0.9*len(customers)))]
# split data into train and validation settrain_df = df[df['CustomerID'].isin(customers_train)]validation_df = df[~df['CustomerID'].isin(customers_train)]

将对于数据集中的顾客创建购买顺序，兼顾训练和验证的目的。

# list to capture purchase history of the customerspurchases_train = []
# populate the list with the product codesfor i in tqdm(customers_train):    temp = train_df[train_df["CustomerID"] == i]["StockCode"].tolist()    purchases_train.append(temp)

# list to capture purchase history of the customerspurchases_val = []
# populate the list with the product codesfor i in tqdm(validation_df['CustomerID'].unique()):    temp = validation_df[validation_df["CustomerID"] == i]["StockCode"].tolist()    purchases_val.append(temp)

为产品创建word2vec词嵌入

# train word2vec modelmodel = Word2Vec(window = 10, sg = 1, hs = 0,                 negative = 10, # for negative sampling                 alpha=0.03, min_alpha=0.0007,                 seed = 14)
model.build_vocab(purchases_train, progress_per=200)
model.train(purchases_train, total_examples = model.corpus_count,             epochs=10, report_delay=1)

因为不再需要训练模型，呼叫 init_sims( )。这会使得模型记忆能力更强。

model.init_sims(replace=True)

查看模型总结：

print(model)

输出：word2vec(词汇=3151，规格=100，透明度=0.03)

本模型有3151个唯一单词，其规格向量各自为100。接下来，提取词汇表中所有单词的向量，将其存储以便取用。

# extract all vectorsX = model[model.wv.vocab]
X.shape

输出：（3151，100）

视觉化word2vec词嵌入

视觉化呈现已创建的嵌入总是很有帮助。此处有100个维度的嵌入。我们连4维都不能视觉化呈现，更别提100维了。那究竟该怎么办呢？

将通过UMAP算法把产品嵌入维度从100减少至2。这在维度减少中的应用十分常见。

import umap
cluster_embedding = umap.UMAP(n_neighbors=30, min_dist=0.0,                              n_components=2, random_state=42).fit_transform(X)
plt.figure(figsize=(10,9))plt.scatter(cluster_embedding[:, 0], cluster_embedding[:, 1], s=3, cmap='Spectral')

上图中每个点都代表一个产品。图上几处聚集的数据点代表相似产品。

开始推荐产品

恭喜！数据集中每一个产品的word2vec嵌入都已完成。现在，需要为特定产品或产品向量推荐相似产品。

首先创建产品ID以及产品描述库，以便于将产品描述和ID相互匹配。

products = train_df[["StockCode", "Description"]]
# remove duplicatesproducts.drop_duplicates(inplace=True, subset='StockCode', keep="last")
# create product-ID and product-description dictionaryproducts_dict = products.groupby('StockCode')['Description'].apply(list).to_dict()

# test the dictionaryproducts_dict['84029E']

输出：[‘RED WOOLLY HOTTIE WHITE HEART.’]

以下对该函数进行了定义。将产品向量作为输入，相似性最大的6个产品为输出：

def similar_products(v, n = 6):        # extract most similar products for the input vector    ms = model.similar_by_vector(v, topn= n+1)[1:]        # extract name and similarity score of the similar products    new_ms = []    for j in ms:        pair = (products_dict[j[0]][0], j[1])        new_ms.append(pair)            return new_ms

尝试运行函数，传输产品‘90019A’的向量（‘SILVER M.O.P ORBIT BRACELET’)：

similar_products(model['90019A'])

输出：

[(‘SILVER M.O.P ORBIT DROP EARRINGS’, 0.766798734664917),

(‘PINK HEART OF GLASS BRACELET’, 0.7607438564300537),

(‘AMBER DROP EARRINGS W LONG BEADS’, 0.7573930025100708),

(‘GOLD/M.O.P PENDANT ORBIT NECKLACE’, 0.7413625121116638),

(‘ANT COPPER RED BOUDICCA BRACELET’, 0.7289256453514099),

(‘WHITE VINT ART DECO CRYSTAL NECKLAC’, 0.7265784740447998)]

很好！结果关联度很高，且与输入产品匹配度高。然而，输出只是基于单一产品向量。如果要基于多次购物历史推荐产品呢？

一个简单的解决办法是：提取顾客所购买全部产品向量平均值并根据其找到相似产品。将使用如下包含众多产品ID的函数，其输出了一个100维向量，这是输入产品向量之一：

def aggregate_vectors(products):    product_vec = []    for i in products:        try:            product_vec.append(model[i])        except KeyError:            continue            return np.mean(product_vec, axis=0)

注意之前已创建购买顺序的单独列表以便验证。现在将其利用起来。

len(purchases_val[0])

输出：314

第一个已购产品的列表长度为314。将用于验证的产品顺序表输入函数aggregate_vectors。

aggregate_vectors(purchases_val[0]).shape

输出：（100，）

函数输出100个维度。这意味着函数运转正常。现在用此结果得出最相似的产品：

similar_products(aggregate_vectors(purchases_val[0]))

输出：

[(‘PARTY BUNTING’, 0.661663293838501),

(‘ALARM CLOCK BAKELIKE RED ‘, 0.640213131904602),

(‘ALARM CLOCK BAKELIKE IVORY’, 0.6287959814071655),

(‘ROSES REGENCY TEACUP AND SAUCER ‘, 0.6286610960960388),

(‘SPOTTY BUNTING’, 0.6270893216133118),

(‘GREEN REGENCY TEACUP AND SAUCER’, 0.6261675357818604)]

结果显示，系统可根据顾客全部消费历史推荐6个产品。而且，若想根据最后几次购买记录得到推荐，也可以使用相同的函数。

以下仅以近十次购买记录作为输入：

similar_products(aggregate_vectors(purchases_val[0][-10:]))

输出：

[(‘PARISIENNE KEY CABINET ‘, 0.6296610832214355),

(‘FRENCH ENAMEL CANDLEHOLDER’, 0.6204789876937866),

(‘VINTAGE ZINC WATERING CAN’, 0.5855435729026794),

(‘CREAM HANGING HEART T-LIGHT HOLDER’, 0.5839680433273315),

(‘ENAMEL FLOWER JUG CREAM’, 0.5806118845939636)]

可代入不同编码和验证组中的顺序生成不同推荐。