推荐系统遇上深度学习(一零九)-[阿里]排列视角下的重排序过程

今天给大家介绍一篇阿里在重排（re-rank）方面探索的文章，论文题目为《Revisit Recommender System in the Permutation Prospective》，重点关注排列视角下的重排序过程，其大致思路可以分为两个阶段，第一阶段通过beam-search方法寻找候选的物品排列顺序，第二阶段通过定义的LR(List Reward) 得到最优的排列顺序，一起来学习一下。

1、背景

完整的推荐系统大都分为三个阶段，召回、排序和重排序。随着推荐技术的发展，各个阶段都有多样的技术和手段来提升最终的推荐效果。召回和排序阶段大都使用point-wise的方法，而在重排序阶段，则大都使用list-wise的方法。普遍使用的重排序的过程如下：

1）Ranking：通过排序阶段的排序分，得到初始的排序列表
2）Refining：通过list-wise的模型（LSTM／self-attention）对排序分进行调整
3）Re-ranking：基于Refining阶段的排序分，以贪婪的方式对列表进行重新排序

但是，上述的过程由于没有考虑商品排列因素（permutation-variant influence），因此并不是整体最优的。举个例子来解释一下什么是permutation-variant influence。如下图所示，两个列表A-B-C和B-A-C包含相同的三个物品，但其排列并不相同，用户对B-A-C排列有交互，而对A-B-C这样的排列没有交互，一个可能的原因是，将较贵的B物品放在较为便宜的物品A前面，可以增加用户对于购买物品A的欲望，那么这种由于排列不同导致用户反馈不同的影响因素，就称为permutation-variant influence。

因此，对于重排序来说，一种更好的方式是考虑所有可能的物品排列方式，对每一种排序的结果进行评分，并选择评分最高的排序结果展示给用户。但这种方式又带来了新的挑战，首先，计算爆炸问题，假设rank阶段后有100个物品，重排选择10个进行展示，那么所有的排列的数量是A₁₀₀¹⁰,复杂度接近O(100¹⁰)。其次，在重排序下，需要一种对物品排列好坏进行整体评估的方法，而之前的方法大都是point-wise的评估（如物品的点击率，转化率）。

针对上述两个挑战，本文提出了一个两阶段的重排序框架PRS(Permutation Retrieve System)，接下来一起来介绍下。

2、PRS框架介绍

2.1 整体介绍

PRS(Permutation Retrieve System)框架的整体架构如下图所示：

可以看到，PRS主要包含两个阶段，分别是PMatch(Permutation-Matching) 和PRank (PermutationRanking)。在PMatch阶段，使用 FPSA (Fast Permutation Searching Algorithm)算法，高效生成候选的物品排列方式，在PRank阶段，定义了LR(List Reward) metric并使用DPWN (Deep Permutation-Wise Network)对每个候选排列的LR进行评估，选择LR最高的进行展示。接下来，对两个阶段的细节进行介绍。

2.2 PMatch Stage

在PMatch阶段，论文提出了一种permutation-wise和结果导向的beam-search算法，称为 FPSA (Fast Permutation Searching Algorithm)，其示意图如下图所示：

离线训练

离线部分主要训练两个模型，分别预测每个物品的p^ctr和继续浏览的概率p^Next。

线上服务

线上主要通过一种目标导向的beam-search方法产生候选的物品排列，其具体的过程如下：

1）对于初始队列里的每个物品，都会计算其对应的p^ctr和p^Next，为了提升系统的效率，p^ctr和p^Next的计算与ranking阶段的模型并行
2）使用beam-search方法生成k个长度为n的候选队列，由于是beam-search方法，因此共需要n步。在每一步，基于r^PV和r^IPV对候选队列进行排序。其中r^PV越高，则用户期望的浏览深度越高，r^IPV越高，则用户与列表的交互越多，具体计算过程如下图：

2.3 PRank Stage

在PRank阶段，定义了LR(List Reward) metric并使用DPWN (Deep Permutation-Wise Network)对每个候选排列的LR进行评估。

离线训练

DPWN模型的结构如下图所示：

如上图，DPWN主要通过bi-lstm结构，预测队列中每个物品的点击率。具体地，第t个物品经过bi-lstm，得到对应的隐状态h_t:

随后将隐状态h_t、用户特征x_u和物品特征x_v^t进行拼接，经过多层神经网络得到第t个物品的点击率预测概率：

损失函数为二分类的交叉熵损失。

线上服务

线上通过定义好的LR(List Reward) 对每个候选排列进行评分，来获得能够最大化列表收益的物品排列方式。LR这里定义为队列中每个物品的预测点击率之和：

3、实验结果及分析

最后来看一下论文的实验结果，离线实验结果来看，PRS框架取得了明显的收益提升：

从线上A／B测试结果来看，PRS框架线上平均耗时为7.3ms，满足线上低延时的要求，同时在PV和IPV指标上，都有明显的提升：

好了，论文就介绍到这里，本文也是从一个新颖的视角对重排序阶段做出了较大的改进，感兴趣的同学可以阅读原文～