美团O2O排序解决方案——线上篇
美团的愿景是连接消费者和商家，而搜索在其中起着非常重要的作用。随着业务的发展，美团的商家和团购数正在飞速增长。这一背景下，搜索排序的重要性显得更加突出：排序的优化能帮助用户更便捷地找到满足其需求的商家和团购，改进用户体验，提升转化效果。
和传统网页搜索问题相比，美团的搜索排序有自身的特点——90%的交易发生在移动端。一方面，这对排序的个性化提出了更高的要求，例如在“火锅”查询下，北京五道口的火锅店A，对在五道口的用户U1来说是好的结果，对在望京的用户U2来讲不一定是好的结果；另一方面，我们由此积累了用户在客户端上丰富准确的行为，经分析获得用户的地理位置、品类和价格等偏好，进而指导个性化排序。
针对美团的O2O业务特点，我们实现了一套搜索排序技术方案，相比规则排序有百分之几十的提升。基于这一方案，我们又抽象了一套通用的O2O排序解决方案，只需1-2天就可以快速地部署到其他产品和子行业中，目前在热词、Suggestion、酒店、KTV等多个产品和子行业中应用。
我们将按线上和线下两部分分别介绍这一通用O2O排序解决方案，本文是线上篇，主要介绍在线服务框架、特征加载、在线预估等模块，下篇将会着重介绍离线流程。
排序系统
为了快速有效的进行搜索算法的迭代，排序系统设计上支持灵活的A/B测试，满足准确效果追踪的需求。
美团搜索排序系统如上图所示，主要包括离线数据处理、线上服务和在线数据处理三个模块。
离线数据处理
HDFS/Hive上存储了搜索展示、点击、下单和支付等日志。离线数据流程按天调度多个Map Reduce任务分析日志，相关任务包括：
-
离线特征挖掘
产出Deal（团购单）/POI（商家）、用户和Query等维度的特征供排序模型使用。 -
数据清洗标注 & 模型训练
数据清洗去掉爬虫、作弊等引入的脏数据；清洗完的数据经过标注后用作模型训练。 -
效果报表生成
统计生成算法效果指标，指导排序改进。 -
特征监控
特征作为排序模型的输入是排序系统的基础。特征的错误异常变动会直接影响排序的效果。特征监控主要监控特征覆盖率和取值分布，帮我们及时发现相关问题。
在线数据处理
和离线流程相对应，在线流程通过Storm/Spark Streaming等工具对实时日志流进行分析处理，产出实时特征、实时报表和监控数据，更新在线排序模型。
在线服务（Rank Service）
Rank Service接到搜索请求后，会调用召回服务获取候选POI/Deal集合，根据A/B测试配置为用户分配排序策略/模型，应用策略/模型对候选集合进行排序。
下图是Rank Service内部的排序流程。
-
L1 粗粒度排序（快速）
使用较少的特征、简单的模型或规则对候选集进行粗粒度排序。 -
L2 细粒度排序（较慢）
对L1排序结果的前N个进行细粒度排序。这一层会从特征库加载特征（通过FeatureLoader），应用模型（A/B测试配置分配）进行排序。 -
L3 业务规则干预
在L2排序的基础上，应用业务规则/人工干预对排序进行适当调整。
Rank Service会将展示日志记录到日志收集系统，供在线/离线处理。
A/B测试
A/B测试的流量切分是在Rank Server端完成的。我们根据UUID（用户标识）将流量切分为多个桶（Bucket），每个桶对应一种排序策略，桶内流量将使用相应的策略进行排序。使用UUID进行流量切分，是为了保证用户体验的一致性。
下面是A/B测试配置的一个简单示例。
{
"search": {
"NumberOfBuckets": 100,
"DefaultStrategy": "Base",
"Segments": [
{
"BeginBucket": 0,
"EndBucket": 24,
"WhiteList": [123],
"Strategy": "Algo-1"
},
{
"BeginBucket": 25,
"EndBucket": 49,
"WhiteList": [],
"Strategy": "Algo-2"
}
]
}
}
对于不合法的UUID，每次请求会随机分配一个桶，以保证效果对比不受影响。白名单（White List）机制能保证配置用户使用给定的策略，以辅助相关的测试。
除了A/B测试之外，我们还应用了Interleaving[7]方法，用于比较两种排序算法。相较于A/B测试，Interleaving方法对排序算法更灵敏[9]，能通过更少的样本来比较两种排序算法之间的优劣。Interleaving方法使用较小流量帮助我们快速淘汰较差算法，提高策略迭代效率。
特征加载
搜索排序服务涉及多种类型的特征，特征获取和计算是Rank Service响应速度的瓶颈。我们设计了FeatureLoader模块，根据特征依赖关系，并行地获取和计算特征，有效地减少了特征加载时间。实际业务中，并行特征加载平均响应时间比串行特征加载快约20毫秒。
FeatureLoader的实现中我们使用了Akka[8]。如上图所示，特征获取和计算的被抽象和封装为了若干个Akka actor，由Akka调度、并行执行。
特征和模型
美团从2013年9月开始在搜索排序上应用机器学习方法（Learning to Rank[1]），并且取得很大的收益。这得益于准确的数据标注：用户的点击下单支付等行为能有效地反映其偏好。通过在特征挖掘和模型优化两方面的工作，我们不断地优化搜索排序。下面将介绍我们在特征使用、数据标注、排序算法、Position Bias处理和冷启动问题缓解等方面的工作。
特征
从美团业务出发，特征选取着眼于用户、Query、Deal/POI和搜索上下文四个维度。
-
用户维度
包括挖掘得到的品类偏好、消费水平和地理位置等。 -
Query维度
包括Query长度、历史点击率、转化率和类型（商家词/品类词/地标词）等。 -
Deal/POI维度
包括Deal/POI销量、价格、评价、折扣率、品类和历史转化率等。 -
上下文维度
包括时间、搜索入口等。
此外，有的特征来自于几个维度之间的相互关系：用户对Deal/POI的点击和下单等行为、用户与POI的距离等是决定排序的重要因素；Query和Deal/POI的文本相关性和语义相关性是模型的关键特征。
模型
Learning to Rank应用中，我们主要采用了Pointwise方法。采用用户的点击、下单和支付等行为来进行正样本的标注。从统计上看，点击、下单和支付等行为分别对应了该样本对用户需求的不同的匹配程度，因此对应的样本会被当做正样本，且赋予不断增大的权重。
线上运行着多种不同类型模型，主要包括：
-
Gradient boosting decision/regression tree（GBDT/GBRT）[2]
GBDT是LTR中应用较多的非线性模型。我们开发了基于Spark的GBDT工具，树拟合梯度的时候运用了并行方法，缩短训练时间。GBDT的树被设计为三叉树，作为一种处理特征缺失的方法。
选择不同的损失函数，boosting tree方法可以处理回归问题和分类问题。应用中，我们选用了效果更好的logistic likelihood loss，将问题建模为二分类问题。 -
Logistic Regression（LR）
参考Facebook的paper[3]，我们利用GBDT进行部分LR特征的构建。用FTRL[4]算法来在线训练LR模型。
对模型的评估分为离线和线上两部分。离线部分我们通过AUC（Area Under the ROC Curve）和MAP（Mean Average Precision）来评价模型，线上则通过A/B测试来检验模型的实际效果，两项手段支撑着算法不断的迭代优化。
冷启动
在我们的搜索排序系统中，冷启动问题[6]表现为当新的商家、新的团购单录入或新的用户使用美团时，我们没有足够的数据用来推测用户对产品的喜好。商家冷启动是主要问题，我们通过两方面手段来进行缓解。一方面，在模型中引入了文本相关性、品类相似度、距离和品类属性等特征，确保在没有足够展示和反馈的前提下能较为准确地预测；另一方面，我们引入了Explore&Exploit机制，对新商家和团单给予适度的曝光机会，以收集反馈数据并改善预测。
Position Bias
在手机端，搜索结果的展现形式是列表页，结果的展示位置会对用户行为产生很大的影响。在特征挖掘和训练数据标注当中，我们考虑了展示位置因素引入的偏差。例如CTR（click-through-rate）的统计中，我们基于Examination Model[5]，去除展示位置带来的影响。
总结
本文主要介绍了美团搜索排序系统线上部分的结构、算法和主要模块。在后续文章里，我们会着重介绍排序系统离线部分的工作。
一个完善的线上线下系统是排序优化得以持续进行的基础。基于业务对数据和模型上的不断挖掘是排序持续改善的动力。我们仍在探索。
参考文献
- Learning To Rank. Wikipedia
- Friedman, J. H. (2001). Greedy function approximation: a gradient boosting machine. Annals of statistics, 1189-1232.
- He, X., Pan, J., Jin, O., Xu, T., Liu, B., Xu, T., ... & Candela, J. Q. (2014, August). Practical lessons from predicting clicks on ads at facebook. In Proceedings of 20th ACM SIGKDD Conference on Knowledge Discovery and Data Mining (pp. 1-9). ACM.
- McMahan, H. B., Holt, G., Sculley, D., Young, M., Ebner, D., Grady, J., ... & Kubica, J. (2013, August). Ad click prediction: a view from the trenches. In Proceedings of the 19th ACM SIGKDD international conference on Knowledge discovery and data mining (pp. 1222-1230). ACM.
- Craswell, N., Zoeter, O., Taylor, M., & Ramsey, B. (2008, February). An experimental comparison of click position-bias models. In Proceedings of the 2008 International Conference on Web Search and Data Mining (pp. 87-94). ACM.
- Cold Start. Wikipedia
- Chapelle, O., Joachims, T., Radlinski, F., & Yue, Y. (2012). Large-scale validation and analysis of interleaved search evaluation. ACM Transactions on Information Systems (TOIS), 30(1), 6.
- Akka: http://akka.io
- Radlinski, F., & Craswell, N. (2010, July). Comparing the sensitivity of information retrieval metrics. In Proceedings of the 33rd international ACM SIGIR conference on Research and development in information retrieval (pp. 667-674). ACM.