2021AAAI论文:Non-invasive Self-attention for Side Information Fusion in Sequential Recommendation

作者及单位

本文动机

近年来，BERT框架被用于处理顺序数据，其核心是它的attention机制。但原始BERT框架的一个限制是它只考虑一个输入源，限制了边信息的利用。例如在推荐系统中，除过物品ID，任何为推荐提供额外有用信息的内容都会影响推荐结果，比如项目相关的边信息，物品本身的价格、生产日期等，还有用户相关的边信息，评分等。现有的方法通常会以Invasive的方式利用边信息，但效果有限。本文将研究在BERT框架下如何有效利用边信息做出推荐。

解决问题

本文提出了在BERT框架下的Non-invasive Self-attention（NOVA）机制来有效利用边信息，它利用边信息改变attention metrics，产生更好的attention distribution，而不是用Invasive的方式直接改变item embedding从而导致信息过载问题。两种方式的对比如下图所示：

模型介绍

最初的BERT框架如图所示：

用Invasive方式利用边信息时，将边信息单独编码为向量，利用融合函数F将边信息的embedding向量和物品ID的embedding向量融合，也就是上图中的embedding层输入：

之后输入BERT框架使用self-attention机制逐层更新表示：

本文的Non-invasive融合方式如下图所示：

NOVA的核心思想就是修改self-attention机制，控制Q,K,V。由上图可以看出，相比于Invasive，Non-invasive方式是将item embedding计算V，然后使用融合的embedding计算K和Q：

文章读到这的时候我在思考作者为什么这样修改。

虽然我们希望将side information加入到sequence model中，但是最终得到的依然是基于item的兴趣序列的表示，所以当你用fusion rep作为输入的时候就会导致模型side information会对于item sequence的序列建模带来噪声，那么side information的收益很可能因为对于item seqence带来噪声而被消减，甚至还不如不引入side information。
对于Noninvasive的方式，则是根据每个item的fusion rep对于其他item的fusion rep的相似性/相关性将pure item representation进行加权处理，这样就没有污染item rep。同时又考虑了side information带来的收益，这是值得琢磨的思路和想法。

NOVA-BERT的整体网络结构如图所示：

每个NOVA层都有两个输入，项目ID和边信息

文章中还研究了不同类型的融合函数及其性能，分别有：

Add

Concat

Gating

结论

本文最后在实验部分，验证了NOVA模型稳定的优于其他方法；考察项目和行为两种边信息的贡献，证明了不同类型的边信息所带来的影响并不是独立的；还进行了NOVA层Attention Distribution的可视化，结果表明NOVA-BERT可以学到有目标的Attention Distribution，从而提高Attention Distribution的精度。

参考

https://blog.csdn.net/qq_40742298/article/details/115011641
https://zhuanlan.zhihu.com/p/355924803