基于用户的协同过滤算法(Java实现或R语言实现

　　协同过滤的步骤是：
　　创建数据模型 —> 用户相似度算法 —>用户近邻算法 —>推荐算法。
　　基于用户的协同过滤算法在Mahout库中已经模块化了，通过4个模块进行统一的方法调用。首先，创建数据模型(DataModel)，然后定义用户的相似度算法(UserSimilarity)，接下来定义用户近邻算法(UserNeighborhood )，最后调用推荐算法(Recommender)完成计算过程。而基于物品的协同过滤算法(ItemCF)过程也是类似的，去掉第三步计算用户的近邻算法就行了。

　　软件环境：Win7 64位 + Eclipse4.4 +jdk1.6
　　使用Java语言，借用Mahout库里的API，实现基于用户的协同过滤算法，从而进行商品推荐。
　　1.数据集
　　//testCF.csv　　

1,101,5.0
1,102,3.0
1,103,2.5
2,101,2.0
2,102,2.5
2,103,5.0
2,104,2.0
3,101,2.5
3,104,4.0
3,105,4.5
3,107,5.0
4,101,5.0
4,103,3.0
4,104,4.5
4,106,4.0
5,101,4.0
5,102,3.0
5,103,2.0
5,104,4.0
5,105,3.5
5,106,4.0 

　　该testCF.csv数据集中，第一列为用户号UserID，第二列为商品号ItemID，第三列为评分Preference Value.
　　2.借用Java里Mahout库，实现协同过滤算法。
　　//UserBased.java　　

package com.xie;

import org.apache.mahout.cf.taste.common.TasteException;
import org.apache.mahout.cf.taste.impl.common.LongPrimitiveIterator;
import org.apache.mahout.cf.taste.impl.model.file.*; 
import org.apache.mahout.cf.taste.impl.neighborhood.*; 
import org.apache.mahout.cf.taste.impl.recommender.*; 
import org.apache.mahout.cf.taste.impl.similarity.*; 
import org.apache.mahout.cf.taste.model.*; 
import org.apache.mahout.cf.taste.recommender.*; 
import org.apache.mahout.cf.taste.similarity.*; 

import java.io.*; 
import java.util.*; 


public class UserBased {

    final static int NEIGHBORHOOD_NUM = 2;
    final static int RECOMMENDER_NUM = 3;

    public static void main(String[] args) throws IOException, TasteException {
        String file = "src/data/testCF.csv";
        DataModel model = new FileDataModel(new File(file));
        UserSimilarity user = new EuclideanDistanceSimilarity(model);
        NearestNUserNeighborhood neighbor = new NearestNUserNeighborhood(NEIGHBORHOOD_NUM, user, model);
        Recommender r = new GenericUserBasedRecommender(model, neighbor, user);
        LongPrimitiveIterator iter = model.getUserIDs();

        while (iter.hasNext()) {
            long uid = iter.nextLong();
            List<RecommendedItem> list = r.recommend(uid, RECOMMENDER_NUM);
            System.out.printf("uid:%s", uid);
            for (RecommendedItem ritem : list) {
                System.out.printf("(%s,%f)", ritem.getItemID(), ritem.getValue());
            }
            System.out.println();
        }
    }
} 

　　效果如下：

图(1) 协同过滤，从而进行商品推荐
　　结果说明：
　　对于uid=1的用户，给他推荐计算得分最高的2个物品，104和106。
　　对于uid=2的用户，给他推荐计算得分最高的1个物品，105。
　　对于uid=3的用户，给他推荐计算得分最高的2个物品，103和102。
　　对于uid=4的用户，给他推荐计算得分最高的1个物品，102。
　　对于uid=5的用户，没有推荐。
　　用Java实现协同过滤的工程代码:
　　 http://download.csdn.net/detail/sanqima/9374529
　　
　　方法二：用R语言实现协同过滤算法
　　软件环境：win7 64位 + RStudio 0.99 + R3.2.3
　　//mahout1.R　　

# part1 -------------------------------------------------------------------
##加载arules包
library(arules)

##建立模型矩阵
FileDataModel <- function(file){
    ##读取CSV文件到内存
    data <- read.csv(file,header = FALSE)  
    ##增加列名
    names(data) <- c("uid","iid","pref")

    ##计算用户数
    user <- unique(data$uid)
    ##计算产品数
    item <- unique(sort(data$iid))
    uidx <- match(data$uid, user)
    iidx <- match(data$iid, item)
    ##定义存储矩阵
    M <- matrix(0, length(user),length(item))
    i <- cbind(uidx, iidx, pref=data$pref)

    ##给矩阵赋值
    for(n in 1:nrow(i)){
        M[i[n,][1], i[n,][2]] <- i[n,][3]
    }

    dimnames(M)[[2]] <- item
    ##返回矩阵值
    M
}


# part2 -------------------------------------------------------------------
##欧式距离相似度算法
EuclideanDistanceSimilarity <- function(M){
    row <- nrow(M)
    ##相似度矩阵
    s <- matrix(0,row,row)

    for(z1 in 1:row){
        for(z2 in 1:row){
            if(z1 < z2){
               ##可计算的列
               num <- intersect(which(M[z1,]!=0),which(M[z2,]!=0))

               sum <- 0
               for(z3 in num){
                  sum <- sum+(M[z1,][z3] - M[z2,][z3])^2
               }

               s[z2,z1] <- length(num)/(1+sqrt(sum))

               ##对算法的阈值进行限制
               if(s[z2,z1] > 1) s[z2,z1] <- 1
               if(s[z2,z1] < -1) s[z2,z1] <- -1

            }
        }
    }

    ts <- t(s)   ##补全三角矩阵
    w <- which(upper.tri(ts))
    s[w] <- ts[w]
    s      ##返回用户相似度矩阵

}


# part3 -------------------------------------------------------------------
##用户近邻算法
NearestNUserNeigborhood <- function(S,n){
    row <- nrow(S)
    neighbor <- matrix(0,row,n)
    for(z1 in 1:row){
        for(z2 in 1:n){
            m <- which.max(S[,z1])
            neighbor[z1,][z2] <- m
            S[,z1][m]=0
        }
    }
    neighbor
}


# part4 -------------------------------------------------------------------
##推荐算法
UserBasedRecommender <- function(uid,n,M,S,N){
    row <- ncol(N)
    col <- ncol(M)
    r <- matrix(0,row,col)
    N1 <- N[uid,]
    for(z1 in 1:length(N1)){
        num <- intersect(which(M[uid,]==0),which(M[N1[z1],]!=0))  
        for(z2 in num){
            r[z1,z2] = M[N1[z1],z2]*S[uid,N1[z1]]
        }
    }

    ##输出推荐矩阵
    sum <- colSums(r)
    s2 <- matrix(0,2,col)
    for(z1 in 1:length(N1)){
        num <- intersect(which(colSums(r)!=0),which(M[N1[z1],]!=0))
        for(z2 in num){
            s2[1,][z2] <- s2[1,][z2]+S[uid,N1[z1]]
            s2[2,][z2] <- s2[2,][z2]+1
        }
    }

    s2[,which(s2[2,]==1)]=10000
    s2 <- s2[-2,]

    r2 <- matrix(0,n,2)
    rr <- sum/s2
    item <- dimnames(M)[[2]]
    for(z1 in 1:n){
        w <- which.max(rr)
        if(rr[w]>0.5){
            r2[z1,1] <- item[which.max(rr)]
            r2[z1,2] <- as.double(rr[w])
            rr[w]=0
        }
    }
    r2
}



# part5 -------------------------------------------------------------------

##调用算法
setwd("G:\\myProject\\RDoc\\Unit2\\rChap2")
myFile <- "testCF.csv"
NeighborHodd_num <- 2 ##取两个最大近邻
Recommender_num <- 3  ##保留最多3个推荐结果

myM <- FileDataModel(myFile)
myS <- EuclideanDistanceSimilarity(myM)
myN <- NearestNUserNeigborhood(myS,NeighborHodd_num)

##对用户user= 1的推荐结果
R1 <- UserBasedRecommender(1, Recommender_num,myM,myS,myN); R1

##对用户user= 2的推荐结果
R2 <- UserBasedRecommender(2, Recommender_num,myM,myS,myN); R2

##对用户user= 3的推荐结果
R3 <- UserBasedRecommender(3, Recommender_num,myM,myS,myN); R3

##对用户user= 4的推荐结果
R4 <- UserBasedRecommender(4, Recommender_num,myM,myS,myN); R4

##对用户user= 5的推荐结果
R5 <- UserBasedRecommender(5, Recommender_num,myM,myS,myN); R5

　　效果如下：

图(2)用R语言实现协同过滤算法