CN103886048A - 一种基于聚类的增量数字图书推荐方法 - Google Patents
一种基于聚类的增量数字图书推荐方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于聚类的增量数字图书推荐方法。它包括以下步骤:(1)从用户的网站访问日志获取用户阅读书籍的信息,然后生成用户表示向量;(2)使用维度数组来选择需要计算的簇集,然后计算用户与簇集之间的余弦相似度形成候选集;(3)从候选集中找出与目标用户相似度最高的簇,然后根据合并结果进行聚类,并增量式地更新簇心、簇直径;(4)使用簇心值作为排序函数将簇内项目进行排序,将排序高的项目作为推荐结果。本发明可以通过从用户的图书访问日志挖掘用户对书籍的喜好信息,然后为用户进行推荐,提高了推荐方法的扩展性和实时性,增强了数字图书资源利用率和用户的阅读体验。
Description
技术领域
本发明涉及推荐系统、增量式学习和数字图书馆等领域,尤其涉及一种基于聚类的增量数字图书推荐方法。
背景技术
数字图书馆中拥有海量的数字图书资源,如何让读者对这些丰富而宝贵的数字图书资源进行利用并能有更好的使用体验就显得非常的重要。传统的基于检索的信息获取技术已经不能完全满足人们的需求,个性化推荐正逐渐成为数字图书馆不可或缺的部分。
传统的推荐方法十分有效且易于解释,但是由于在推荐过程中需要将载入并查看整个数据集,这十分消耗存储空间和运算时间。随着数据规模的增大,这种做法变得低效且十分受限于可用资源。数字图书馆资源和用户的增多对其推荐系统的扩展性和实时性提出了更高的要求。
增量式学习有时也被称为在线学习。增量式学习通常指在线学习模型的过程,而这个模型通常也可以被批量式学习方法所学习。当学习模型的数据规模过大或者不是一次性都能够获得,而是像数据流一样随着时间的推移逐渐获得,且根据已获得数据学习的模型需要及时投入使用时,增量式学习是十分有用的,它可以使用新到的数据在原先模型基础上直接更新,无疑会大大提高学习方法的效率。
发明内容
本发明的目的是克服了数字图书馆中传统图书推荐效率不高、实时性较差的缺点,提供一种高质量、新颖的基于聚类的增量数字图书推荐方法。
一种基于聚类的增量数字图书推荐方法包括以下步骤:
(1)从用户的网站访问日志获取用户阅读书籍的信息,然后生成用户表示向量;
(2)使用维度数组来选择需要计算的簇集,然后根据用户表示向量使用余弦相似度计算用户与簇集之间的相似度形成候选集;
(3)从候选集中找出与目标用户相似度最高的簇,然后根据合并结果进行聚类,并增量式地更新簇心、簇直径;
(4)根据聚类结果,使用簇心值作为排序函数将簇内链接的项目进行排序,将排序高的项目作为推荐结果提供给用户;
所述的步骤1)包括:从用户的网站访问日志获取用户阅读书籍的信息,然后生成用户表示向量;用二值的向量来描述用户,假设有一个给定的用户集合 ,以及一个项目集合,把每个用户u l 表示成一个n维向量,向量的每一维对应于一个项目,一个用户u l ∈的特征向量的第j维是:
用户对项目的所有评分则使用m×n维的评分矩阵R来表示;
所述的步骤2)包括:使用维度数组来选择需要计算的簇集,然后根据用户表示向量使用余弦相似度计算用户与簇集之间的相似度形成候选集;利用维度数组在已生成的簇中寻找与用户u最相似的簇C,首先将候选集C-Set置空,然后对于当前用户表示的每一个非零项所指向的维度数组链接到的簇并入候选集C-Set;聚类时,每一个簇有一个中心,簇心是该簇类所有用户表示向量的平均值,可以如下增量式地计算:
计算用户和簇集之间的相似度,使用余弦相似度作为度量标准,计算用户u和各簇心c的夹角余弦值,其计算公式如下:
其中u[j],c[j]分别表示用户表示向量与簇心表示向量的第j维;
所述的步骤3)包括:从候选集中找出与目标用户相似度最高的簇,然后根据合并结果进行聚类,并增量式地更新簇心、簇直径;
使用簇直径公式来评估簇的紧密程度,其增量式的计算公式如下:
使用最大簇直径参数Dmax来控制簇的紧密度:Dmax是预先设定的所有簇的最大直径;
在候选集C-Set中找出相似度最高的簇;接着检查簇C合并用户u以后簇的直径,如果直径没有超过最大簇直径参数Dmax的限制,用户u被分配到簇C,并且增量式地更新对应的簇心、簇直径;否则,创建一个只包含用户u的新簇;最后我们更新维度数组,将用户u非零维所指向的维度数组链接到到用户所属的簇上;
所述的步骤4)包括:根据聚类结果,使用簇心值作为排序函数将簇内链接的项目进行排序,将排序高的项目作为推荐结果提供给用户;推荐结果是根据用户所属的簇来产生的;每一个簇有一些用户,且维度数组的一些项链接到该簇,簇心代表了该簇中用户的兴趣,簇心表示向量的第j 维代表簇中有多少成员评过了项目j。
本发明与现有技术相比具有的有益效果:
(1)本发明在时间和空间上都更高效。在为用户进行推荐时,不同于查看整个数据集并计算每一对用户的相似度,该发明可以增量式地产生推荐结果而不需要将整个数据集都放入主存中。此外,比起计算每一个用户对之间的相似度,只有用户和各个簇之间的相似度需要被计算,而簇的数目要小于用户的数目,使得方法要更加高效。
(2)本发明可以增量式产生推荐结果,并且自动更新模型,所以它也是可扩展并且适用于实时环境的。
附图说明
图1是基于聚类的增量数字图书推荐方法的总体结构图;
图2是聚类方法中使用的维度数组数据结构。
具体实施方式
一种基于聚类的增量数字图书推荐方法包括以下步骤:
(1)从用户的网站访问日志获取用户阅读书籍的信息,然后生成用户表示向量;
(2)使用维度数组来选择需要计算的簇集,然后根据用户表示向量使用余弦相似度计算用户与簇集之间的相似度形成候选集;
(3)从候选集中找出与目标用户相似度最高的簇,然后根据合并结果进行聚类,并增量式地更新簇心、簇直径;
(4)根据聚类结果,使用簇心值作为排序函数将簇内链接的项目进行排序,将排序高的项目作为推荐结果提供给用户;
所述的步骤1)包括:从用户的网站访问日志获取用户阅读书籍的信息,然后生成用户表示向量;用二值的向量来描述用户,假设有一个给定的用户集合,以及一个项目集合,把每个用户u l 表示成一个n维向量,向量的每一维对应于一个项目,一个用户u l ∈的特征向量的第j维是:
用户对项目的所有评分则使用m×n维的评分矩阵R来表示;
所述的步骤2)包括:使用维度数组来选择需要计算的簇集,然后根据用户表示向量使用余弦相似度计算用户与簇集之间的相似度形成候选集;利用维度数组在已生成的簇中寻找与用户u最相似的簇C,首先将候选集C-Set置空,然后对于当前用户表示的每一个非零项所指向的维度数组链接到的簇并入候选集C-Set;聚类时,每一个簇有一个中心,簇心是该簇类所有用户表示向量的平均值,可以如下增量式地计算:
计算用户和簇集之间的相似度,使用余弦相似度作为度量标准,计算用户u和各簇心c的夹角余弦值,其计算公式如下:
其中u[j],c[j]分别表示用户表示向量与簇心表示向量的第j维;
所述的步骤3)包括:从候选集中找出与目标用户相似度最高的簇,然后根据合并结果进行聚类,并增量式地更新簇心、簇直径;
使用簇直径公式来评估簇的紧密程度,其增量式的计算公式如下:
使用最大簇直径参数Dmax来控制簇的紧密度:Dmax是预先设定的所有簇的最大直径;
在候选集C-Set中找出相似度最高的簇;接着检查簇C合并用户u以后簇的直径,如果直径没有超过最大簇直径参数Dmax的限制,用户u被分配到簇C,并且增量式地更新对应的簇心、簇直径;否则,创建一个只包含用户u的新簇;最后我们更新维度数组,将用户u非零维所指向的维度数组链接到到用户所属的簇上;
所述的步骤4)包括:根据聚类结果,使用簇心值作为排序函数将簇内链接的项目进行排序,将排序高的项目作为推荐结果提供给用户;推荐结果是根据用户所属的簇来产生的;每一个簇有一些用户,且维度数组的一些项链接到该簇,簇心代表了该簇中用户的兴趣,簇心表示向量的第j 维代表簇中有多少成员评过了项目j。
实施例
图1显示了本发明一种基于聚类的增量数字图书推荐方法的总体结构图,总共分为两个部分:第一部分增量式地使用用户评分更新用户表示,并使用用户表示作为方法输入进行增量式的聚类,第二部分是根据聚类结果使用排序函数生成推荐结果。
第一部分中使用的聚类方法具体如下:
第一部分中聚类算法的输入是挖掘用户阅读书籍信息生成的用户表示向量;输出是聚类的结果;对于输入的用户表示向量,首先检查用户表示向量是一个从未被聚类过的新用户,还是已经聚过类但是有新的评分信息而需要重新聚类的老用户;如果是后者,则就对老用户之前的聚类效果进行撤销,这意味着簇心、维度数组、簇直径改变为聚类没有在这个用户上进行时的情况;接着使用维度数组来选择需要计算的簇集:如图2所示,假设一个用户u 的非零维度是d 5 ,d 10 ,d 15 ,为了找到与u最相似的簇,我们只需要查找簇集Θ 5 ,Θ 10 ,Θ 15 的并集,而这些集合分别被维度数组的第5,第10和第15项链接,所以只需要选择簇集Θ 5 ,Θ 10 ,Θ 15 来进行计算,接着根据用户表示向量使用余弦相似度计算用户与簇集之间的相似度形成候选集C-Set;从候选集C-Set中找出与目标用户相似度最高的簇,然后检查簇C合并用户u以后簇的直径,如果直径没有超过最大簇直径参数Dmax的限制,用户u被分配到簇C,并且增量式地更新对应的簇心、簇直径;否则,创建一个只包含用户u的新簇;最后我们更新维度数组,将用户u非零维所指向的维度数组链接到到用户所属的簇上;第二部分中根据聚类结果,使用簇心值作为排序函数将簇内链接的项目进行排序,将排序高的项目作为推荐结果提供给用户。
Claims (5)
1.一种基于聚类的增量数字图书推荐方法,其特征在于,它包括以下步骤:
(1)从用户的网站访问日志获取用户阅读书籍的信息,然后生成用户表示向量;
(2)使用维度数组来选择需要计算的簇集,然后根据用户表示向量使用余弦相似度计算用户与簇集之间的相似度形成候选集;
(3)从候选集中找出与目标用户相似度最高的簇,然后根据合并结果进行聚类,并增量式地更新簇心、簇直径;
(4)根据聚类结果,使用簇心值作为排序函数将簇内链接的项目进行排序,将排序高的项目作为推荐结果提供给用户。
3.根据权利1所述的一种基于聚类的增量数字图书推荐方法,其特征在于:所述的步骤2)包括:使用维度数组来选择需要计算的簇集,然后根据用户表示向量使用余弦相似度计算用户与簇集之间的相似度形成候选集;利用维度数组在已生成的簇中寻找与用户u最相似的簇C,首先将候选集C-Set置空,然后对于当前用户表示的每一个非零项所指向的维度数组链接到的簇并入候选集C-Set;聚类时,每一个簇有一个中心,簇心是该簇类所有用户表示向量的平均值,可以如下增量式地计算:
计算用户和簇集之间的相似度,使用余弦相似度作为度量标准,计算用户u和各簇心c的夹角余弦值,其计算公式如下:
其中u[j],c[j]分别表示用户表示向量与簇心表示向量的第j维。
4.根据权利1所述的一种基于聚类的增量数字图书推荐方法,其特征在于:所述的步骤3)包括:从候选集中找出与目标用户相似度最高的簇,然后根据合并结果进行聚类,并增量式地更新簇心、簇直径;
使用簇直径公式来评估簇的紧密程度,其增量式的计算公式如下:
使用最大簇直径参数Dmax来控制簇的紧密度:Dmax是预先设定的所有簇的最大直径;
在候选集C-Set中找出相似度最高的簇;接着检查簇C合并用户u以后簇的直径,如果直径没有超过最大簇直径参数Dmax的限制,用户u被分配到簇C,并且增量式地更新对应的簇心、簇直径;否则,创建一个只包含用户u的新簇;最后我们更新维度数组,将用户u非零维所指向的维度数组链接到到用户所属的簇上。
5.根据权利1所述的一种基于聚类的增量数字图书推荐方法,其特征在于:所述的步骤4)包括:根据聚类结果,使用簇心值作为排序函数将簇内链接的项目进行排序,将排序高的项目作为推荐结果提供给用户;推荐结果是根据用户所属的簇来产生的;每一个簇有一些用户,且维度数组的一些项链接到该簇,簇心代表了该簇中用户的兴趣,簇心表示向量的第j 维代表簇中有多少成员评过了项目j。
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