CN110134861B - 一种基于项目类别和用户偏好的推荐方法 - Google Patents

一种基于项目类别和用户偏好的推荐方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于项目类别和用户偏好的推荐方法，根据用户评分信息和项目类别信息，构建三维评分张量A和三维兴趣张量B，对三维评分张量A中的空缺值进行评分填补，得到填补后的三维评分张量A’，根据三维评分张量A和三维兴趣张量B，构建类别偏好矩阵P和评分偏好矩阵Q，最后根据填补后的评分张量A’、类别偏好矩阵P和评分偏好矩阵Q，获得推荐程度矩阵O，再根据推荐程度矩阵O中用户对应的各个项目推荐程度值的排序，向所述用户推荐若干个项目。采用本发明实施例，不仅考虑了项目的类别信息，也考虑了用户的偏好信息，有助于提升推荐质量，具有更好的推荐效果。

Description

一种基于项目类别和用户偏好的推荐方法
技术领域
本发明涉及智能推荐技术领域，尤其涉及一种基于项目类别和用户偏好的推荐方法。
背景技术
传统的推荐方法主要是依据用户对项目的评分来进行推荐，而在实际的推荐系统中，所能获得的数据除了用户对项目的评分，通常还包括项目的分类情况。譬如，小说可以分为科幻、历史、言情等类别，电影可以分为喜剧、战争、动画等类别。传统的推荐方法仅仅依据评分数据进行推荐，而忽略了项目的类别信息，推荐效果不佳。
现有技术都是采用一些算法对空缺的评分数据进行预测或估计(通常，项目数量巨大，用户只对很少的项目有评分，因此评分数据是很稀疏的)，然后直接依据预测或估计的评分进行推荐，并没有结合或考虑用户的偏好信息。以书籍推荐为例，如果某用户从未接触过历史类型的书籍，但在填补后的评分数据中，可能出现某些历史类型的书籍被该用户评了高分(不是该用户评的，而是被填补的)而被推荐，因为有一些与他相似的用户给历史类型书籍评了高分。如果某用户特别偏爱历史类型的书籍，对历史类型书籍的评分明显高于其他用户，那么有可能因为其他用户对历史类型书籍的评分过低，而导致历史类型的书籍被该用户评分(不是该用户评的，而是被填补的)过低而不被推荐。可见，现有技术直接依据填补后的评分数据进行推荐，而没有考虑用户的偏好信息，推荐效果不佳。
发明内容
本发明实施例提出一种基于项目类别和用户偏好的推荐方法，不仅考虑了项目的类别信息，也考虑了用户的偏好信息，有助于提升推荐质量，具有更好的推荐效果。
本发明实施例提供一种基于项目类别和用户偏好的推荐方法，包括：
获取所有的用户评分信息和项目类别信息，并根据所述用户评分信息和项目类别信息，构建三维评分张量A和三维兴趣张量B；
对所述三维评分张量A中的空缺值进行评分填补，得到填补后的三维评分张量A’；
根据所述三维评分张量A和三维兴趣张量B，构建类别偏好矩阵P和评分偏好矩阵Q；
根据预设的权重，结合所述填补后的三维评分张量A’、类别偏好矩阵P和评分偏好矩阵Q，获得推荐程度矩阵O；
根据在所述推荐程度矩阵O中用户对应的各个项目推荐程度值的排序，向所述用户推荐若干个项目。
进一步的，所述根据所述用户评分信息和项目类别信息，构建三维评分张量A和三维兴趣张量B，具体为：
三维评分张量A中的元素为Auic；三维兴趣张量B中的元素为Buic；
若用户u对项目i有评分，且项目i属于类别c，则Auic为评分值，Buic为1；否则，Auic和Buic均为0，其中，u，i和c分别表示用户、项目和类别的编号。进一步的，所述对所述三维评分张量A中的空缺值进行评分填补，得到填补后的三维评分张量A’，具体为：
设置张量填补的秩约束τ和最大迭代次数T；
初始化一个与所述三维评分张量A具有相同维度的临时张量X；
迭代计算，直到达到最大迭代次数T，每次迭代首先计算所述临时张量X的可行下降方向S，然后更新所述临时张量X的值；
将所述临时张量X的最终值作为所述填补后的三维评分张量A’，其中，所述填补后的三维评分张量A’的秩不超过所述秩约束τ。
进一步的，所述每次迭代首先计算所述临时张量X的可行下降方向S，然后更新所述临时张量X的值，具体为：
将三维张量ΩA(X-A)分别沿着第1维、第2维和第3维展开后得到三个矩阵(ΩA(X-A))<1>、(ΩA(X-A))<2>和(ΩA(X-A))<3>，其中，ΩA(M)表示一个张量，如果Auic≠0，则(ΩA(M))uic＝Muic，如果Auic＝0，则(ΩA(M))uic＝0；A为所述所述三维评分张量；
分别计算所述三个矩阵(ΩA(X-A))<1>、(ΩA(X-A))<2>和(ΩA(X-A))<3>的最大奇异值σ1、σ2和σ3，将
Figure BDA0002026115490000031
和
Figure BDA0002026115490000032
三者中的最大值记为
Figure BDA0002026115490000033
则可行下降方向S为
Figure BDA0002026115490000034
其中，U、I和C分别表示用户、项目和类别的数量；k的取值为1、2或3；当k＝1时，K＝U；当k＝2时，K＝I；当k＝3时，K＝C；τ为所述张量填补的秩约束；g和h分别为矩阵(ΩA(X-A))<k>的最大奇异值σk对应的左右奇异列向量；(ghT)<k>表示一个三维张量，其沿第k维展开得到的矩阵为ghT；
判断-(<ΩA(X-A)，ΩA(S-X)＞/<ΩA(S-X)，ΩA(S-X)＞)的取值范围，对所述临时张量X的值进行相应的更新，其中，符号<M，N>表示张量M与张量N的内积，具体地，
如果该值大于等于0且小于等于1，那么
X＝X-(<ΩA(X-A)，ΩA(S-X)＞/＜ΩA(S-X)，ΩA(S-X)＞)(S-X)；
如果该值小于0，那么X＝X+10-6(S-X)；
如果该值大于1，那么X＝S。
进一步的，所述根据所述三维评分张量A和三维兴趣张量B，构建类别偏好矩阵P和评分偏好矩阵Q，具体为：
根据用户u对类别c的评分次数和用户u对所有类别的总评分次数，计算用户u对类别c的类别偏好Puc，计算出每个用户对每个类别的类别偏好，构建类别偏好矩阵P；
根据用户u对类别c的平均评分以及除用户u外的其他用户对类别c的平均评分，计算用户u对类别c的评分偏好Quc，计算出每个用户对每个类别的评分偏好，构建评分偏好矩阵Q。
进一步的，所述根据预设的权重，结合所述填补后的三维评分张量A’、类别偏好矩阵P和评分偏好矩阵Q，获得推荐程度矩阵O，具体为：
判断用户u对项目i是否评过分；
若是，则向用户u推荐项目i的推荐程度Oui等于零，
否则，采用下述方法计算向用户u推荐项目i的推荐程度Oui：
设置介于0和1之间的三个权重：wa、wp和wq，满足wa+wp+wq＝1；
根据所述填补后的三维评分张量A’中用户u和项目i对应的向量、所述类别偏好矩阵P中用户u对应的向量、以及所述评分偏好矩阵Q中用户u对应的向量，分别用所述权重wa、wp和wq进行加权求和，获得中间向量Y；
将中间向量Y中的最大元素值作为向用户u推荐项目i的推荐程度Oui；
计算出向每个用户推荐每个项目的推荐程度，构建推荐程度矩阵O。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明实施例提供的基于项目类别和用户偏好的推荐方法，根据用户评分信息和项目类别信息，构建三维评分张量A和三维兴趣张量B，对三维评分张量A中的空缺值进行评分填补，得到填补后的三维评分张量A’，根据三维评分张量A和三维兴趣张量B，构建类别偏好矩阵P和评分偏好矩阵Q，最后根据填补后的评分张量A’、类别偏好矩阵P和评分偏好矩阵Q，获得推荐程度矩阵O，再根据推荐程度矩阵O中用户对应的各个项目推荐程度值的排序，向所述用户推荐若干个项目。相比于现有技术不考虑项目的类别信息或者直接依据填补后的评分数据进行推荐而没有考虑用户的偏好信息，本发明技术方案基于“用户-项目-类别”的三维评分张量进行推荐，不仅考虑了项目的类别信息，也考虑了用户的偏好信息，有助于提升推荐质量，具有更好的推荐效果。
进一步的，本发明的三维张量填补采用了Frank-Wblfe算法进行迭代计算，减小了填补空缺值的计算量，提高了填补速度。
附图说明
图1是本发明提供的基于项目类别和用户偏好的推荐方法的一种实施例的流程示意图；
图2是本发明提供的三维张量按某个维度的展开示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，是本发明提供的基于项目类别和用户偏好的推荐方法的一种实施例的流程示意图，该方法包括步骤101至步骤105，各步骤具体如下：
步骤101：获取所有的用户评分信息和项目类别信息，并根据所述用户评分信息和项目类别信息，构建三维评分张量A和三维兴趣张量B。
在本实施例中，步骤101具体为：三维评分张量A中的元素为Auic；三维兴趣张量B中的元素为Buic；若用户u对项目i有评分，且项目i属于类别c，则Auic为评分值，Buic为1；否则，Auic和Buic均为0，其中，u，i和c分别表示用户、项目和类别的编号。
通常，项目数量巨大，用户只对很少的项目有评分，因此评分数据是很稀疏的，即三维评分张量A中有很多空缺值。
步骤102：对所述三维评分张量A中的空缺值进行评分填补，得到填补后的三维评分张量A’。
在本实施例中，步骤102具体为：
步骤1021：设置张量填补的秩约束τ和最大迭代次数T；
步骤1022：初始化一个与所述三维评分张量A具有相同维度的临时张量X；
步骤1023：迭代计算，直到达到最大迭代次数T，每次迭代首先计算所述临时张量X的可行下降方向S，然后更新所述临时张量X的值；
步骤1024：将所述临时张量X的最终值作为所述填补后的三维评分张量A’，其中，所述填补后的三维评分张量A’的秩不超过所述秩约束τ。
在本实施例中，本发明将三维张量的填补描述成带约束的非线性优化问题，并借助scaled-latent核范数来代替对张量秩的约束，然后利用Frank-Wolfe算法将非线性优化问题转换成一系列线性优化问题进行求解。相比于现有的张量填补技术，本发明减少了填补时的计算量，提高了填补效率。
在本实施例中，步骤1023具体为：
将三维张量ΩA(X-A)分别沿着第1维、第2维和第3维展开后得到三个矩阵(ΩA(X-A))<1>、(ΩA(X-A))<2>和(ΩA(X-A))<3>，其中，ΩA(M)表示一个张量，如果Auic≠0，则(ΩA(M))uic＝Muic，如果Auic＝0，则(ΩA(M))uic＝0；A为所述所述三维评分张量；
分别计算所述三个矩阵(ΩA(X-A))<1>、(ΩA(X-A))<2>和(ΩA(X-A))<3>的最大奇异值σ1、σ2和σ3，将
Figure BDA0002026115490000061
和
Figure BDA0002026115490000062
三者中的最大值记为
Figure BDA0002026115490000063
则可行下降方向S为
Figure BDA0002026115490000064
其中，U、I和C分别表示用户、项目和类别的数量；k的取值为1、2或3；当k＝1时，K＝U；当k＝2时，K＝I；当k＝3时，K＝C；τ为所述张量填补的秩约束；g和h分别为矩阵(ΩA(X-A))<k>的最大奇异值σk对应的左右奇异列向量；(ghT)<k>表示一个三维张量，其沿第k维展开得到的矩阵为ghT；
判断-(<ΩA(X-A)，ΩA(S-X)>/<ΩA(S-X)，ΩA(S-X)＞)的取值范围，对所述临时张量X的值进行相应的更新，其中，符号<M，N>表示张量M与张量N的内积，具体地，
如果该值大于等于0且小于等于1，那么
X＝X-(＜ΩA(X-A)，ΩA(S-X)＞/<ΩA(S-X)，ΩA(5-X)＞)(S-X)；
如果该值小于0，那么X＝X+10-6(S-X)；
如果该值大于1，那么X＝S。
为更好的说明本发明技术方案，参见图2，图2是本发明提供的三维张量按某个维度的展开示意图。H为如图2所示的一个3×4×2的三维张量，则三维张量H分别沿着第1维、第2维和第3维展开得到的三个矩阵分别为如图2所示的H<1>，H<2>和H<3>。
步骤103：根据所述三维评分张量A和三维兴趣张量B，构建类别偏好矩阵P和评分偏好矩阵Q。
在本实施例中，步骤103具体为：根据用户u对类别c的评分次数和用户u对所有类别的总评分次数，计算用户u对类别c的类别偏好Pui，计算出每个用户对每个类别的类别偏好，构建类别偏好矩阵P；
根据用户u对类别c的平均评分以及除用户u外的其他用户对类别c的平均评分，计算用户u对类别c的评分偏好Quc，计算出每个用户对每个类别的评分偏好，构建评分偏好矩阵Q。
在本实施例中，类别偏好矩阵P中的元素Puc表示用户u对类别c的类别偏好，计算方法为：用户u对类别c的评分次数除以用户u对所有类别的总评分次数。评分偏好矩阵Q中的元素Quc表示用户u对类别c的评分偏好，计算方法为：用户u对类别c的平均评分减去除用户u外的其他用户对类别c的平均评分。
步骤104：根据预设的权重，结合所述填补后的三维评分张量A’、类别偏好矩阵P和评分偏好矩阵Q，获得推荐程度矩阵O。
在本实施例中，推荐程度矩阵O中的元素Oui表示向用户u推荐项目i的推荐程度，计算出向每个用户推荐每个项目的推荐程度，构建推荐程度矩阵O，步骤104计算Oui具体包括步骤1041至步骤1043：
1041：判断用户u对项目i是否评过分；若是，则执行步骤1042，否则，执行步骤1043；
步骤1042：向用户u推荐项目i的推荐程度Oui等于0；
步骤1043：采用下述方法计算向用户u推荐项目i的推荐程度Oui：
设置介于0和1之间的三个权重：wa、wp和wq，满足wa+wp+wq＝1；
根据所述填补后的三维评分张量A’中用户u和项目i对应的向量、所述类别偏好矩阵P中用户u对应的向量、以及所述评分偏好矩阵Q中用户u对应的向量，分别用所述权重wa、wp和wq进行加权求和，获得中间向量Y；
将中间向量Y中的最大元素值作为向用户u推荐项目i的推荐程度Oui。
步骤105：根据在所述推荐程度矩阵O中用户对应的各个项目推荐程度值的排序，向所述用户推荐若干个项目。
在本实施例中，对于用户u，将所有项目按照Oui值从大到小进行排序，向用户u推荐排名靠前的若干个项目。
由上可见，本发明技术方案具有以下优点：
1)相对于传统的基于“用户-项目”二维评分矩阵进行推荐，本文基于“用户-项目-类别”的三维评分张量进行推荐，三维张量利用了项目的类别信息，有助于提升推荐质量。
2)传统的推荐算法都是直接依据张量或矩阵填补后的数据进行推荐，然而，张量或矩阵填补虽然能够填补缺失的数据，但还不能就此做出推荐，因为张量填补并没有很好的考虑到用户的偏好信息。本发明基于张量数据构建了用户类别偏好矩阵和评分偏好矩阵，联合填补后的张量和两个偏好矩阵进行推荐。
3)三维的张量填补是一个复杂的优化问题，现有的填补方案计算量大，而本发明给出了一种计算量较小的填补方案。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于项目类别和用户偏好的推荐方法，其特征在于，包括：
获取所有的用户评分信息和项目类别信息，并根据所述用户评分信息和项目类别信息，构建三维评分张量A和三维兴趣张量B，所述三维评分张量A中的元素为A uic ；所述三维兴趣张量B中的元素为B uic ；
若用户u对项目i有评分，且项目i属于类别c，则A uic 为评分值，B uic 为1；否则，A uic 和B uic 均为0，其中，u，i和c分别表示用户、项目和类别的编号；
对所述三维评分张量A中的空缺值进行评分填补，得到填补后的三维评分张量A’，设置张量填补的秩约束τ和最大迭代次数T；
初始化一个与所述三维评分张量A具有相同维度的临时张量X；
迭代计算，直到达到最大迭代次数T，每次迭代首先计算所述临时张量X的可行下降方向S，然后更新所述临时张量X的值, 将三维张量Ω A (X-A)分别沿着第1维、第2维和第3维展开后得到三个矩阵(Ω A (X-A))<1>、(Ω A (X-A))<2>和(Ω A (X-A))<3>，其中，Ω A (M)表示一个张量，如果A uic ≠0，则(Ω A (M)) uic ＝M uic ，如果A uic ＝0，则(Ω A (M)) uic ＝0；A为所述三维评分张量；
分别计算所述三个矩阵(Ω A (X-A)) <1> 、(Ω A (X-A)) <2>和(Ω A (X-A)) <3>的最大奇异值σ 1、σ 2和σ 3，将
Figure 324758DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 122950DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure 118588DEST_PATH_IMAGE003
三者中的最大值记为
Figure 521887DEST_PATH_IMAGE004
，则可行下降方向S为
Figure 515251DEST_PATH_IMAGE005
其中，U、I和C分别表示用户、项目和类别的数量；k的取值为1、2或3； 当k＝1时，K＝U；当k＝2时，K＝I；当k＝3时，K＝C；τ为所述张量填补的秩约束；g和h分别为 矩阵(Ω A (X-A))<k>的最大奇异值σ k 对应的左右奇异列向量；(gh T )<k>表示一个三维张量，其 沿第k维展开得到的矩阵为gh T ；
判断-(＜Ω A (X-A), Ω A (S-X)＞/＜Ω A (S-X),Ω A (S-X)＞)的取值范围，对所述临时张量X的值进行相应的更新，其中，符号＜M, N＞表示张量M与张量N的内积，具体地，
如果该值大于等于0且小于等于1，那么
X＝X-(＜Ω A (X-A),Ω A (S-X)＞/＜Ω A (S-X),Ω A (S-X)＞)(S-X)；
如果该值小于0，那么X＝X+10-6(S-X)；
如果该值大于1，那么X＝S；
将所述临时张量X的最终值作为所述填补后的三维评分张量A’，其中，所述填补后的三维评分张量A’的秩不超过所述秩约束τ；
根据所述三维评分张量A和三维兴趣张量B，构建类别偏好矩阵P和评分偏好矩阵Q；
根据预设的权重，结合所述填补后的三维评分张量A’、类别偏好矩阵P和评分偏好矩阵Q，获得推荐程度矩阵O；
根据在所述推荐程度矩阵O中用户对应的各个项目推荐程度值的排序，向所述用户推荐若干个项目。
2.根据权利要求1所述的基于项目类别和用户偏好的推荐方法，其特征在于，所述根据所述三维评分张量A和三维兴趣张量B，构建类别偏好矩阵P和评分偏好矩阵Q，具体为：
根据用户u对类别c的评分次数和用户u对所有类别的总评分次数，计算用户u对类别c的类别偏好P uc ，计算出每个用户对每个类别的类别偏好，构建类别偏好矩阵P；
根据用户u对类别c的平均评分以及除用户u外的其他用户对类别c的平均评分，计算用户u对类别c的评分偏好Q uc ，计算出每个用户对每个类别的评分偏好，构建评分偏好矩阵Q。
3.根据权利要求2所述的基于项目类别和用户偏好的推荐方法，其特征在于，所述根据预设的权重，结合所述填补后的三维评分张量A’、类别偏好矩阵P和评分偏好矩阵Q，获得推荐程度矩阵O，具体为：
判断用户u对项目i是否评过分；
若是，则向用户u推荐项目i的推荐程度O ui 等于零，
否则，采用下述方法计算向用户u推荐项目i的推荐程度O ui ：
设置介于0和1之间的三个权重：w a 、w p 和w q ，满足w a +w p +w q ＝1；
根据所述填补后的三维评分张量A’中用户u和项目i对应的向量、所述类别偏好矩阵P中用户u对应的向量、以及所述评分偏好矩阵Q中用户u对应的向量，分别用所述权重w a 、w p 和w q 进行加权求和，获得中间向量Y；
将中间向量Y中的最大元素值作为向用户u推荐项目i的推荐程度O ui ；
计算出向每个用户推荐每个项目的推荐程度，构建推荐程度矩阵O。
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