CN112364257B - 一种基于知识图谱的用户群组推荐系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于知识图谱的用户群组推荐系统,基于该系统的用户群组推荐方法为:构建协同知识图谱,并聚合节点邻居以获取协同知识图谱中节点的最高阶表示,然后通过最高阶表示和注意力机制获取用户群组和物品特征,构建分数预测函数;以分数预测函数构建损失函数以更新可学习参数,并通过更新后的可学习参数获取物品的预测分数,将预测分数最高的若干物品推荐给用户群组。本发明在为用户群组推荐物品时,能够避免数据稀疏的问题,并且能够准确的推荐用户感兴趣的物品。
Description
技术领域
本发明属于推荐系统领域,具体涉及一种基于知识图谱的用户群组推荐系统及方法。
背景技术
随着大数据时代的到来,数据开始呈爆炸式增长。为了解决信息过载的问题,推荐系统被广泛应用于电子商务、内容共享、社交网络、论坛等在线服务领域。随着移动互联网接入时代的到来,人们可以越来越方便地在网上聚会,进行集体活动,如吃饭、看电影或旅行。这些人可能彼此很熟悉,比如在一个家庭或有几个共同的朋友。用户群组也可以是在一个活动中偶然相遇的一群人,例如加入一个旅游团的几个旅行者。这时,推荐系统需要为这类人群推荐一个或几个适合的物品。除了面向个人的推荐系统,也需要面向用户群组的推荐系统。
群组的类型可分为持久性群组和偶发性群组两类。持久性群组是一个预先定义好的群组,如具有稳定成员的家庭,而偶发性群组是临时形成的,临时群组中的成员可能没有太大社会关系。对于持久性群组推荐,可以将每个群组视为一个特殊的个人,直接使用面向个人推荐的方法。然而,对于偶发性群组,成员之间很少相聚,群组和物品的交互记录太少(数据稀疏性问题),无法直接去得到群组的偏好,传统的协同过滤算法也受制于数据稀疏性问题。
发明内容
针对现有技术中的上述不足,本发明提供的一种基于知识图谱的用户群组推荐系统及方法解决了现有技术中存在的问题。
为了达到上述发明目的,本发明采用的技术方案为:一种基于知识图谱的用户群组推荐系统,包括依次连接的信息传播模块、偏好聚合模块和优化模块;
所述信息传播模块用于构建协同知识图谱以及聚合协同知识图谱中某一节点的邻居节点和获取节点的高阶表示;所述偏好聚合模块用于根据节点的高阶表示获取用户群组的特征表示;所述优化模块用于优化可学习参数。
本发明的有益效果为:提供一种基于知识图谱的用户群组推荐系统。知识图谱帮助解决数据稀疏性问题并能帮助捕捉用户之间的联系。注意力机制可充分考虑聚合用户的偏好特征过程中物品和用户间的影响以得到群组的偏好特征,成对损失函数帮助获取更好的群组偏好特征并为用户群组推荐物品。
一种基于知识图谱的用户群组推荐方法,包括以下步骤:
S1、采集物品知识图谱,为用户群组推荐系统数据集中物品寻找对应实体以及为用户在物品知识图谱中新建一个实体,得到协同知识图谱;
S2、聚合协同知识图谱中节点e的邻居节点,得到邻居聚合表示;
S3、根据邻居聚合表示获取节点e的高阶表示,并以节点e的高阶表示为基础获取节点e的第H阶表示;
S4、根据节点e的第H阶表示和注意力机制获取用户群组特征表示;
S5、通过用户群组的特征表示计算正物品和负物品的预测分数,并通过正负物品的预测分数构建损失函数;
S6、使用Adam算法使损失函数最小,得到物品预测分数函数;
S7、根据步骤S1至S5的方法,使用物品预测分数函数获取推荐系统对应的物品预测分数,并将预测分数最大的N个物品推荐给用户群组。
进一步地,所述步骤S1包括以下步骤:
S1.1、采集物品知识图谱,将用户群组推荐系统数据集中用户选择过的物品作为正物品,其他物品作为负物品;
S1.2、在物品知识图谱中搜寻用户群组推荐系统数据集中正负物品对应的实体,并将有多个对应实体和没有对应实体的物品删除;
S1.3、将保留的物品与物品知识图谱中实体对应,将用户作为新的实体添加至物品知识图谱中,并在知识图谱中添加连接用户和物品的关系,将用户与有交互记录的物品连接,得到协同知识图谱。
进一步地,所述步骤S2中邻居聚合表示eNe具体为:
其中,表示节点e的邻居et的权重,Ne表示节点e的直接相邻的邻居集合,et∈Ne,r表示节点e与其邻居et之间的关系;G表示协同知识图谱中的三元组集合,所述三元组包含两个实体及两个实体之间的关系,et表示邻居et的当前阶表示;
其中,exp表示指数函数,π(e,ri,ei)表示与节点e的关系为ri的邻居ei的重要性;
所述邻居重要性π(e,r,et)具体为:
π(e,r,et)=ie·r
其中,节点e为用户时,ie表示与节点e交互的物品零阶表示;节点e为物品时,ie表示与节点e交互的用户组中所有用户的零阶表示平均值;r表示关系r的向量表示。
进一步地,所述步骤S3包括以下分步骤:
S3.1、根据邻居聚合表示,更新节点e的高一阶表示e'为:
e'=Relu(W(e+eNe)+b)
其中,W表示第一学习参数,b表示第二学习参数,e表示节点e的当前阶表示;
S3.4、根据步骤S3.2-S3.3所述方法获取节点e的第H阶表示。
进一步地,所述步骤S4包括以下分步骤:
S4.1、根据节点e的第H阶表示获取用户节点ui和物品节点v的最高阶表示,并获取协同知识图谱中用户节点ui对物品节点v的偏好得分aSP(g,i,v)为:
aSP(g,i,v)=ui·v
其中,g表示用户节点ui所在用户组,i=1,2,...,I,I表示用户组g中用户的总数,v表示物品节点v的最高阶表示,ui表示用户节点ui的最高阶表示;
S4.2、利用注意力机制,获取用户组g内其他人对用户节点ui的重要度aPI(g,i)为:
其中,vc表示第三学习参数,Wc1表示第四学习参数,Wc2表示第五学习参数,S表示用户组g中其他用户的集合,CONCAT()表示向量拼接函数;u表示集合S中的用户的最高阶表示,b表示可训练的偏置向量;
S4.3、将偏好得分aSP(g,i,v)和重要度aPI(g,i)相加,得到用户节点ui在用户组g中的重要程度a(g,i,v)为:
a(g,i,v)=aSP(g,i,v)+aPI(g,i)
其中,a(g,j,v)表示用户节点uj在用户组g中的重要程度,j=1,2,...,I;
进一步地,所述步骤S5包括以下分步骤:
S5.1、根据用户组g对应的特征表示g的函数,并通过用户组g的正物品的第H阶表示vp和负物品的第H阶表示vn分别获取用户组g的特征表示gp和特征表示gn;
本发明的有益效果为:
(1)本发明采用知识图谱、推荐系统的用户及其物品构建协同知识图谱,解决了现有推荐系统存在数据稀疏性的问题。
(2)本发明在偏好得分计算部分,使用了注意力机制学习用户在组决定中的影响力,同时考虑了成员之间的相互影响,即符合现实,又提高了推荐物品的准确性。
(3)本发明给出正负物品之间的距离,要求正物品的预测分数大于负样本,促使正负物品存在更强的区分性,提高了推荐物品的准确性。
(4)本发明在为用户群组推荐物品时,能够避免数据稀疏的问题,并且能够准确的推荐用户感兴趣的物品。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于知识图谱的用户群组推荐系统框图。
图2为本发明提出的一种基于知识图谱的用户群组推荐方法流程图。
图3为本发明中用户群组推荐系统示意图。
图4为本发明的偏好聚合模块中注意力机制示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述,以便于本技术领域的技术人员理解本发明,但应该清楚,本发明不限于具体实施方式的范围,对本技术领域的普通技术人员来讲,只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内,这些变化是显而易见的,一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
下面结合附图详细说明本发明的实施例。
如图1所示,一种基于知识图谱的用户群组推荐系统,包括依次连接的信息传播模块、偏好聚合模块和优化模块;
所述信息传播模块用于构建协同知识图谱以及聚合协同知识图谱中某一节点的邻居节点和获取节点的高阶表示;所述偏好聚合模块用于根据节点的高阶表示获取用户群组的特征表示;所述优化模块用于优化可学习参数。
本发明的有益效果为:提供一种基于知识图谱的用户群组推荐系统。知识图谱帮助解决数据稀疏性问题并能帮助捕捉用户之间的联系。注意力机制可充分考虑聚合用户的偏好特征过程中物品和用户间的影响以得到群组的偏好特征,成对损失函数帮助获取更好的群组偏好特征并为用户群组推荐物品。
一种基于知识图谱的用户群组推荐方法,如图2所示,包括以下步骤:
S1、采集物品知识图谱,为用户群组推荐系统数据集中物品寻找对应实体以及为用户在物品知识图谱中新建一个实体,得到协同知识图谱;
S2、聚合协同知识图谱中节点e的邻居节点,得到邻居聚合表示;
S3、根据邻居聚合表示获取节点e的高阶表示,并以节点e的高阶表示为基础获取节点e的第H阶表示;
S4、根据节点e的第H阶表示和注意力机制获取用户群组特征表示;
S5、通过用户群组的特征表示计算正物品和负物品的预测分数,并通过正负物品的预测分数构建损失函数;
S6、使用Adam算法使损失函数最小,得到物品预测分数函数;
S7、根据步骤S1至S5的方法,使用物品预测分数函数获取推荐系统对应的物品预测分数,并将预测分数最大的N个物品推荐给用户群组。
在本实施例中,第H阶为最高阶。
在本实施例中,知识图谱可以从一些非结构化的知识库中构建,如百科网站等。随着应用的需要,出现了大量的知识图谱数据集,如Freebase、DBpedia、YAGO,这些数据集已经被构建并成功地真实世界的应用问题。这三个数据集都是使用维基百科构建的,DBpedia以构建本体的形式对知识条目进行组织。YAGO融合WordNet良好的概念层次结构和维基百科中的大量实体数据,WordNet是早期依靠人工构建的知识图谱。Freebase是基于维基百科,使用群体智能方法建立的包含6800万个实体的结构化数据的知识图谱。
所述步骤S1包括以下步骤:
S1.1、采集物品知识图谱,将用户群组推荐系统数据集中用户选择过的物品作为正物品,其他物品作为负物品;
S1.2、在物品知识图谱中搜寻用户群组推荐系统数据集中正负物品对应的实体,并将有多个对应实体和没有对应实体的物品删除;
S1.3、将保留的物品与物品知识图谱中实体对应,将用户作为新的实体添加至物品知识图谱中,并在知识图谱中添加连接用户和物品的关系,将用户与有交互记录的物品连接,得到协同知识图谱。
在本实施例中,将群组或者用户选择过的物品当作该群组或用户的正物品,而对于一些含有显示反馈的数据,如对电影或者餐馆的打分,选择打分在一定阈值以上的作为正物品。对于负样本,把除正物品外的其他物品当作负物品,也可以把曾经曝光给用户或群组但是没有被选择的物品当作负物品。
所述步骤S2中邻居聚合表示eNe具体为:
其中,表示节点e的邻居et的权重,Ne表示节点e的直接相邻的邻居集合,et∈Ne,r表示节点e与其邻居et之间的关系;G表示协同知识图谱中的三元组集合,所述三元组包含两个实体及两个实体之间的关系,et表示邻居et的当前阶表示;
其中,exp表示指数函数,π(e,ri,ei)表示与节点e的关系为ri的邻居ei的重要性;
所述邻居重要性π(e,r,et)具体为:
π(e,r,et)=ie·r
其中,节点e为用户时,ie表示与节点e交互的物品零阶表示;节点e为物品时,ie表示与节点e交互的用户组中所有用户的零阶表示平均值;r表示关系r的向量表示。
所述步骤S3包括以下分步骤:
S3.1、根据邻居聚合表示,更新节点e的高一阶表示e'为:
e'=Relu(W(e+eNe)+b)
其中,W表示第一学习参数,b表示第二学习参数,e表示节点e的当前阶表示;
S3.4、根据步骤S3.2-S3.3所述方法获取节点e的第H阶表示。
所述步骤S4包括以下分步骤:
S4.1、根据节点e的第H阶表示获取用户节点ui和物品节点v的最高阶表示,并获取协同知识图谱中用户节点ui对物品节点v的偏好得分aSP(g,i,v)为:
aSP(g,i,v)=ui·v
其中,g表示用户节点ui所在用户组,i=1,2,...,I,I表示用户组g中用户的总数,v表示物品节点v的最高阶表示,ui表示用户节点ui的最高阶表示;
S4.2、利用注意力机制,获取用户组g内其他人对用户节点ui的重要度aPI(g,i)为:
其中,vc表示第三学习参数,Wc1表示第四学习参数,Wc2表示第五学习参数,S表示用户组g中其他用户的集合,CONCAT()表示向量拼接函数;u表示集合S中的用户的最高阶表示,b表示可训练的偏置向量;
S4.3、将偏好得分aSP(g,i,v)和重要度aPI(g,i)相加,得到用户节点ui在用户组g中的重要程度a(g,i,v)为:
a(g,i,v)=aSP(g,i,v)+aPI(g,i)
其中,a(g,j,v)表示用户节点uj在用户组g中的重要程度,j=1,2,...,I;
所述步骤S5包括以下分步骤:
S5.1、根据用户组g对应的特征表示g的函数,并通过用户组g的正物品的第H阶表示vp和负物品的第H阶表示vn分别获取用户组g的特征表示gp和特征表示gn;
如图3所示,在本实施例中,u1-u4节点表示gi组的用户,v1,v2,vp,vn节点表示物品,其中vp是gi的正物品,vn是gi的负物品,e1-e3节点表示非用户或物品的实体。实线表示协同知识图谱中的边,虚线表示一条较长的路径。在构建协同知识图谱之后,通过图卷积神经网络在信息聚合模块中学习物品和用户的蕴含知识图谱信息的表示。然后,通过在协同知识图中实现图卷积神经网络,不仅可以获取协同知识图谱中更多的结构信息和语义信息,而且可以捕捉到不同用户之间隐含着潜的在兴趣方面的相似性。然后,利用充分考虑候选物品和的注意机制来学习每个成员在群组决策中的重要性,并在偏好聚集块中聚合成员的偏好特征,形成群组偏好特征。最后,利用一个新的成对损失函数,在优化块中驱使正物品的预测得分高于负物品的预测得分。
如图4所示,获取用户和物品的高阶表示后,将这些表示输入偏好聚合块,得到整个群组的特征表示。偏好聚合块中最重要的部分是学习用户在其群体中影响力的注意机制。注意机制主要由两部分组成,即考虑物品影响的注意力单元self persistence(SP)和考虑成员影响的注意力单元peer influence(PI)。以g组中的u1为例,u1-u4是g的成员,v是一个项。SP和PI是注意力机制的两个部分,我们通过这个注意力机制学习每个成员在组内的影响力。
本发明的有益效果为:
(1)本发明采用知识图谱、推荐系统的用户及其物品构建协同知识图谱,解决了现有推荐系统存在数据稀疏性的问题。
(2)本发明在偏好得分计算部分,使用了注意力机制学习用户在组决定中的影响力,同时考虑了成员之间的相互影响,即符合现实,又提高了推荐物品的准确性。
(3)本发明给出正负物品之间的距离,要求正物品的预测分数大于负样本,促使正负物品存在更强的区分性,提高了推荐物品的准确性。
(4)本发明在为用户群组推荐物品时,能够避免数据稀疏的问题,并且能够准确的推荐用户感兴趣的物品。
在本实施例中,使用现有技术与本发明提出的技术方案进行实验对比,实验结果如表1所示,其中实验基于现实世界数据集MovieLens-20M,随机组表示组内用户随机组成,没有特别关联;相似组表示组内用户在和物品的交互历史上有较高的相似度。
表1
实验结果如表1所示,与其他方法相比包括近两年表现出色的群组推荐方法混合子注意力网络和基于知识图谱的推荐方法知识图卷积网络,本发明在数据集两种分组的两个评估指标上始终表现出最佳的效果。本发明显著提高了群体推荐的表现。本发明优于所有三种基于知识图卷积网络的方法,包括知识图卷积网络结合最少痛苦方法、知识图卷积网络结合最大愉悦度方法和知识图卷积网络结合平均满意度方法。这验证了本发明的学习成员重要性的注意力机制和新提出的成对损失函数的重要性。此外,与混合子注意力网络相比,本发明证明了它有足够的能力从知识图中提取信息,从而更好地表示群组和物品,从而进行群组推荐。本发明的技术方案不但具有创新性,还有好的技术效果。
Claims (2)
1.一种基于知识图谱的用户群组推荐方法,所述基于知识图谱的用户群组推荐的系统包括依次连接的信息传播模块、偏好聚合模块和优化模块;
所述信息传播模块用于构建协同知识图谱以及聚合协同知识图谱中某一节点的邻居节点和获取节点的高阶表示;所述偏好聚合模块用于根据节点的高阶表示获取用户群组的特征表示;所述优化模块用于优化可学习参数;
其特征在于,所述基于知识图谱的用户群组推荐方法包括以下步骤:
S1、采集物品知识图谱,为用户群组推荐系统数据集中物品寻找对应实体以及为用户在物品知识图谱中新建一个实体,得到协同知识图谱;
S2、聚合协同知识图谱中节点e的邻居节点,得到邻居聚合表示;
S3、根据邻居聚合表示获取节点e的高阶表示,并以节点e的高阶表示为基础获取节点e的第H阶表示;
S4、根据节点e的第H阶表示和注意力机制获取用户群组特征表示;
S5、通过用户群组的特征表示计算正物品和负物品的预测分数,并通过正负物品的预测分数构建损失函数;
S6、使用Adam算法使损失函数最小,得到物品预测分数函数;
S7、根据步骤S1至S5的方法,使用物品预测分数函数获取推荐系统对应的物品预测分数,并将预测分数最大的N个物品推荐给用户群组;
所述步骤S1包括以下步骤:
S1.1、采集物品知识图谱,将用户群组推荐系统数据集中用户选择过的物品作为正物品,其他物品作为负物品;
S1.2、在物品知识图谱中搜寻用户群组推荐系统数据集中正负物品对应的实体,并将有多个对应实体和没有对应实体的物品删除;
S1.3、将保留的物品与物品知识图谱中实体对应,将用户作为新的实体添加至物品知识图谱中,并在知识图谱中添加连接用户和物品的关系,将用户与有交互记录的物品连接,得到协同知识图谱;
所述步骤S2中邻居聚合表示eNe具体为:
其中,表示节点e的邻居et的权重,Ne表示节点e的直接相邻的邻居集合,et∈Ne,r表示节点e与其邻居et之间的关系;G表示协同知识图谱中的三元组集合,所述三元组包含两个实体及两个实体之间的关系,et表示邻居et的当前阶表示;
其中,exp表示指数函数,π(e,ri,ei)表示与节点e的关系为ri的邻居ei的重要性;
所述邻居重要性π(e,r,et)具体为:
π(e,r,et)=ie·r
其中,节点e为用户时,ie表示与节点e交互的物品零阶表示;节点e为物品时,ie表示与节点e交互的用户组中所有用户的零阶表示平均值;r表示关系r的向量表示;
所述步骤S3包括以下分步骤:
S3.1、根据邻居聚合表示,更新节点e的高一阶表示e'为:
e'=Relu(W(e+eNe)+b)
其中,W表示第一学习参数,b表示第二学习参数,e表示节点e的当前阶表示;
S3.4、根据步骤S3.2-S3.3所述方法获取节点e的第H阶表示;
所述步骤S4包括以下分步骤:
S4.1、根据节点e的第H阶表示获取用户节点ui和物品节点v的最高阶表示,并获取协同知识图谱中用户节点ui对物品节点v的偏好得分aSP(g,i,v)为:
aSP(g,i,v)=ui·v
其中,g表示用户节点ui所在用户组,i=1,2,...,I,I表示用户组g中用户的总数,v表示物品节点v的最高阶表示,ui表示用户节点ui的最高阶表示;
S4.2、利用注意力机制,获取用户组g内其他人对用户节点ui的重要度aPI(g,i)为:
其中,vc表示第三学习参数,Wc1表示第四学习参数,Wc2表示第五学习参数,S表示用户组g中其他用户的集合,CONCAT()表示向量拼接函数;u表示集合S中的用户的最高阶表示,b表示可训练的偏置向量;
S4.3、将偏好得分aSP(g,i,v)和重要度aPI(g,i)相加,得到用户节点ui在用户组g中的重要程度a(g,i,v)为:
a(g,i,v)=aSP(g,i,v)+aPI(g,i)
其中,a(g,j,v)表示用户节点uj在用户组g中的重要程度,j=1,2,...,I;
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