zoukankan      html  css  js  c++  java
  • 07_LFM--梯度下降法--实现基于模型的协同过滤

    LFM--梯度下降法--实现基于模型的协同过滤0.引入依赖1.数据准备2.算法的实现3.测试


    LFM--梯度下降法--实现基于模型的协同过滤

    0.引入依赖

    import numpy as np # 数值计算、矩阵运算、向量运算
    import pandas as pd # 数值分析、科学计算

    1.数据准备

    # 定义评分矩阵 R
    R = np.array([[40201],
                  [02300],
                  [10240],
                  [50031],
                  [00151],
                  [03241],
                 ])
    # R.shape # (6, 5)
    # R.shape[0] # 6
    # R.shape[1] # 5
    # len(R) # 6
    # len(R[0]) # 5

    2.算法的实现

    """
    @输入参数:
    R:M*N 的评分矩阵
    K:隐特征向量维度
    max_iter: 最大迭代次数
    alpha:步长
    lamda:正则化系数

    @输出:
    分解之后的 P,Q
    P:初始化用户特征矩阵 M*K
    Q:初始化物品特征矩阵 N*K,Q 的转置是 K*N
    """


    # 给定超参数
    K = 5
    max_iter = 5000
    alpha = 0.0002
    lamda = 0.004

    # 核心算法
    def LMF_grad_desc(R, K=2, max_iter=1000, alpha=0.0001, lamda=0.002):
        # 定义基本维度参数
        M = len(R)
        N = len(R[0])

        # P、Q 的初始值随机生成
        P = np.random.rand(M, K)
        Q = np.random.rand(N, K)
        Q = Q.T

        # 开始迭代
        for steps in range(max_iter):
            # 对所有的用户 u,物品 i 做遍历,然后对对应的特征向量 Pu、Qi 做梯度下降
            for u in range(M):
                for i in range(N):
                    # 对于每一个大于 0 的评分,求出预测评分误差 e_ui
                    if R[u][i] > 0:
                        e_ui = np.dot(P[u,:], Q[:,i]) - R[u][i]
                        # 代入公式,按照梯度下降算法更新当前的 Pu、Qi
                        for k in range(K):
                            P[u][k] = P[u][k] - alpha * (2 * e_ui * Q[k][i] + 2 * lamda * P[u][k])
                            Q[k][i] = Q[k][i] - alpha * (2 * e_ui * P[u][k] + 2 * lamda * Q[k][i])

            # u,i 遍历完成,所有的特征向量更新完成,可以得到 P、Q,可以计算预测评分矩阵
            predR = np.dot(P, Q)

            # 计算当前损失函数(所有的预测误差平方后求和)
            cost = 0
            for u in range(M):
                for i in range(N):
                    # 对于每一个大于 0 的评分,求出预测评分误差后,将所有的预测误差平方后求和
                    if R[u][i] > 0:
                        cost += (np.dot(P[u,:], Q[:,i]) - R[u][i]) ** 2
                        # 加上正则化项
                        for k in range(K):
                            cost += lamda * (P[u][k] ** 2 + Q[k][i] ** 2)
            if cost < 0.0001:
                # 当前损失函数小于给定的值,退出迭代
                break

        return P, Q.T, cost

    3.测试

    P, Q, cost = LMF_grad_desc(R, K, max_iter, alpha, lamda)

    print(P)
    print(Q)
    print(cost)

    predR = P.dot(Q.T)

    print(R)
    predR

    当 K = 2 时,输出结果如下:

    [[1.44372596 1.29573962]
     [1.82185633 0.0158696 ]
     [1.5331521  0.16327061]
     [0.31364667 1.9008297 ]
     [1.03622742 2.03603634]
     [1.34107967 0.93406796]]
    [[ 0.4501051   2.55477489]
     [ 1.18869845  1.20910294]
     [ 1.54255106 -0.23514326]
     [ 2.33556583  1.21026575]
     [ 0.43753164  0.34555928]]
    1.0432768290554293
    [[4 0 2 0 1]
     [0 2 3 0 0]
     [1 0 2 4 0]
     [5 0 0 3 1]
     [0 0 1 5 1]
     [0 3 2 4 1]]

    array([[3.960151473.2828374 , 1.922336574.9401063 , 1.07943065],
           [0.860570082.184825782.806574784.274271810.80260368],
           [1.107199242.0198665 , 2.326573413.778378480.72722223],
           [4.997365962.6711301 , 0.036848713.033051530.79407969],
           [5.668025763.693539461.119673484.8843224 , 1.15695354],
           [2.989960172.723523651.849044084.2626503 , 0.90954065]])

    当 K = 5 时,输出结果如下:

    [[ 0.77991893  0.95803701  0.75945903  0.74581653  0.58070622]
     [ 1.51777367  0.66949331  0.89818609  0.23566984  0.56583223]
     [ 0.03567022  0.58391558  1.42477223  0.87262652 -0.52553017]
     [ 1.24101793  0.86257736  0.73772417  0.18181617  0.97014545]
     [ 0.58789616  0.53522492  0.48830352  1.80622908  0.81202167]
     [ 1.08640318  0.87660384  0.68935314  0.84506882  0.92284071]]
    [[ 1.64469428  1.10535565  0.56686066  0.38656745  1.56519511]
     [ 0.61680687  0.57188343  0.49729111  0.9623455   0.43969708]
     [ 0.99260822  0.6007452   1.14768173 -0.16998497 -0.14094479]
     [ 0.47070988  0.85347655  1.43546859  1.8185161   0.29759968]
     [ 0.07923314  0.49412497  0.53285806  0.23753882 -0.05146021]]
    0.7478305665280703
    [[4 0 2 0 1]
     [0 2 3 0 0]
     [1 0 2 4 0]
     [5 0 0 3 1]
     [0 0 1 5 1]
     [0 3 2 4 1]]

    array([[3.9694342 , 2.379685072.012682213.8040546 , 1.08714641],
           [4.722188382.2412959 , 2.819769843.172106720.95653992],
           [1.026520071.673153961.947113433.990852121.28488146],
           [5.0014878 , 2.227165852.429063392.998679430.91091753],
           [3.804525123.006793631.044019374.960788870.95850804],
           [4.917629162.733243892.1224277 , 4.060494681.03980543]])
  • 相关阅读:
    使用fiddler2抓取手机发出的请求信息
    HTML转义字符集合
    spm3安装和使用
    JSP
    Servlet
    Struts2
    java多线程-消费者和生产者模式
    java异常处理机制(try-catch-finally)
    java内部类
    java上转型和下转型(对象的多态性)
  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/chenmingjun/p/10884550.html
Copyright © 2011-2022 走看看