推荐系统中的模型整理 (rank)

模型	简介	论文
DNN	多层神经网络	--
Logistic Regression	逻辑回归	--
FM	因子分解机	Factorization Machine(2010)
FFM	Field-Aware FM	Field-aware Factorization Machines for CTR Prediction(2016)
FNN	Factorisation-Machine Supported Neural Networks	Deep Learning over Multi-field Categorical Data(2016)
Deep Crossing	Deep Crossing	Deep Crossing: Web-Scale Modeling without Manually Crafted Combinatorial Features(2016)
PNN	Product Network	Product-based Neural Networks for User Response Prediction(2016)
wide&deep	Deep + wide(LR)	Wide & Deep Learning for Recommender Systems(2016)
DeepFM	DeepFM	DeepFM: A Factorization-Machine based Neural Network for CTR Prediction(2017)
DCN	Deep Cross Network	Deep & Cross Network for Ad Click Predictions(2017)
NFM	Neural Factorization Machines	Neural Factorization Machines for Sparse Predictive Analytics(2017)
AFM	Attentional Factorization Machines	Attentional Factorization Machines: Learning the Weight of Feature Interactions via Attention Networks(2017)
xDeepFM	xDeepFM	xDeepFM: Combining Explicit and Implicit Feature Interactions for Recommender Systems(2018)
DIN	Deep Interest Network	Deep Interest Network for Click-Through Rate Prediction(2018)
FGCNN	Feature Generation by CNN	Feature Generation by Convolutional Neural Network for Click-Through Rate Prediction(2019)
FIBINET	Combining Feature Importance and Bilinear feature Interaction	《FiBiNET: Combining Feature Importance and Bilinear feature Interaction for Click-Through Rate Prediction》(2019)

DeepFM

和Wide & Deep的模型类似，DeepFM模型同样由浅层模型和深层模型联合训练得到。不同点主要有以下两点：

1. wide模型部分由LR替换为FM。FM模型具有自动学习交叉特征的能力，避免了原始Wide & Deep模型中浅层部分人工特征工程的工作。
2. 共享原始输入特征。DeepFM模型的原始特征将作为FM和Deep模型部分的共同输入，保证模型特征的准确与一致。

文中通过大量实验证明，DeepFM模型的AUC和Logloss都优于目前的最好效果。效率上，DeepFM和目前最优的效果的深度模型相当。

主要做法：

1. FM Component + Deep Component。FM提取低阶组合特征，Deep提取高阶组合特征。但是和Wide&Deep不同的是，DeepFM是端到端的训练，不需要人工特征工程。
2. 共享feature embedding。FM和Deep共享输入和feature embedding不但使得训练更快，而且使得训练更加准确。相比之下，Wide&Deep中，input vector非常大，里面包含了大量的人工设计的pairwise组合特征，增加了他的计算复杂度。

为了同时利用low-order和high-order特征，DeepFM包含FM和DNN两部分，结果可表示为：

FM 部分

 

FM通过隐向量latent vector做内积来表示组合特征，从理论上解决了低阶和高阶组合特征提取的问题。但是实际应用中受限于计算复杂度，一般也就只考虑到2阶交叉特征。

后面又进行了改进，提出了FFM，增加了Field的概念。

FM部分的输出由两部分组成：一个 Addition Unit，多个 内积单元。

这里的d是输入one-hot之后的维度，我们一般称之为 `feature_size`。对应的是one-hot之前的特征维度，我们称之为 `field_size`。

Addition Unit 反映的是1阶的特征。内积单元反映的是2阶的组合特征对于预测结果的影响。

 

Deep Component

Deep Component架构图：

Deep Component是用来学习高阶组合特征的。网络里面黑色的线是全连接层，参数需要神经网络去学习。

由于CTR或推荐系统的数据one-hot之后特别稀疏，如果直接放入到DNN中，参数非常多，我们没有这么多的数据去训练这样一个网络。所以增加了一个Embedding层，用于降低纬度。

这里继续补充下Embedding层，两个特点：

1. 尽管输入的长度不同，但是映射后长度都是相同的.`embedding_size(k)`

2. embedding层的参数其实是全连接的Weights，是通过神经网络自己学习到的。

Embedding层的架构图：

embedding layer表示为： 

其中 ei 是第 i个 filed 的 embedding，m 是 filed 数量； a(0) 传递给deep part，前馈过程如下：

 

其中 l是层深度，最外层是激活函数， a b w分别是第l层的输出，权重和偏置。

然后得到dense real-value 特征矢量，最后被送到sigmoid函数做CTR预测： 

其中 |H| 是隐藏层层数 值得注意的是：FM模块和Deep模块是共享feature embedding的（也就是V）。

好处：

1. 模型可以从最原始的特征中，同时学习低阶和高阶组合特征 ；

2. 不再需要人工特征工程。Wide&Deep中低阶组合特征就是同过特征工程得到的。

DeepFM优势/优点：

1. 不需要预训练FM得到隐向量
2. 不需要人工特征工程
3. 能同时学习低阶和高阶的组合特征
4. FM模块和Deep模块共享Feature Embedding部分，可以更快更精确地训练

[ 参考 1 ]

[ 参考 2 ]