 Zobacz na TensorFlow.org |  Uruchom w Google Colab |  Wyświetl źródło na GitHub |  Pobierz notatnik |
W podstawowym samouczek pobierania zbudowaliśmy system pobierania przy użyciu zegarki filmowe jako pozytywnych sygnałów interakcji.
Jednak w wielu aplikacjach istnieje wiele bogatych źródeł informacji zwrotnych, z których można korzystać. Na przykład witryna e-commerce może rejestrować wizyty użytkowników na stronach produktów (obfite, ale stosunkowo niski sygnał), kliknięcia obrazów, dodanie do koszyka i wreszcie zakupy. Może nawet rejestrować sygnały po zakupie, takie jak recenzje i zwroty.
Integracja wszystkich tych różnych form informacji zwrotnych ma kluczowe znaczenie dla budowania systemów, z których użytkownicy lubią korzystać i które nie są optymalizowane pod kątem żadnego pojedynczego wskaźnika kosztem ogólnej wydajności.
Ponadto budowanie wspólnego modelu dla wielu zadań może dać lepsze wyniki niż budowanie wielu modeli specyficznych dla zadania. Dotyczy to szczególnie sytuacji, gdy niektóre dane są obfite (na przykład kliknięcia), a niektóre są skąpe (zakupy, zwroty, ręczne przeglądy). W tych scenariuszach, wspólny model może być w stanie wykorzystać reprezentacje wyciągnięte z obfitym zadanie poprawić swoje prognozy na rzadką zadania poprzez zjawisko znane jako nauki transferowego . Na przykład, ten papier pokazuje, że model przewidywania jednoznacznych ocen użytkowników z nielicznych badań użytkowników można znacznie poprawić poprzez dodanie dodatkowego zadania, które wykorzystuje bogate dane kliknij przycisk Zaloguj.
W tym samouczku zbudujemy multi-obiektywną rekomendację dla Movielens, używając zarówno sygnałów niejawnych (zegarki filmowe), jak i jawnych (oceny).
Import
Najpierw usuńmy nasz import.
pip install -q tensorflow-recommenderspip install -q --upgrade tensorflow-datasets
import os
import pprint
import tempfile
from typing import Dict, Text
import numpy as np
import tensorflow as tf
import tensorflow_datasets as tfds
import tensorflow_recommenders as tfrs
Przygotowanie zbioru danych
Użyjemy zestawu danych Movielens 100K.
ratings = tfds.load('movielens/100k-ratings', split="train")
movies = tfds.load('movielens/100k-movies', split="train")
# Select the basic features.
ratings = ratings.map(lambda x: {
"movie_title": x["movie_title"],
"user_id": x["user_id"],
"user_rating": x["user_rating"],
})
movies = movies.map(lambda x: x["movie_title"])
I powtórz nasze przygotowania do budowania słowników i dzielenia danych na pociąg i zestaw testowy:
# Randomly shuffle data and split between train and test.
tf.random.set_seed(42)
shuffled = ratings.shuffle(100_000, seed=42, reshuffle_each_iteration=False)
train = shuffled.take(80_000)
test = shuffled.skip(80_000).take(20_000)
movie_titles = movies.batch(1_000)
user_ids = ratings.batch(1_000_000).map(lambda x: x["user_id"])
unique_movie_titles = np.unique(np.concatenate(list(movie_titles)))
unique_user_ids = np.unique(np.concatenate(list(user_ids)))
Model wielozadaniowy
Istnieją dwie kluczowe części rekomendacji wielozadaniowych:
- Optymalizują się pod kątem dwóch lub więcej celów, a więc mają dwie lub więcej strat.
- Dzielą zmienne między zadaniami, co pozwala na transfer uczenia się.
W tym samouczku zdefiniujemy nasze modele jak poprzednio, ale zamiast jednego zadania, będziemy mieli dwa zadania: jedno, które przewiduje oceny i drugie, które przewiduje oglądanie filmów.
Modele użytkownika i filmu są takie same jak poprzednio:
user_model = tf.keras.Sequential([
tf.keras.layers.StringLookup(
vocabulary=unique_user_ids, mask_token=None),
# We add 1 to account for the unknown token.
tf.keras.layers.Embedding(len(unique_user_ids) + 1, embedding_dimension)
])
movie_model = tf.keras.Sequential([
tf.keras.layers.StringLookup(
vocabulary=unique_movie_titles, mask_token=None),
tf.keras.layers.Embedding(len(unique_movie_titles) + 1, embedding_dimension)
])
Jednak teraz będziemy mieli dwa zadania. Pierwsze to zadanie oceny:
tfrs.tasks.Ranking(
loss=tf.keras.losses.MeanSquaredError(),
metrics=[tf.keras.metrics.RootMeanSquaredError()],
)
Jego celem jest jak najdokładniejsze przewidywanie ocen.
Drugie to zadanie odzyskiwania:
tfrs.tasks.Retrieval(
metrics=tfrs.metrics.FactorizedTopK(
candidates=movies.batch(128)
)
)
Tak jak poprzednio, celem tego zadania jest przewidzenie, które filmy użytkownik będzie oglądać, a które nie.
Składam to razem
Złożyliśmy to wszystko razem w klasie modelowej.
Nowością jest to, że – skoro mamy dwa zadania i dwie przegrane – musimy zdecydować, jak ważna jest każda przegrana. Możemy to zrobić, nadając każdej ze strat wagę i traktując te wagi jako hiperparametry. Jeśli przypiszemy dużą wagę straty do zadania ratingowego, nasz model skoncentruje się na przewidywaniu ratingów (ale nadal wykorzystuje niektóre informacje z zadania wyszukiwania); jeśli przypiszemy dużą wagę straty do zadania pobierania, zamiast tego skupimy się na odzyskiwaniu.
class MovielensModel(tfrs.models.Model):
def __init__(self, rating_weight: float, retrieval_weight: float) -> None:
# We take the loss weights in the constructor: this allows us to instantiate
# several model objects with different loss weights.
super().__init__()
embedding_dimension = 32
# User and movie models.
self.movie_model: tf.keras.layers.Layer = tf.keras.Sequential([
tf.keras.layers.StringLookup(
vocabulary=unique_movie_titles, mask_token=None),
tf.keras.layers.Embedding(len(unique_movie_titles) + 1, embedding_dimension)
])
self.user_model: tf.keras.layers.Layer = tf.keras.Sequential([
tf.keras.layers.StringLookup(
vocabulary=unique_user_ids, mask_token=None),
tf.keras.layers.Embedding(len(unique_user_ids) + 1, embedding_dimension)
])
# A small model to take in user and movie embeddings and predict ratings.
# We can make this as complicated as we want as long as we output a scalar
# as our prediction.
self.rating_model = tf.keras.Sequential([
tf.keras.layers.Dense(256, activation="relu"),
tf.keras.layers.Dense(128, activation="relu"),
tf.keras.layers.Dense(1),
])
# The tasks.
self.rating_task: tf.keras.layers.Layer = tfrs.tasks.Ranking(
loss=tf.keras.losses.MeanSquaredError(),
metrics=[tf.keras.metrics.RootMeanSquaredError()],
)
self.retrieval_task: tf.keras.layers.Layer = tfrs.tasks.Retrieval(
metrics=tfrs.metrics.FactorizedTopK(
candidates=movies.batch(128).map(self.movie_model)
)
)
# The loss weights.
self.rating_weight = rating_weight
self.retrieval_weight = retrieval_weight
def call(self, features: Dict[Text, tf.Tensor]) -> tf.Tensor:
# We pick out the user features and pass them into the user model.
user_embeddings = self.user_model(features["user_id"])
# And pick out the movie features and pass them into the movie model.
movie_embeddings = self.movie_model(features["movie_title"])
return (
user_embeddings,
movie_embeddings,
# We apply the multi-layered rating model to a concatentation of
# user and movie embeddings.
self.rating_model(
tf.concat([user_embeddings, movie_embeddings], axis=1)
),
)
def compute_loss(self, features: Dict[Text, tf.Tensor], training=False) -> tf.Tensor:
ratings = features.pop("user_rating")
user_embeddings, movie_embeddings, rating_predictions = self(features)
# We compute the loss for each task.
rating_loss = self.rating_task(
labels=ratings,
predictions=rating_predictions,
)
retrieval_loss = self.retrieval_task(user_embeddings, movie_embeddings)
# And combine them using the loss weights.
return (self.rating_weight * rating_loss
+ self.retrieval_weight * retrieval_loss)
Model wyspecjalizowany w ocenie
W zależności od nadanych przez nas wag, model zakoduje inny bilans zadań. Zacznijmy od modelu, który uwzględnia tylko oceny.
model = MovielensModel(rating_weight=1.0, retrieval_weight=0.0)
model.compile(optimizer=tf.keras.optimizers.Adagrad(0.1))
cached_train = train.shuffle(100_000).batch(8192).cache()
cached_test = test.batch(4096).cache()
model.fit(cached_train, epochs=3)
metrics = model.evaluate(cached_test, return_dict=True)
print(f"Retrieval top-100 accuracy: {metrics['factorized_top_k/top_100_categorical_accuracy']:.3f}.")
print(f"Ranking RMSE: {metrics['root_mean_squared_error']:.3f}.")
Epoch 1/3 10/10 [==============================] - 7s 331ms/step - root_mean_squared_error: 2.0903 - factorized_top_k/top_1_categorical_accuracy: 2.7500e-04 - factorized_top_k/top_5_categorical_accuracy: 0.0024 - factorized_top_k/top_10_categorical_accuracy: 0.0054 - factorized_top_k/top_50_categorical_accuracy: 0.0294 - factorized_top_k/top_100_categorical_accuracy: 0.0589 - loss: 4.0315 - regularization_loss: 0.0000e+00 - total_loss: 4.0315 Epoch 2/3 10/10 [==============================] - 3s 321ms/step - root_mean_squared_error: 1.1531 - factorized_top_k/top_1_categorical_accuracy: 1.8750e-04 - factorized_top_k/top_5_categorical_accuracy: 0.0024 - factorized_top_k/top_10_categorical_accuracy: 0.0054 - factorized_top_k/top_50_categorical_accuracy: 0.0297 - factorized_top_k/top_100_categorical_accuracy: 0.0591 - loss: 1.3189 - regularization_loss: 0.0000e+00 - total_loss: 1.3189 Epoch 3/3 10/10 [==============================] - 3s 316ms/step - root_mean_squared_error: 1.1198 - factorized_top_k/top_1_categorical_accuracy: 1.6250e-04 - factorized_top_k/top_5_categorical_accuracy: 0.0025 - factorized_top_k/top_10_categorical_accuracy: 0.0055 - factorized_top_k/top_50_categorical_accuracy: 0.0300 - factorized_top_k/top_100_categorical_accuracy: 0.0597 - loss: 1.2479 - regularization_loss: 0.0000e+00 - total_loss: 1.2479 5/5 [==============================] - 3s 194ms/step - root_mean_squared_error: 1.1130 - factorized_top_k/top_1_categorical_accuracy: 4.5000e-04 - factorized_top_k/top_5_categorical_accuracy: 0.0028 - factorized_top_k/top_10_categorical_accuracy: 0.0052 - factorized_top_k/top_50_categorical_accuracy: 0.0295 - factorized_top_k/top_100_categorical_accuracy: 0.0597 - loss: 1.2336 - regularization_loss: 0.0000e+00 - total_loss: 1.2336 Retrieval top-100 accuracy: 0.060. Ranking RMSE: 1.113.
Model dobrze radzi sobie z przewidywaniem ocen (przy RMSE około 1,11), ale słabo radzi sobie z przewidywaniem, które filmy będą oglądane, a które nie: jego dokładność na poziomie 100 jest prawie 4 razy gorsza niż w przypadku modelu wyszkolonego wyłącznie do przewidywania zegarków.
Model wyspecjalizowany w wyszukiwaniu
Wypróbujmy teraz model, który skupia się tylko na wyszukiwaniu.
model = MovielensModel(rating_weight=0.0, retrieval_weight=1.0)
model.compile(optimizer=tf.keras.optimizers.Adagrad(0.1))
model.fit(cached_train, epochs=3)
metrics = model.evaluate(cached_test, return_dict=True)
print(f"Retrieval top-100 accuracy: {metrics['factorized_top_k/top_100_categorical_accuracy']:.3f}.")
print(f"Ranking RMSE: {metrics['root_mean_squared_error']:.3f}.")
Epoch 1/3 10/10 [==============================] - 4s 313ms/step - root_mean_squared_error: 3.7238 - factorized_top_k/top_1_categorical_accuracy: 7.5000e-05 - factorized_top_k/top_5_categorical_accuracy: 0.0014 - factorized_top_k/top_10_categorical_accuracy: 0.0041 - factorized_top_k/top_50_categorical_accuracy: 0.0473 - factorized_top_k/top_100_categorical_accuracy: 0.1135 - loss: 69818.0298 - regularization_loss: 0.0000e+00 - total_loss: 69818.0298 Epoch 2/3 10/10 [==============================] - 3s 326ms/step - root_mean_squared_error: 3.7495 - factorized_top_k/top_1_categorical_accuracy: 0.0011 - factorized_top_k/top_5_categorical_accuracy: 0.0116 - factorized_top_k/top_10_categorical_accuracy: 0.0268 - factorized_top_k/top_50_categorical_accuracy: 0.1425 - factorized_top_k/top_100_categorical_accuracy: 0.2658 - loss: 67473.2884 - regularization_loss: 0.0000e+00 - total_loss: 67473.2884 Epoch 3/3 10/10 [==============================] - 3s 314ms/step - root_mean_squared_error: 3.7648 - factorized_top_k/top_1_categorical_accuracy: 0.0014 - factorized_top_k/top_5_categorical_accuracy: 0.0180 - factorized_top_k/top_10_categorical_accuracy: 0.0388 - factorized_top_k/top_50_categorical_accuracy: 0.1773 - factorized_top_k/top_100_categorical_accuracy: 0.3050 - loss: 66329.2543 - regularization_loss: 0.0000e+00 - total_loss: 66329.2543 5/5 [==============================] - 1s 193ms/step - root_mean_squared_error: 3.7730 - factorized_top_k/top_1_categorical_accuracy: 0.0012 - factorized_top_k/top_5_categorical_accuracy: 0.0097 - factorized_top_k/top_10_categorical_accuracy: 0.0218 - factorized_top_k/top_50_categorical_accuracy: 0.1253 - factorized_top_k/top_100_categorical_accuracy: 0.2352 - loss: 31085.0697 - regularization_loss: 0.0000e+00 - total_loss: 31085.0697 Retrieval top-100 accuracy: 0.235. Ranking RMSE: 3.773.
Otrzymujemy odwrotny wynik: model, który dobrze radzi sobie z wyszukiwaniem, ale słabo z przewidywaniem ocen.
Wspólny model
Wytrenujmy teraz model, który przypisuje dodatnie wagi do obu zadań.
model = MovielensModel(rating_weight=1.0, retrieval_weight=1.0)
model.compile(optimizer=tf.keras.optimizers.Adagrad(0.1))
model.fit(cached_train, epochs=3)
metrics = model.evaluate(cached_test, return_dict=True)
print(f"Retrieval top-100 accuracy: {metrics['factorized_top_k/top_100_categorical_accuracy']:.3f}.")
print(f"Ranking RMSE: {metrics['root_mean_squared_error']:.3f}.")
Epoch 1/3 10/10 [==============================] - 4s 299ms/step - root_mean_squared_error: 2.5007 - factorized_top_k/top_1_categorical_accuracy: 3.7500e-05 - factorized_top_k/top_5_categorical_accuracy: 0.0014 - factorized_top_k/top_10_categorical_accuracy: 0.0043 - factorized_top_k/top_50_categorical_accuracy: 0.0450 - factorized_top_k/top_100_categorical_accuracy: 0.1102 - loss: 69811.8274 - regularization_loss: 0.0000e+00 - total_loss: 69811.8274 Epoch 2/3 10/10 [==============================] - 3s 312ms/step - root_mean_squared_error: 1.2097 - factorized_top_k/top_1_categorical_accuracy: 9.8750e-04 - factorized_top_k/top_5_categorical_accuracy: 0.0110 - factorized_top_k/top_10_categorical_accuracy: 0.0255 - factorized_top_k/top_50_categorical_accuracy: 0.1385 - factorized_top_k/top_100_categorical_accuracy: 0.2605 - loss: 67481.2713 - regularization_loss: 0.0000e+00 - total_loss: 67481.2713 Epoch 3/3 10/10 [==============================] - 3s 305ms/step - root_mean_squared_error: 1.1200 - factorized_top_k/top_1_categorical_accuracy: 0.0011 - factorized_top_k/top_5_categorical_accuracy: 0.0175 - factorized_top_k/top_10_categorical_accuracy: 0.0380 - factorized_top_k/top_50_categorical_accuracy: 0.1758 - factorized_top_k/top_100_categorical_accuracy: 0.3040 - loss: 66297.9318 - regularization_loss: 0.0000e+00 - total_loss: 66297.9318 5/5 [==============================] - 1s 187ms/step - root_mean_squared_error: 1.1312 - factorized_top_k/top_1_categorical_accuracy: 9.5000e-04 - factorized_top_k/top_5_categorical_accuracy: 0.0083 - factorized_top_k/top_10_categorical_accuracy: 0.0220 - factorized_top_k/top_50_categorical_accuracy: 0.1248 - factorized_top_k/top_100_categorical_accuracy: 0.2347 - loss: 31062.8206 - regularization_loss: 0.0000e+00 - total_loss: 31062.8206 Retrieval top-100 accuracy: 0.235. Ranking RMSE: 1.131.
Rezultatem jest model, który radzi sobie z grubsza tak samo dobrze w obu zadaniach, jak każdy model specjalistyczny.
Dokonywanie prognoz
Możemy użyć wytrenowanego modelu wielozadaniowego, aby uzyskać wytrenowane osadzania użytkowników i filmów, a także przewidywaną ocenę:
trained_movie_embeddings, trained_user_embeddings, predicted_rating = model({
"user_id": np.array(["42"]),
"movie_title": np.array(["Dances with Wolves (1990)"])
})
print("Predicted rating:")
print(predicted_rating)
Predicted rating: tf.Tensor([[3.4021819]], shape=(1, 1), dtype=float32)
Chociaż wyniki tutaj nie pokazują wyraźnej korzyści w zakresie dokładności ze wspólnego modelu w tym przypadku, uczenie się wielozadaniowe jest ogólnie niezwykle użytecznym narzędziem. Możemy spodziewać się lepszych wyników, gdy możemy przenieść wiedzę z zadania z dużą ilością danych (takich jak kliknięcia) do ściśle powiązanego zadania z rzadkimi danymi (takiego jak zakupy).