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MultiRec: A Multi-Relational Approach for Unique
Item
Recommendation in Auction Systems
論文紹介ゼミ
北海道大学 大学院情報科学研究院 情報理工学部門
複合情報工学分野 調和系工学研究室
博士後期課程1年 幡本昂平
2020年10月28日
1書誌情報
• Ahmed Rashed1, Shayan Jawed1, Lars Schmidt-Thieme1, Andre Hintsches2
• 1. Information Systems and Machine Learning Lab University of Hildesheim,
Germany
• 2. Volkswagen Financial Services AG, Germany
• RecSys '20: Fourteenth ACM Conference on Recommender Systems, Virtual Event,
Brazil, September 2020
• DOI: https://doi.org/10.1145/3383313.3412242
• スライドのビデオ
• https://vimeo.com/455953054
• ソースコード
• https://github.com/ahmedrashed-ml/MultiRec
2論文概要
オークションにおけるアイテム推薦についての研究
• オークションにおける推薦の需要は存在するが,従来アルゴリズムの適用は困難
• ユーザ-アイテム間の関係に加えて入札関係や落札価格などを組み込んだ
シンプルな推薦モデルMultiRecを提案
• 独自の現実のオークションデータセットおよびパブリックなeBayデータセット
で他のSOTAモデルを凌駕する性能を発揮
3イントロ:推薦システムとオークション
推薦システムを従来よく使われる適用分野以外にも利用したいという需要が高まっている
• 現在の主な適用分野
• オンライン市場・ソーシャルネットワーク・オンラインメディアサイト
• オークションシステムにおける推薦システムの需要の高まり
• 短期間に数百~数千の商品が掲示される
• 時間制約を考慮するとユーザに全アイテムを見る時間はなく,興味がある
かもしれない商品を見落としてしまう
• 欲しい人が時間内に見つけられないことで商品によってはbidが
ほとんどないものもある
パーソナライズされた推薦アイテムのリストを提供することで
顧客満足度やアイテム間のbid分布を改善できる可能性あり
4イントロ:オークションに推薦システムを適用する上でのハードル
現行の推薦モデルをオークションのドメインに適用するのは困難
• 各アイテムはユニークで一度しか購買されない
• 各ユーザの購買履歴もユニークになり,共通の購買商品が存在しない
• 商品の属性情報を用いず,類似の購買パターンマイニングに依存する
協調フィルタリングの適用は難しい
• ユーザ・アイテム属性を取り入れたハイブリッドモデルも存在するが,
高い精度を出せるのは過去の購買パターンの情報を活用したことによるもの
購買関係以外のオークションに特有な入札関係・入札価格を取り入れた
アイテム・ユーザ属性を利用するモデルを提案する
5問題定義
一般的な推薦タスクの定式化
ユーザ 𝑈: {𝑢1, 𝑢2, … , 𝑢 𝑁} ユーザ属性 𝐴 𝑢 ∈ ℝ 𝑁×𝐽
アイテム 𝐼: {𝑖1, 𝑖2, … , 𝑖 𝑀} アイテム属性 𝐴𝑖 ∈ ℝ 𝑁×𝑂
購買履歴行列
𝑅 𝑃(𝑢,𝑖)
=
1, 𝑢が𝑖を購買した場合
0, その他
𝑖1 𝑖2
𝑢1 1 0
𝑢2 0 0
𝑢3 0 0
購買履歴行列などを利用してユーザの選好をあらわす行列𝑅の空欄を推測する
従来タスクでは𝑅 𝑃一つで表現できる
• ECサイト:ユーザがアイテムを購買したかどうか
• オンラインメディア:ユーザがアイテムを消費したかどうか
6オークションドメインにおける推薦タスク
推薦タスクの従来の適用先と比べて異なる特徴を持っている
購買が2つのフェーズでおこなわれる
入札 最高額入札者が落札
ユーザとアイテムの関係も複数存在する→𝑅も複数
ユーザ-アイテム関係
• 入札をあらわす行列 𝑅 𝐵
• 購買をあらわす行列
• 購買したかどうか 𝑅 𝑃
• いくらで購入したか 𝑅 𝑆
オークションドメインにおける推薦タスク
𝑅 𝐵, 𝑅 𝑃, 𝑅 𝑆の履歴から𝑅 𝑃を予測してユーザにランク付けされたアイテムリストを
掲示する
ユーザのアイテムへの興味を示す
弱いシグナル
高額の落札であるほど興味の度合いが
強いことを意味する
7手法
提案手法MultiRecはFeature Extractionとスコアリング関数から構成される
MultiRecモデルの全体像
提案しているのはこの入出力構造であり,内部の関数は問題に応じて変える
8Feature Extraction
非線形関数によるユーザ情報とアイテム情報のembedding
アイテムの属性
ユーザIDのOHE
ユーザ属性
をconcat
全結合ネットワークを
使っている(層数とか
活性化関数は問題ごと
に決める)
embeddingをアイテムと
ユーザで別々に求めて
要素積を取る
9スコアリング関数
抽出したembeddingからスコアリング
アイテム・ユーザの
embeddingの要素積
非線形の全結合層
or
内積とかのノンパラ関数
10最適化
end-to-endで学習を行うようにする
各スコアとアイテム・ユーザ間の関係の履歴𝑅 𝑃, 𝑅 𝐵, 𝑅 𝑆の3つからロスを計算
購買・bidの有無に関してはクロスエントロピー
落札価格はMSE
観測された
アイテム・ユーザ関係
(𝑆については落札されたもの)
観測されなかった
アイテム・ユーザ関係(𝑃の場合は不落札)
訓練時,+と-のサンプルは同じ割合
ユーザも一様になるようにサンプル
11アルゴリズム全体
最終的には各ロスの重み付き線形和を最小化する
重みは固定ではなく
ハイパーパラメータ扱い
12実験
MultiRecのパフォーマンス評価と以下の3つのリサーチクエスチョンに回答するための実験を
実施
• RQ1: MultiRecはオークションドメインで他のSOTAの手法と比較して
どれだけの性能なのか?
• RQ2:入札関係などの補助的な情報を加えることによる影響は何か?
• RQ3: 関係性ごとに異なるロスの重みを用いることがMultiRecのパフォーマンス
に与える影響は何か?
13利用データセット
SOTAモデルとの比較に用いるデータセット
VFWS
• Volkswagen Financial Services used-cars-centerによって収集されたB2Bの
プロプライエタリデータセット
• 2015年~2019年
• 複数のブランド・ディーラーによる中古車の購買・入札履歴
• ブランド・ディーラーが中古車を落札して消費者にマージンを載せて
売る形態
eBay
• eBayによって収集されたパブリックデータ
• VWFSとデータ特徴は似ており,カルティエ腕時計・Palm Pilot M515 PDA
Xboxコントローラ・スワロフスキービーズについてのオークション情報
• https://www.kaggle.com/onlineauctions/online-auctions-dataset/data#auction.csv
メインターゲット
再現性への配慮や他データセットでの有効性をみるため
14評価方法
広く用いられているleave-one-out評価を採用
• 各ユーザに対し,最新の2つのアイテム-ユーザ関係をvalidation・testとして除外,
残りをtrainに
• 評価時にはテストアイテムを取引されていない99個のランダムサンプリングした
アイテムのなかでランク付けする
• VWFSでは時系列的なリーク防止のため,同月のオークションで取り扱われる
自動車からネガティブサンプルを構成する
• ランク付けされた商品リストを上からK個とってパフォーマンスを測定
• Hit-Ratio: 推薦リスト中のテストアイテムの数 / 全テストアイテムの数
• Normalized Discounted Cumulative Gain(NDCG)
• 各テストユーザに対して別々に計算し,平均値を取る
• 一連の操作を5回おこない平均の評価指標を報告
15Normalized Discounted Cumulative Gain
ランキングの評価指標
参考 Xiangnan He, Tao Chen, Min-Yen Kan, and Xiao Chen. 2015. TriRank: Review-aware Explainable
Recommendation by Modeling Aspects. In Proceedings of the 24th ACM International on Conference on
Information and Knowledge Management (CIKM '15). Association for Computing Machinery, New York,
NY, USA, 1661–1670. DOI:https://doi.org/10.1145/2806416.2806504
ランキングに応じてスコアを割り引いて,推薦されたアイテムのスコア和を
計算する
今回は購買商品が1つしかないのでスコア𝑟𝑖はある商品が1でほかは0
→
2 𝑟 𝑖
log2(𝑖+1)
を計算すればよい
• 𝑍 𝑘は正規化係数
プログラム中ではインデックスが0始まりなので1ずれる
16RQ1: SOTA推薦モデルとのパフォーマンス比較(VWFS)
評価などのユーザの興味が明示的にわかるデータがない状況であるimplicit feedbackの
SOTAモデルと比較する
モデル 概要
Random アイテムをランダムにランク付け
TopPopular 車の型式ごとの販売数でランク付け
(eBayデータセットでは適用しない)
DSSM[1] DLで求めたユーザとアイテムの隠れ
特徴量のコサイン類似度を最適化す
る
DeepFM[2] CTR予測でSOTAのモデル
AANeuMF matrix factorizationとDNNを組み合わ
せたNeuMF[3]というSOTAモデルを属
性を利用するように拡張したもの
Graph2R 著者らの以前の論文
GraphRec(RecSys’19)[4]の拡張
推薦システムに詳しくないので曖昧
[1] Po-Sen Huang, Xiaodong He, Jianfeng Gao, Li Deng, Alex Acero, and
Larry
Heck. 2013. Learning deep structured semantic models for web search
using
clickthrough data. In Proceedings of the 22nd ACM international
conference on
Information & Knowledge Management. 2333–2338.
[2] Huifeng Guo, Ruiming Tang, Yunming Ye, Zhenguo Li, and Xiuqiang He. 2017.
DeepFM: a factorization-machine based neural network for CTR prediction. arXiv
preprint arXiv:1703.04247 (2017).
[3] Xiangnan He, Lizi Liao, Hanwang Zhang, Liqiang Nie, Xia Hu, and
Tat-Seng
Chua. 2017. Neural collaborative filtering. In Proceedings of the 26th
international conference on world wide web. 173–182.
[4] Ahmed Rashed, Josif Grabocka, and Lars Schmidt-Thieme. 2019.
Attribute-aware non-linear co-embeddings of graph features. In
Proceedings of the 13th ACM Conference on Recommender Systems.
314–321.
17RQ1: SOTA推薦モデルとのパフォーマンス比較(VWFS)
MultiRecでは予測性能が大幅アップ
18RQ1: SOTA推薦モデルとのパフォーマンス比較(eBay)
eBayのデータセットはユーザ・アイテム間のbidding関係が埋まっている割合がVWFSより
も高い(履歴の密度が高いことを意味する)ため,大きい改善がみられる
いずれにも言えることだが,Bidding関係を入れたときの効果が大きい
→ 落札や落札価格と比較してより潜在的な関係性を表現
19RQ2:入札関係などの補助的な情報を加えることによる影響
訓練時に落札関係の数が異なるユーザを用いたときのHR@20とNDCG@20を比較
(VWFSデータセット)
• NDCGについては補助的な関係性の情報をいれることですべてのユーザ
に対しわずかに性能向上
• 購買回数が最小の場合と多い場合に向上度合いが大きい
• HitRatioも類似した傾向
20RQ3: 重み変更による影響
購買に関する重み𝛼 𝑃を1に固定して他の重みを変化させたときの感度分析
重みの適切な設定が重要だとわかる
21最良のハイパーパラメータ
グリッドサーチで求めたもの.MultiRecの内部構造はデータセットによって結構異なる
22まとめ
• シンプルな非線形のマルチリレーショナルな推薦システムモデルである
MultiRecを提案
• オークションドメインで取得可能な入札や落札価格などの情報を活用
• 実験結果から属性を利用するその他のSOTAモデルに対してオークション
におけるアイテム推薦ではかなり性能向上することがわかる
• ユーザの購買履歴の数によらず良い影響
• 今後は時間要素や外部ドメイン知識を取り込みセッションベースの予測
ができるように拡張したい
• ユーザ-アイテム間の他の関係を利用することでモデル性能の向上も図る

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