推荐算法——基于矩阵分解的推荐算法

felixzhao

发布于 2018-03-20 07:24:27

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一、推荐算法概述

对于推荐系统(Recommend System, RS)，从广义上的理解为：为用户(User)推荐相关的商品(Items)。常用的推荐算法主要有：

基于内容的推荐(Content-Based Recommendation)
协同过滤的推荐(Collaborative Filtering Recommendation)
基于关联规则的推荐(Association Rule-Based Recommendation)
基于效用的推荐(Utility-Based Recommendation)
基于知识的推荐(Knowledge-Based Recommendation)
组合推荐(Hybrid Recommendation)

在推荐系统中，最重要的数据是用户对商品的打分数据，数据形式如下所示：

二、基于矩阵分解的推荐算法

2.1、矩阵分解的一般形式

2.2、利用矩阵分解进行预测

2.2.1、损失函数

2.2.2、损失函数的求解

2.2.3、加入正则项的损失函数即求解方法

2.2.4、预测

2.3、程序实现

对于上述的评分矩阵，通过矩阵分解的方法对其未打分项进行预测，最终的结果为：

程序代码如下：

#!/bin/python
'''
Date:20160411
@author: zhaozhiyong
'''
from numpy import *

def load_data(path):
    f = open(path)
    data = []
    for line in f.readlines():
        arr = []
        lines = line.strip().split("\t")
        for x in lines:
            if x != "-":
                arr.append(float(x))
            else:
                arr.append(float(0))
        #print arr
        data.append(arr)
    #print data
    return data

def gradAscent(data, K):
    dataMat = mat(data)
    print dataMat
    m, n = shape(dataMat)
    p = mat(random.random((m, K)))
    q = mat(random.random((K, n)))

    alpha = 0.0002
    beta = 0.02
    maxCycles = 10000

    for step in xrange(maxCycles):
        for i in xrange(m):
            for j in xrange(n):
                if dataMat[i,j] > 0:
                    #print dataMat[i,j]
                    error = dataMat[i,j]
                    for k in xrange(K):
                        error = error - p[i,k]*q[k,j]
                    for k in xrange(K):
                        p[i,k] = p[i,k] + alpha * (2 * error * q[k,j] - beta * p[i,k])
                        q[k,j] = q[k,j] + alpha * (2 * error * p[i,k] - beta * q[k,j])

        loss = 0.0
        for i in xrange(m):
            for j in xrange(n):
                if dataMat[i,j] > 0:
                    error = 0.0
                    for k in xrange(K):
                        error = error + p[i,k]*q[k,j]
                    loss = (dataMat[i,j] - error) * (dataMat[i,j] - error)
                    for k in xrange(K):
                        loss = loss + beta * (p[i,k] * p[i,k] + q[k,j] * q[k,j]) / 2

        if loss < 0.001:
            break
        #print step
        if step % 1000 == 0:
            print loss

    return p, q


if __name__ == "__main__":
    dataMatrix = load_data("./data")

    p, q = gradAscent(dataMatrix, 5)
    '''
    p = mat(ones((4,10)))
    print p
    q = mat(ones((10,5)))
    '''
    result = p * q
    #print p
    #print q

    print result

其中，利用梯度下降法进行矩阵分解的过程中的收敛曲线如下所示：

'''
Date:20160411
@author: zhaozhiyong
'''

from pylab import *
from numpy import *

data = []

f = open("result")
for line in f.readlines():
    lines = line.strip()
    data.append(lines)

n = len(data)
x = range(n)
plot(x, data, color='r',linewidth=3)
plt.title('Convergence curve')
plt.xlabel('generation')
plt.ylabel('loss')
show()