优化电商包装的机器学习模型解析

优化电商包装的机器学习模型解析

某中心拥有多种产品运输包装方式：袋子、填充邮包、T型折叠盒（经典书籍包装盒）、纸箱等。为特定产品选择最佳包装需要在运输成本（更精细的包装成本更高）与产品损坏退货成本之间取得平衡。

在今年欧洲机器学习会议上，我们提出了一种确定产品最佳包装方式的新模型。该模型已应用于数十万个某中心包裹，在降低24%运输损坏率的同时，实际减少了5%的运输成本。

技术挑战与解决方案

数据稀缺与有序性约束

该问题具有两个使标准机器学习方法不实用的结构特征：

• 缺乏真实标注数据：大多数产品仅使用一两种包装类型，且损坏情况罕见
• 需要保持包装类型的有序性：模型应预测较廉价（保护性较弱）包装的损坏概率较高，较昂贵（保护性较强）包装的损坏概率较低

线性模型与数据增强

我们采用简单的线性模型，通过对模型参数精心设计约束来施加有序性。该模型对代表产品特征的向量执行算术运算，为每个产品和包装类型组合生成损坏概率评分。产品特征包括：

• 产品标题、类别、子类别
• 尺寸、重量
• 包装体积与产品体积差异
• 产品是否易碎、液态或涉及危险材料

为加强有序性，我们使用数据增强技术：

• 对每个导致损坏的产品-包装对示例，添加同一产品与每个保护性较弱包装选项的配对示例，同样标记为导致损坏
• 对每个成功交付的产品-包装对示例，添加同一产品与每个保护性较强包装选项的配对示例，同样标记为成功交付

优化问题建模

问题表述与等价转化

目标是找到将产品特征映射到包装类型的函数，以最小化每个产品的运输成本与损坏相关成本之和。同时，该函数需要将跨产品的累计损坏成本保持在预定阈值以下。

虽然该问题的标准表述是NP完全的，但我们证明在现实假设下，该问题等价于最小化包装总成本与损坏总成本的加权和。

权重参数搜索

通过二分搜索高效计算权重参数：

1. 从较大权重开始（实验中为1000）
2. 将当前权重减半，计算最小权重与最大权重的中点
3. 在该权重下求解优化问题
4. 如果结果模型的损坏成本高于阈值，将最小权重重置为当前中点；如果低于阈值，将最大权重重置为当前中点
5. 重复操作直到损坏成本接近阈值

实验表明该过程需要19次迭代，但由于约束不跨产品应用，优化可以按产品解耦，即使处理1亿个数据点也不会造成过重计算负担。

实际成效

该线性模型不仅更容易实施有序性约束，还显著提高了模型构建效率，最终在保证计算可行性的同时，实现了货损率与运输成本的双重优化。