Python推荐系统实战教程_协同过滤与深度学习结合

协同过滤与深度学习结合是用神经网络增强传统CF表达能力，如将用户/物品ID映射为嵌入向量后交由MLP学习非线性交互，既保留CF对稀疏数据的鲁棒性，又可挖掘深层偏好模式。

协同过滤与深度学习结合，不是简单叠加，而是用神经网络增强传统协同过滤的表达能力——比如把用户ID和物品ID映射成嵌入向量，再让多层感知机（MLP）学习它们之间的非线性交互关系。这种组合既保留了协同过滤对稀疏行为数据的鲁棒性，又能挖掘深层偏好模式。

理解核心建模思路

传统矩阵分解假设评分可由用户向量与物品向量的内积近似：
r̂_ui = p_u ⋅ q_i
而神经协同过滤（NCF）把这一过程升级为：
r̂_ui = f_θ(embedding(u), Embedding(i))
其中 f_θ 是可训练的神经网络，能拟合更复杂的用户-物品关系。

关键点包括：

• 用户和物品ID不直接参与计算，而是先经过嵌入层（Embedding）转为稠密低维向量
• 嵌入维度通常设为 8–64，需在验证集上调整
• MLP结构常用 [64, 32, 16] 这类逐层压缩的隐藏层，最后输出单个预测分值
• 损失函数一般用均方误差（MSE）或二元交叉熵（用于隐式反馈，如点击/未点击）

准备与处理推荐数据

真实场景中，原始数据往往只有 user_id、item_id 和 rating（或 click、like 等隐式信号）。预处理要聚焦三件事：

• 重编号 ID：将 user_id 和 item_id 映射为从 0 开始的连续整数，避免嵌入层索引越界
• 归一化或二值化：显式评分（1–5）可除以 5 缩放到 [0,1]；隐式反馈建议转为 0/1 标签
• 划分训练/验证/测试集时按用户-物品对切分，不能按用户或物品整体切分，否则会泄露信息
• 可选：对长尾用户或冷门物品做采样平衡，防止模型偏向高频交互

pytorch 实现关键组件

用 PyTorch 搭建 NCF 模型，核心是定义好嵌入层和 MLP，并正确组织数据加载逻辑：

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• 定义 nn.Embedding(num_users, embed_dim) 和 nn.Embedding(num_items, embed_dim)
• 拼接用户嵌入与物品嵌入（或做 Hadamard 积），送入 nn.Sequential 构建的 MLP
• 使用 torch.utils.data.Dataset 封装三元组 (u, i, r)，支持随机采样负样本（尤其对隐式反馈）
• 训练时建议用 Adam 优化器，初始学习率设为 0.001～0.005，配合梯度裁剪防爆炸

评估与调优实用建议

推荐效果不能只看 RMSE 或 MSE，更要看排序质量：

• 对每个用户，取其未交互过的若干物品，与少量正样本混合，计算 Hit Ratio@K 和 NDCG@K
• 嵌入维度太小会欠拟合，太大易过拟合——可在 [16, 32, 64] 中网格搜索
• 加入 Dropout（0.2～0.5）或 L2 正则（weight_decay=1e-5）提升泛化能力
• 若冷启动严重，可额外引入物品内容特征（如类别、文本描述）作为辅助输入