深度学习推荐系统

这是一本介绍推荐系统前沿技术的技术书。本书前几章着重介绍深度学习排序模型的技术演化趋势，然后依次介绍推荐系统其他模块的技术细节和工程实现，通过业界前沿的推荐系统实例将所有知识融会贯通。本书着重讨论的是推荐系统相关的经典和前沿技术内容，尤其是深度学习在推荐系统业界的应用。

王喆 ，毕业于清华大学计算机科学与技术系，美国知名流媒体公司Roku资深机器学习工程师，推荐系统架构负责人。曾任Hulu高级研究工程师，品友互动广告效果算法组负责人。清华大学KEG实验室学术搜索引擎AMiner早期发起人之一。主要研究方向为推荐系统、计算广告、个性化搜索，发表相关领域学术论文7篇，拥有专利3项，是《百面机器学习》等口碑技术书的联合作者。曾担任KDD、CIKM等国际会议审稿人。

第1章 互联网的增长引擎——推荐系统

1.1 为什么推荐系统是互联网的增长引擎

1.1.1 推荐系统的作用和意义

1.1.2 推荐系统与YouTube的观看时长增长

1.1.3 推荐系统与电商网站的收入增长

1.2 推荐系统的架构

1.2.1 推荐系统的逻辑框架

1.2.2 推荐系统的技术架构

1.2.3 推荐系统的数据部分

1.2.4 推荐系统的模型部分

1.2.5 深度学习对推荐系统的革命性贡献

1.2.6 把握整体，补充细节

1.3 本书的整体结构

第2章 前深度学习时代——推荐系统的进化之路

2.1 传统推荐模型的演化关系图

2.2 协同过滤——经典的推荐算法

2.2.1 什么是协同过滤

2.2.2 用户相似度计算

2.2.3 终结果的排序

2.2.4 ItemCF

2.2.5 UserCF与ItemCF的应用场景

2.2.6 协同过滤的下一步发展

2.3 矩阵分解算法——协同过滤的进化

2.3.1 矩阵分解算法的原理

2.3.2 矩阵分解的求解过程

2.3.3 消除用户和物品打分的偏差

2.3.4 矩阵分解的优点和局限性

2.4 逻辑回归——融合多种特征的推荐模型

2.4.1 基于逻辑回归模型的推荐流程

2.4.2 逻辑回归模型的数学形式

2.4.3 逻辑回归模型的训练方法

2.4.4 逻辑回归模型的优势

2.4.5 逻辑回归模型的局限性

2.5 从FM到FFM——自动特征交叉的解决方案

2.5.1 POLY2模型——特征交叉的开始

2.5.2 FM模型——隐向量特征交叉

2.5.3 FFM模型——引入特征域的概念

2.5.4 从POLY2到FFM的模型演化过程

2.6 GBDT LR——特征工程模型化的开端

2.6.1 GBDT LR组合模型的结构

2.6.2 GBDT进行特征转换的过程

2.6.3 GBDT LR 组合模型开启的特征工程新趋势

2.7 LS-PLM——阿里巴巴曾经的主流推荐模型

2.7.1 LS-PLM 模型的主要结构

2.7.2 LS-PLM模型的优点

2.7.3 从深度学习的角度重新审视LS-PLM模型

2.8 总结——深度学习推荐系统的前夜

第3章 浪潮之巅——深度学习在推荐系统中的应用

3.1 深度学习推荐模型的演化关系图

3.2 AutoRec——单隐层神经网络推荐模型

3.2.1 AutoRec模型的基本原理

3.2.2 AutoRec模型的结构

3.2.3 基于AutoRec模型的推荐过程

3.2.4 AutoRec模型的特点和局限性

3.3 Deep Crossing模型——经典的深度学习架构

3.3.1 Deep Crossing模型的应用场景

3.3.2 Deep Crossing模型的网络结构

3.3.3 Deep Crossing模型对特征交叉方法的革命

3.4 NeuralCF模型——CF与深度学习的结合

3.4.1 从深度学习的视角重新审视矩阵分解模型

3.4.2 NeuralCF模型的结构

3.4.3 NeuralCF模型的优势和局限性

3.5 PNN模型——加强特征交叉能力

3.5.1 PNN模型的网络架构

3.5.2 Product层的多种特征交叉方式

3.5.3 PNN模型的优势和局限性

3.6 Wide＆Deep 模型——记忆能力和泛化能力的综合

3.6.1 模型的记忆能力与泛化能力

3.6.2 Wide＆Deep模型的结构

3.6.3 Wide＆Deep模型的进化——Deep＆Cross模型

3.6.4 Wide＆Deep模型的影响力

3.7 FM与深度学习模型的结合

3.7.1 FNN——用FM的隐向量完成Embedding层初始化

3.7.2 DeepFM——用FM代替Wide部分

3.7.3 NFM——FM的神经网络化尝试

3.7.4 基于FM的深度学习模型的优点和局限性

3.8 注意力机制在推荐模型中的应用

3.8.1 AFM——引入注意力机制的FM

3.8.2 DIN——引入注意力机制的深度学习网络

3.8.3 注意力机制对推荐系统的启发

3.9 DIEN——序列模型与推荐系统的结合

3.9.1 DIEN的“进化”动机

3.9.2 DIEN模型的架构

3.9.3 兴趣抽取层的结构

3.9.4 兴趣进化层的结构

3.9.5 序列模型对推荐系统的启发

3.10 强化学习与推荐系统的结合

3.10.1 深度强化学习推荐系统框架

3.10.2 深度强化学习推荐模型

3.10.3 DRN的学习过程

3.10.4 DRN的在线学习方法——竞争梯度下降算法

3.10.5 强化学习对推荐系统的启发

3.11 总结——推荐系统的深度学习时代

第4章 Embedding技术在推荐系统中的应用

4.1 什么是Embedding

4.1.1 词向量的例子

4.1.2 Embedding 技术在其他领域的扩展

4.1.3 Embedding 技术对于深度学习推荐系统的重要性

4.2 Word2vec——经典的Embedding方法

4.2.1 什么是Word2vec

4.2.2 Word2vec模型的训练过程

4.2.3 Word2vec的“负采样”训练方法

4.2.4 Word2vec对Embedding技术的奠基性意义

4.3 Item2vec——Word2vec 在推荐系统领域的推广

4.3.1 Item2vec的基本原理

4.3.2 “广义”的Item2vec

4.3.3 Item2vec方法的特点和局限性

4.4 Graph Embedding——引入更多结构信息的图嵌入技术

4.4.1 DeepWalk——基础的Graph Embedding方法

4.4.2 Node2vec——同质性和结构性的权衡

4.4.3 EGES——阿里巴巴的综合性Graph Embedding方法

4.5 Embedding与深度学习推荐系统的结合

4.5.1 深度学习网络中的Embedding层

4.5.2 Embedding的预训练方法

4.5.3 Embedding作为推荐系统召回层的方法

4.6 局部敏感哈希——让Embedding插上翅膀的快速搜索方法

4.6.1 “快速”Embedding近邻搜索

4.6.2 局部敏感哈希的基本原理

4.6.3 局部敏感哈希多桶策略

4.7 总结——深度学习推荐系统的核心操作

第5章 多角度审视推荐系统

5.1 推荐系统的特征工程

5.1.1 构建推荐系统特征工程的原则

5.1.2 推荐系统中的常用特征

5.1.3 常用的特征处理方法

5.1.4 特征工程与业务理解

5.2 推荐系统召回层的主要策略

5.2.1 召回层和排序层的功能特点

5.2.2 多路召回策略

5.2.3 基于Embedding的召回方法

5.3 推荐系统的实时性

5.3.1 为什么说推荐系统的实时性是重要的

5.3.2 推荐系统“特征”的实时性

5.3.3 推荐系统“模型”的实时性

5.3.4 用“木桶理论”看待推荐系统的迭代升级

5.4 如何合理设定推荐系统中的优化目标

5.4.1 YouTube以观看时长为优化目标的合理性

5.4.2 模型优化和应用场景的统一性

5.4.3 优化目标是和其他团队的接口性工作

5.5 推荐系统中比模型结构更重要的是什么

5.5.1 有解决推荐问题的“银弹”吗

5.5.2 Netflix对用户行为的观察

5.5.3 观察用户行为，在模型中加入有价值的用户信息

5.5.4 DIN模型的改进动机

5.5.5 算法工程师不能只是一个“炼金术士”

5.6 冷启动的解决办法

5.6.1 基于规则的冷启动过程

5.6.2 丰富冷启动过程中可获得的用户和物品特征

5.6.3 利用主动学习、迁移学习和“探索与利用”机制

5.6.4 “巧妇难为无米之炊”的困境

5.7 探索与利用

5.7.1 传统的探索与利用方法

5.7.2 个性化的探索与利用方法

5.7.3 基于模型的探索与利用方法

5.7.4 “探索与利用”机制在推荐系统中的应用

第6章 深度学习推荐系统的工程实现

6.1 推荐系统的数据流

6.1.1 批处理大数据架构

6.1.2 流计算大数据架构

6.1.3 Lambda架构

6.1.4 Kappa架构

6.1.5 大数据平台与推荐系统的整合

6.2 推荐模型离线训练之Spark MLlib

6.2.1 Spark的分布式计算原理

6.2.2 Spark MLlib的模型并行训练原理

6.2.3 Spark MLlib并行训练的局限性

6.3 推荐模型离线训练之Parameter Server

6.3.1 Parameter Server的分布式训练原理

6.3.2 一致性与并行效率之间的取舍

6.3.3 多server节点的协同和效率问题

6.3.4 Parameter Server技术要点总结

6.4 推荐模型离线训练之TensorFlow

6.4.1 TensorFlow的基本原理

6.4.2 TensorFlow基于任务关系图的并行训练过程

6.4.3 TensorFlow的单机训练与分布式训练模式

6.4.4 TensorFlow技术要点总结

6.5 深度学习推荐模型的上线部署

6.5.1 预存推荐结果或Embedding结果

6.5.2 自研模型线上服务平台

6.5.3 预训练Embedding 轻量级线上模型

6.5.4 利用PMML转换并部署模型

6.5.5 TensorFlow Serving

6.5.6 灵活选择模型服务方法

6.6 工程与理论之间的权衡

6.6.1 工程师职责的本质

6.6.2 Redis容量和模型上线方式之间的权衡

6.6.3 研发周期限制和技术选型的权衡

6.6.4 硬件平台环境和模型结构间的权衡

6.6.5 处理好整体和局部的关系

第7章 推荐系统的评估

7.1 离线评估方法与基本评价指标

7.1.1 离线评估的主要方法

7.1.2 离线评估的指标

7.2 直接评估推荐序列的离线指标

7.2.1 P-R曲线

7.2.2 ROC曲线

7.2.3 平均精度均值

7.2.4 合理选择评估指标

7.3 更接近线上环境的离线评估方法——Replay

7.3.1 模型评估的逻辑闭环

7.3.2 动态离线评估方法

7.3.3 Netflix的Replay评估方法实践

7.4 A/B测试与线上评估指标

7.4.1 什么是A/B测试

7.4.2 A/B测试的“分桶”原则

7.4.3 线上A/B测试的评估指标

7.5 快速线上评估方法——Interleaving

7.5.1 传统A/B测试存在的统计学问题

7.5.2 Interleaving方法的实现

7.5.3 Interleaving方法与传统A/B测试的灵敏度比较

7.5.4 Interleaving方法指标与A/B测试指标的相关性

7.5.5 Interl