一种改进的Top-N协同过滤推荐算法

摘 要: 针对传统的相似度计算方法仅依靠用户评分信息矩阵来计算物品或用户相似度,物品相似度的计算考虑了所有用户的历史反馈信息等问题,提出一种改进的协同过滤推荐算法。首先,以所有物品的度的平均值作为阈值,在用户相似度计算公式中引入用户共同评分权重以及流行物品权重。其次,在物品相似度计算公式中引入物品时间差因素和用户共同评分权重。最后,将兴趣相似的用户聚成一类,在类内应用推荐算法分别为用户进行推荐。实验结果表明,相比于传统的协同过滤推荐算法,新算法得到的推荐结果在召回率上提高了2.1%。该算法可在一定程度上提高推荐算法的精度以及推荐质量。     

基于用户谱聚类的Top-N协同过滤推荐算法

传统的协同过滤推荐算法为目标用户推荐时,考虑了所有用户的历史反馈信息对物品相似度的影响,同时相似度的度量仅依靠用户评分信息矩阵,导致了推荐效果不佳。为解决上述问题,提出了基于用户谱聚类的Top-N协同过滤推荐算法（SC-CF）,即应用谱聚类将兴趣相似的用户分成一类,具有相似兴趣爱好的用户比其他用户具有更高的推荐参考价值,然后在类中为目标用户推荐。SC-CF+算法在SC-CF算法的基础上,在相似度度量方法中分别引入了物品时间差因素、用户共同评分权重、流行物品权重。实验结果表明,提出的两种算法提高了推荐结果的召回率。     

基于改进的倾向得分估计的无偏推荐模型

现实中推荐系统通常遭受着各种各样的偏置问题,例如曝光偏置、位置偏置和选择偏置。一个忽略偏置问题的推荐模型不能反映推荐系统的真实性能,且对于用户而言可能是不可信任的。先前的工作已经表明基于倾向得分估计的推荐模型能够有效缓解隐式反馈数据的曝光偏置,但是通常只考虑通过物品信息来估计倾向得分,这可能导致倾向得分估计不准确。为了提高倾向得分估计的准确性,提出配对倾向得分估计（MPE）方法。具体来说,该方法引入了用户流行度偏好的概念,通过计算用户流行度偏好和物品流行度的配对程度来对样本曝光率进行更加精确的建模,最后将提出的估计方法和一个主流的传统推荐模型以及一个无偏推荐模型进行集成并和包括前两者的三个基线模型进行对比。在公开数据集上的实验结果表明,结合MPE方法后的模型分别相比对应的基线模型在召回率、折损累计增益（DCG）和平均准确率（MAP）这三个评估指标上均有显著的提升;此外,通过实验结果还观察到性能的增益有很大一部分来自长尾物品,可见所提方法有助于提升推荐物品的多样性与覆盖率。     

融合多元信任关系的新型推荐模型

现有的基于信任关系的推荐模型大多用于预测缺失的“用户-物品”评分,未考虑信任关系自身的多样性。基于此,研究了考虑多元信任关系的物品序列推荐的矩阵分解模型。首先,针对社交网络中目标用户可分别作为信任者和受信任者2种情形,提出相应的信任者相似度因子模型(truster factored similarity model,TrusterFSM)和受信任者相似度因子模型(trustee factored similarity model, TrusteeFSM);然后,通过融合两者获得最终的信任相似度因子模型(trust factored similarity model, TrustFSM),TrustFSM引入了物品偏置、用户偏置、物品相似度、用户相似度和社交相似度的影响。最后,基于真实数据集的实验结果表明,TrustFSM获得了最优的推荐效果,所提3种模型的性能优于现有模型（有/无引入信任者信息）。     

基于评分偏好和项目属性的协同过滤算法

针对传统的协同过滤推荐由于数据稀疏性导致物品间相似性计算不准确、推荐准确度不高的问题,文中提出了一种基于用户评分偏好模型、融合时间因素和物品属性的协同过滤算法,通过改进物品相似度度量公式来提高推荐的准确度。首先考虑到不同用户的评分习惯存在差异这一客观现象,引入评分偏好模型,通过模型计算出用户对评分类别的偏好,以用户对评分类别的偏好来代替用户对物品的评分,重建用户-物品评分矩阵;其次基于时间效应,引入时间权重因子,将时间因素纳入评分相似度计算中;然后结合物品的属性,将物品属性相似度和评分相似度进行加权,完成物品最终相似度的计算;最后通过用户偏好公式来计算用户对候选物品的偏好,依据偏好对用户进行top-N推荐。在MovieLens-100K和MovieLens-Latest-Small数据集上进行了充分实验。结果表明,相比已有的经典的协同过滤算法,所提算法的准确率和召回率在MovieLens-100K数据集上提高了9%~27%,在MovieLens-Latest-Small数据集上提高了16%~28%。因此,改进的协同过滤算法能有效提高推荐的准确度,有效缓解数据稀疏性问题。     

基于阶段时序效应的奇异值分解推荐模型

针对传统基于时序效应的奇异值分解（SVD）推荐模型在对用户预测评分建模过程中只考虑评分矩阵,采用复杂的时间函数拟合项目的生命周期、用户偏好的时序变化过程,造成模型难于解释、用户偏好捕获不准、评分预测精度不够高等问题,提出了一种改进的综合考虑评分矩阵、项目属性、用户评论标签和时序效应的推荐模型。首先,通过将时间轴划分时间段,利用sigmoid函数将项目的阶段流行度变换为[0,1]区间上的影响力来改进项目偏置;其次,利用非线性函数将用户偏置的时序变化转变为阶段评分均值与总体均值偏差的时序变化来改进用户偏置;最后,通过捕获用户对项目的阶段兴趣度,结合其相似用户在此时间段对该项目的好评率,生成用户项目交互作用影响因子,实现用户项目交互作用的改进。在Movielence 10M和20M电影评分数据集上的测试表明,改进模型能更好地捕获用户偏好的时序变化过程,提高评分预测准确性,均方根误差平均提高了2.5%。     

一种基于用户兴趣分析的协同过滤推荐算法

传统的协同过滤推荐算法以用户对所有物品的评分向量作为计算用户相似度的依据,没有考虑到物品属性对用户兴趣的反映。为此,提出一种新的改进的相似度计算方法,引入了"用户兴趣分布矩阵"的定义,设计了启发式的评分预测方式,即根据兴趣相似度选出TOP-K用户之后,以用户标记的物品数量作为该用户的权重来预测评分。在Movielens数据集上的测试结果表明,改进后的算法相比传统的算法在平均绝对误差(MAE)上降低了7.3%。     

引入评分偏置的二项矩阵分解推荐算法

针对推荐系统中的评分预测问题,在矩阵分解的基础上实现了一种修正的二项矩阵分解算法。假设用户对物品的评分基于二项分布,由于用户的评分习惯存在差异,物品的受欢迎程度也存在差异,导致用户—物品评分矩阵存在偏置量。通过引入偏置量对矩阵分解和评分预测进行修正,采用最大后验估计建模,并通过随机梯度下降算法优化模型。实验结果表明,在MovieLens 100K数据集上,引入评分偏置的二项矩阵分解算法在推荐精度、离线计算时间等方面均优于传统的二项矩阵分解算法。     

基于用户兴趣变化和评论的协同过滤算法研究

传统协同过滤算法中,随着用户和商品数量的日益增多,用户-项目评分矩阵越来越稀疏。针对这一问题,提出了一种基于用户兴趣变化和评论的协同过滤算法。该算法将用户评论和遗忘曲线引入传统协同过滤算法中,将评论文本作为商品特征描述文本,使用主题模型计算商品主题特征,引入艾宾浩斯遗忘曲线来协同计算用户的评论分布及评论相似度。将用户评论相似度和用户评分相似度相结合,以得到最终的用户相似度,进而对商品评分进行预测。对网络爬取的真实数据进行验证,结果显示该算法能够在稀疏数据集上获得较好的推荐结果。     

适应用户兴趣变化的改进型协同过滤算法

协同过滤算法可以根据用户的历史行为记录去预测其可能喜欢的物品,是现在业界应用极为广泛的推荐算法。但传统的协同过滤算法并没有考虑到用户兴趣的概念漂移,在一些基于时间的协同过滤算法中对推荐时效性的考虑也有所欠缺。针对这些问题,结合用户兴趣随时间转移的特点,改进了相似度的度量方法,同时引入一种增强的时间衰减模型来度量预测值,并将这两种方式有机地结合起来,解决了用户兴趣的概念漂移问题并考虑了推荐算法的时效性。仿真实验中,分别在不同的数据集中对比了该算法与UserCF、TCNCF、PTCF以及TimeSVD++算法的预测评分准确度和TopN推荐准确度。实验结果表明,改进算法能够降低预测评分的均方根误差（RMSE）,并在TopN推荐准确度上均优于对比算法。     

融合评论文本和图像语义特征的兴趣点推荐

用户-兴趣点签到数据的高度稀疏性让传统的推荐算法的推荐效果大打折扣。基于此,提出评论文本和图像语义信息融合的兴趣点推荐新算法。该算法同时考虑用户评论对评分数据的可解释性和图像语义信息对兴趣点外观的描述性,充分利用评论文本和图像数据辅助用户偏好特征和兴趣点属性特征的学习。使用神经网络抽取与用户和兴趣点相关的评论文本和图像语义特征,分别建模用户-文本语义特征关系、兴趣点-图像语义特征关系,将两种关系与用户-兴趣点评分矩阵进行融合,基于概率矩阵分解构建统一的推荐模型。在Yelp数据集上实验表明,该算法有效地缓解了签到数据稀疏性带来的推荐准确性问题,在MAE和RMSE两项指标上均优于主流方法。     

融合信任隐含相似度与评分相似度的社会化推荐

针对现有的社会化推荐算法大都忽略了物品间的关联关系对推荐精度的影响,并且未能将用户评分与信任数据进行有效结合的问题,提出一种融合信任隐含相似度与评分相似度的社会化推荐算法（SocialTS）。首先,将用户间的评分相似度与信任隐含相似度进行线性组合以得到用户间可靠的相似朋友;然后,将信任关系融入到项目的相关性分析中,从而得到修正后的相似项目;最后,将相似用户、项目作为正则项添加到矩阵分解（MF）模型下,从而获取用户、项目更准确的特征表示。实验结果表明,当潜在特征维度为10时,与主流的社会化推荐算法TrustSVD相比,SocialTS在FilmTrust和CiaoDVD数据集上的均方根误差（RMSE）分别降低了4.23%和8.38%,平均绝对误差（MAE）分别降低了4.66%和6.88%。SocialTS不仅可以有效改善用户冷启动问题,还能较为准确地预测不同评分数量下用户的实际评分,且具有良好的鲁棒性。     

融合黄金正弦算法和纵横交叉策略的秃鹰搜索算法

针对传统秃鹰搜索算法（BES）存在容易陷入局部最优、收敛速度慢等缺点,提出一种融合黄金正弦算法（Gold-SA）和纵横交叉策略的秃鹰搜索算法（GSCBES）。首先,在传统BES的搜索阶段设置基于惯性权重的位置更新公式;然后,在捕食猎物阶段引入Gold-SA;最后,引入纵横交叉策略对全局最优和种群进行修正。对11个Benchmark函数和CEC2014函数进行仿真实验并使用Wilcoxon秩和检验的方式评估所提算法的寻优能力,结果表明,所提算法收敛更快;同时,使用所提算法对反向传播（BP）神经网络模型的权值和阈值进行赋值,并将优化的BP神经网络模型用于空气质量的预测中,平均绝对误差（MAE）、均方根误差（RMSE）、均方误差（MSE）、平均绝对百分比误差（MAPE）值均小于BP神经网络模型以及基于粒子群优化（PSO）的BP神经网络模型,预测精确度有所提高。     

基于演化模式的推特话题流行度预测方法

针对以往流行度预测方法未利用演化模式之间的差异和忽略预测时效性的问题,提出了一种基于演化模式的推特话题流行度预测方法。首先,基于K?SC算法对大量历史话题的流行度序列进行聚类,并得到6类演化模式;然后,使用各类演化模式下的历史话题数据分别训练全连接网络（FCN）作为预测模型;最后,为选择待预测话题的预测模型,提出幅度对齐的动态时间规整（AADTW）算法来计算待预测话题的已知流行度序列与各演化模式的相似度,并选取相似度最高的演化模式的预测模型进行流行度预测。在根据已知前20 h的流行度预测后5 h的流行度的任务中,与差分整合移动平均自回归（ARIMA）方法以及使用单一的全连接网络进行预测的方法相比,所提方法的预测结果的平均绝对百分比误差（MAPE）分别降低了58.2%和31.0%。实验结果表明,基于演化模式得到的模型群相较于单一模型能更加准确地预测推特话题流行度。     

基于多层次混合相似度的协同过滤推荐算法

针对传统协同过滤推荐算法在数据稀疏的情况下存在的性能缺陷和相似性度量方法的不足,为了提高推荐精度,改进原算法得到了一种基于多层次混合相似度的协同过滤推荐算法。该算法主要分为三个不同的层次：首先采用模糊集的概念将用户评分模糊化,计算用户的模糊偏好,并结合用户评分的修正余弦相似度和用户评分的Jarccad相似度总体作为用户评分相似度;再对用户评分进行分类来预测用户对项目类别的兴趣程度,从而计算出用户兴趣相似度;然后利用用户的特征属性来预测用户之间的特征相似度;其次根据用户评分数量来动态地融合用户兴趣相似度及用户特征相似度;最后融合三个层次的相似度作为用户混合相似度的结果。利用MovieLens公用数据集对改进前后的算法进行对比实验,结果表明：当在邻居集合数量较少时,改进的混合算法相对修正余弦相似度算法的平均绝对偏差（MAE）下降了5%左右;较改进的修正的Jaccard相似性系数的协同过滤（MKJCF）算法也存在略微的优势,随着邻居集合数的增加MAE也平均下降了1%左右。该算法采用多层次的推荐策略提高了用户的推荐精度,有效地缓解了数据稀疏性问题和单一度量方法的影响。     

融合知识图谱和协同过滤的学生成绩预测方法

针对高等教育本科教学场景中的学生成绩预测问题,提出了一种基于课程知识图谱（KG）的预测算法。首先,构造一个表示课程信息的课程知识图谱。然后,分别使用基于邻节点的方法和基于知识图谱表示学习的方法基于知识图谱计算课程在知识层面的相似度,并将课程的知识相似度集成到传统的成绩预测框架协同过滤（CF）中。最后,通过实验对比了融合知识图谱的算法和常见成绩预测算法在不同数据稀疏度场景下的性能。实验结果显示,在数据稀疏场景下,基于邻节点的算法和传统协同过滤算法相比,均方根误差（RMSE）下降约11%,平均绝对误差（MAE）下降约9%;基于图谱表示学习的算法与协同过滤算法相比RMSE下降17.55%,MAE下降11.40%。实验结果表明,运用知识图谱的协同过滤算法可使预测误差显著下降,验证了知识图谱可以作为历史数据缺乏场景下的信息补足,从而帮助协同过滤获得更好的预测效果。     

基于微博用户兴趣话题的相似用户挖掘

相似用户挖掘是提高社交网络服务质量的重要途径，在面向大数据的社交网络时代，准确的相似用户挖掘对于用户和互联网企业等都有重要的意义，而根据用户自己的兴趣话题挖掘的相似用户更符合相似用户的要求。提出了一种基于用户兴趣话题进行相似用户挖掘的方法。该方法首先使用TextRank话题提取方法对用户进行兴趣话题提取，再对用户发表内容进行训练，计算出所有词之间的相似度。提出CP（Corresponding Position similarity）、CPW（Corresponding Position Weighted similarity）、AP（All Position similarity）、APW（All Position Weighted similarity）四种用户兴趣话题词相似度计算方法，通过用户和相似用户间关注、粉丝重合率验证相似用户挖掘效果，APW similarity的相似用户的关注/粉丝重合百分比为1.687%，优于提出的其他三种算法，分别提高了26.3%、2.8%、12.4%，并且比传统的文本相似度方法Jaccard相似度、编辑距离算法、余弦相似度分别提高了20.4%、21.2%、45.0%。因此APW方法可以更加有效地挖掘出用户的相似用户。     

一种基于加窗基扩展模型的OFDM信道估计算法

针对双选择衰落信道下OFDM系统中基于复指数基扩展模型（CE-BEM）的信道估计算法存在的不足,提出了一种基于加窗的基扩展模型信道估计算法。该算法通过时域加窗和去窗处理来减少CE-BEM存在的频谱泄露,并抑制多普勒频移对估计性能的影响;利用设计的导频方案,简化数学模型;再通过正交映射对估计的基扩展模型系数进行转换,从而进一步提高信道估计的精确度。同时采用归一化均方误差和误码率来衡量信道的估计性能,实验仿真表明,提出的算法在高速的移动环境下能有效提高估计性能。     

一种基于自适应局部融合参数的协同过滤方法

基于内存的协同过滤推荐系统存在数据稀疏和数据集异构的问题。为此,提出一种基于变权重相似度计算和自适应局部融合参数的协同过滤方法。通过统计数据集,提取用户-项目评分项的用户情感信息量计算用户相似度,同时根据用户-项目评分项的评分质量改进项目相似度计算方法,利用基于相似用户(或项目)的方法预测置信度,得到自适应局部融合参数,以增强协同过滤方法对数据集的适应能力。实验结果表明,相比传统全局融合参数方法,该方法在数据稀疏情况下的平均绝对误差降低了0.02,具有较高的推荐精度和推荐覆盖度,并且有效解决了数据稀疏和数据集异构问题。