顧軍華，樊 帥，李寧寧，張素琪

（1.河北工業(yè)大學(xué)人工智能與數(shù)據(jù)科學(xué)學(xué)院，天津 300401；2.河北省大數(shù)據(jù)計(jì)算重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（河北工業(yè)大學(xué)），天津 300401；3.天津商業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院，天津 300134）

0 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)量呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)的增長。由于信息超載，用戶很難在眾多的選擇中挑選出自己感興趣的物品。為了提高用戶體驗(yàn)，推薦系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，已廣泛應(yīng)用于音樂推薦、電影推薦和網(wǎng)上購物等場景。

早期的推薦系統(tǒng)主要采用基于協(xié)同過濾的方法，但該方法存在數(shù)據(jù)稀疏和冷啟動(dòng)問題?；谥R(shí)圖譜（Knowledge Graph，KG）的推薦方法緩解了上述問題，并進(jìn)一步提高了推薦的準(zhǔn)確性、多樣性和可解釋性，因此該方法成為現(xiàn)階段研究的熱點(diǎn)。2018 年，Wang 等提出RippleNet（Ripples Network）模型，在KG 中RippleNet 通過計(jì)算項(xiàng)目與頭實(shí)體在關(guān)系空間的相似程度來聚合鄰域信息；2019 年，Wang 等提出知識(shí)圖譜卷積網(wǎng)絡(luò)（Knowledge Graph Convolutional Network，KGCN）模型，Wang 等提出了知識(shí)圖譜注意力（Knowledge Graph ATtention，KGAT）模型，在KG 中KGCN 通過計(jì)算用戶對(duì)知識(shí)圖譜中關(guān)系的偏好程度來聚合鄰域信息，KGAT 通過計(jì)算頭實(shí)體和尾實(shí)體在關(guān)系空間的距離來聚合鄰域信息。RippleNet 和KGAT 模型提出的聚合方式?jīng)]有考慮用戶信息，而用戶信息的引入對(duì)聚合鄰域信息有較好的可解釋性。KGCN 在聚合鄰域信息時(shí)，雖然考慮了用戶信息，但沒有考慮KG 中實(shí)體信息，實(shí)體的信息也會(huì)影響鄰域?qū)嶓w的聚合。另外，這些模型僅利用用戶的長期興趣做推薦，忽略了用戶的短期興趣，而用戶的短期興趣對(duì)用戶的整體偏好有重要的影響。因此，為了結(jié)合用戶的長期興趣和短期興趣做推薦以及解決聚合方式存在的問題，本文提出了基于知識(shí)圖偏好注意力網(wǎng)絡(luò)的長短期推薦（Knowledge Graph Preference Attention network based Long-and Short-term recommendation，KGPATLS）模型。該模型提出偏好注意力網(wǎng)絡(luò)的聚合方式以及結(jié)合用戶長期興趣和短期興趣的用戶表示方法。

當(dāng)模型需要更新時(shí)，多采用基于歷史數(shù)據(jù)的全量更新和基于新數(shù)據(jù)的增量更新。然而隨著海量數(shù)據(jù)的積累，全量更新存在嚴(yán)重的計(jì)算壓力和龐大的存儲(chǔ)開銷，而基于新數(shù)據(jù)的增量更新方法又存在著災(zāi)難性遺忘問題。為了緩解增量更新存在的災(zāi)難性遺忘，針對(duì)上面提出的基于知識(shí)圖偏好注意力網(wǎng)絡(luò)的長短期推薦模型，本文提出了融合預(yù)測采樣和知識(shí)蒸餾的增量更新方法（incremental updating method of Fusing Predict Sampling and Knowledge Distillation，F(xiàn)PSKD）以緩解KGPATLS 在增量更新過程中存在的災(zāi)難性遺忘問題，即減輕模型對(duì)用戶舊偏好的遺忘。

1 KGPATLS模型

圖1 為KGPATLS 模型結(jié)構(gòu)。首先，為了得到項(xiàng)目的向量表示，需要構(gòu)建以項(xiàng)目為中心的知識(shí)圖譜，利用知識(shí)圖偏好注意力網(wǎng)絡(luò)（Knowledge Graph Preference Attention network，KGPAT）模型得到項(xiàng)目的向量表示；然后，根據(jù)時(shí)間篩選用戶近期交互的歷史項(xiàng)目與待推薦的項(xiàng)目一塊輸入到注意力網(wǎng)絡(luò)（Attention Network）中，獲取用戶近期交互的項(xiàng)目與待推薦項(xiàng)目的相似性權(quán)重，基于此權(quán)重和用戶近期交互歷史項(xiàng)目對(duì)應(yīng)加權(quán)求和，得到用戶的短期興趣表示

u

。根據(jù)用戶交互的所有歷史項(xiàng)目訓(xùn)練得到用戶的長期興趣表示。用戶的長期興趣表示

u

和用戶的短期興趣表示

u

通過多層感知機(jī)（MultiLayer Perceptron，MLP）結(jié)合起來得到用戶的向量表示

u

；最后，通過內(nèi)積的方式計(jì)算用戶對(duì)待推薦項(xiàng)目的評(píng)分。

圖1 KGPATLS模型結(jié)構(gòu)Fig.1 KGPATLS model structure

1.1 偏好注意力網(wǎng)絡(luò)

偏好注意力網(wǎng)絡(luò)是知識(shí)圖偏好注意力網(wǎng)絡(luò)中鄰域信息的聚合方式。該聚合方式既考慮了用戶的信息，又綜合考慮了知識(shí)圖譜中關(guān)系和尾實(shí)體的信息，具有較好的可解釋性。

示例如圖2 所示，用戶喜歡看《泰坦尼克號(hào)》，該電影由詹姆斯·卡梅隆執(zhí)導(dǎo)，萊昂納多·迪卡普里奧主演?！短┨鼓峥颂?hào)》在知識(shí)圖譜中對(duì)應(yīng)的關(guān)系和尾節(jié)點(diǎn)分別為（執(zhí)導(dǎo)，詹姆斯·卡梅?。ⅲㄖ餮?，萊昂納多·迪卡普里奧），如果用戶更關(guān)注執(zhí)導(dǎo)關(guān)系，則執(zhí)導(dǎo)關(guān)系占比重較大，但用戶本身如果不喜歡詹姆斯·卡梅隆，此時(shí)聚合鄰域信息，會(huì)加強(qiáng)噪聲的引入，影響用戶偏好。因此，需要結(jié)合關(guān)系和尾節(jié)點(diǎn)綜合考慮。

圖2 示例圖Fig.2 Example diagram

KGPAT 以項(xiàng)目為中心節(jié)點(diǎn)實(shí)體構(gòu)建知識(shí)圖譜，每一個(gè)項(xiàng)目都可以構(gòu)建一個(gè)知識(shí)圖譜KG，然后利用KGPAT 得到項(xiàng)目的向量表示。KG 可以由實(shí)體―關(guān)系―實(shí)體三元組（

h

，

r

，

t

）表示。這里的

h

∈

E

、

r

∈

R

和

t

∈

E

分別表示KG 的頭實(shí)體、關(guān)系和尾節(jié)點(diǎn)，

E

和

R

分別是知識(shí)圖譜中的實(shí)體集合和關(guān)系集合。圖3 為KGPAT 模型結(jié)構(gòu)。圖3（a）以項(xiàng)目為中心構(gòu)建知識(shí)圖譜，通過隨機(jī)采樣節(jié)點(diǎn)數(shù)和偏好注意力網(wǎng)絡(luò)計(jì)算權(quán)重得分獲得圖3（b）。通過式（3），即可獲得圖3（c）中的一階實(shí)體表示

v

。將上述操作重復(fù)

K

層，即可獲得實(shí)體的

K

階實(shí)體表示

v

。

圖3 KGPAT模型結(jié)構(gòu)Fig.3 KGPAT model structure

下面主要介紹一層KGPAT 模型結(jié)構(gòu)，最后再向多層結(jié)構(gòu)做擴(kuò)展。對(duì)于一個(gè)項(xiàng)目

v

，

N

（

v

）表示與

v

直接相連的一跳鄰域集合。使用如下偏好注意力網(wǎng)絡(luò)公式計(jì)算權(quán)重得分：

其中：

u

∈R、

e

∈R和

r

∈R分別為用戶、尾實(shí)體的向量表示和實(shí)體

e

和

e

之間關(guān)系，

d

為向量維度；

σ

為非線性函數(shù)；

W

∈R和

b

∈R為權(quán)重和偏置；

u

·

r

e

表示用戶對(duì)關(guān)系和實(shí)體綜合考慮的偏好程度。

其中：

e

是項(xiàng)目

v

鄰域?qū)嶓w的向量表示。式（4）為權(quán)重得分的歸一化處理：

其中：

σ

為非線性函數(shù)，

W

∈R和

b

∈R為權(quán)重和偏置。模型為多層結(jié)構(gòu)，低層時(shí)可獲取低階實(shí)體信息，高層時(shí)可以挖掘高階實(shí)體信息。若將KGPAT 模型從一層擴(kuò)展到多層，則間接相連的實(shí)體也會(huì)影響項(xiàng)目的最終表示。一個(gè)實(shí)體的

K

階向量表示是實(shí)體本身與其

K

跳鄰域?qū)嶓w信息聚合。使用如下公式計(jì)算項(xiàng)目的

K

階向量表示

v

作為最終的項(xiàng)目向量表示。

1.2 結(jié)合用戶長期興趣和短期興趣的用戶表示方法

考慮到實(shí)際情況，用戶的偏好是由用戶長期興趣和短期興趣組成的。為了更好地挖掘用戶特征，提高用戶偏好的可解釋性，本文提出結(jié)合用戶長期興趣和短期興趣的用戶表示方法。以歷史項(xiàng)目為中心建立知識(shí)圖譜，通過KGPAT 模型可得用戶近期交互項(xiàng)的向量表示。通過注意力網(wǎng)絡(luò)計(jì)算各個(gè)交互項(xiàng)與待推薦項(xiàng)目之間的相似性權(quán)重，按此權(quán)重對(duì)各個(gè)交互項(xiàng)表示進(jìn)行加權(quán)求和，即可獲得用戶的短期興趣表示。具體為：以待推薦項(xiàng)目向量表示

v

為基準(zhǔn)，{

v

，

v

，…，

v

}為用戶

u

近期交互的

L

個(gè)歷史項(xiàng)目向量表示，使用如下公式計(jì)算用戶的短期興趣表示

u

。

其中

α

為注意力系數(shù)，計(jì)算公式為：

其中：

W

∈R和

b

∈R為注意力機(jī)制的權(quán)重和偏置。根據(jù)用戶交互的所有歷史項(xiàng)目訓(xùn)練得到用戶的長期興趣表示

u

，將用戶的長期興趣表示

u

∈R和用戶的短期興趣表示

u

∈R一起輸入到MLP 中，這里取一層隱藏層，即可完整地獲得用戶偏好，記為

u

∈R。

其中：

W

∈R和

b

∈R為MLP 的權(quán)重和偏置。最后，將用戶表示

u

和待推薦項(xiàng)目表示

v

通過內(nèi)積獲得用戶交互待推薦項(xiàng)目的概率。

2 FPSKD

針對(duì)KGPATLS 模型可能存在的災(zāi)難性遺忘問題，提出了FPSKD。首先，使用預(yù)測采樣（Predict Sampling，PS）方法得到有代表性的歷史數(shù)據(jù)來鞏固模型之前學(xué)到的知識(shí)；其次，考慮到實(shí)驗(yàn)效率的問題預(yù)測采樣較少的數(shù)據(jù)是合適的。因此，僅僅依賴于預(yù)測采樣的舊數(shù)據(jù)來約束參數(shù)是不夠的。為了加強(qiáng)對(duì)舊模型參數(shù)的約束減輕遺忘，提出在損失函數(shù)中加入知識(shí)蒸餾損失以更好地鞏固用戶舊的偏好。將FPSKD應(yīng)用到KGPATLS 模型進(jìn)行模型更新。模型更新方法示意圖如圖4 所示。圖4 中，針對(duì)于某一個(gè)周期

t

做模型更新，周期

t

的數(shù)據(jù)是新數(shù)據(jù)

N

（New data），周期

t

之前的數(shù)據(jù)都是歷史數(shù)據(jù)

D

（All history data）。周期

t

前一周期

t

-1 已經(jīng)訓(xùn)練好的舊模型命名為

f

（

θ

）。首先，用預(yù)測采樣方法從

t

周期之前的所有歷史數(shù)據(jù)

D

（All history data）中采樣出模型

f

（

θ

）預(yù)測準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)

S

（Accuracy data）和預(yù)測不準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)

S

′

（Inaccuracy data）與

N

合并作為在線數(shù)據(jù)（Online data）更新模型，

S

用于知識(shí)蒸餾（Knowledge Distillation），聯(lián)合預(yù)測采樣和知識(shí)蒸餾的目標(biāo)函數(shù)一起更新模型。

圖4 KGPATLS模型的更新方法Fig.4 Updating method of KGPATLS model

2.1 預(yù)測采樣方法

使用預(yù)測采樣方法是為了得到有代表性的歷史數(shù)據(jù)和新數(shù)據(jù)一塊更新模型，來鞏固模型之前學(xué)到的知識(shí)，緩解災(zāi)難性遺忘問題。

預(yù)測采樣方法需要考慮如何采樣

S

和

S

′

。定義兩個(gè)超參數(shù)

m

和

m

，分別用來限定采樣

S

的數(shù)據(jù)量和采樣

S

′

的數(shù)據(jù)量。針對(duì)于周期

t

，

f

（

θ

）對(duì)所有的歷史數(shù)據(jù)

D

做預(yù)測，將

D

的預(yù)測結(jié)果按照順序排序。取出

S

的公式如下：

其中：

n

表示

t

-1 周期采樣出來的前

n

預(yù)測準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)量。取出

S

′

公式如下：

衡量預(yù)測準(zhǔn)確與否的公式如下：

其中：

label

表示真實(shí)值（0 或1），

pre_score

表示模型對(duì)歷史數(shù)據(jù)的預(yù)測結(jié)果。

distance

越小，表明模型對(duì)該數(shù)據(jù)的預(yù)測結(jié)果和真實(shí)值越接近，即預(yù)測準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)；反之，即預(yù)測不準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

2.2 知識(shí)蒸餾

模型在更新過程中歷史數(shù)據(jù)會(huì)不斷地增加，考慮到實(shí)驗(yàn)運(yùn)行效率的問題預(yù)測采樣較少的數(shù)據(jù)是合適的，因此僅僅依賴于預(yù)測采樣的舊數(shù)據(jù)來約束參數(shù)是不夠的。為了加強(qiáng)對(duì)舊模型參數(shù)的約束減輕遺忘，提出在損失函數(shù)中加入知識(shí)蒸餾損失來更好地鞏固用戶舊的偏好。提出的知識(shí)蒸餾損失如下：

其中：

L

是推薦任務(wù)的損失函數(shù)，

λ

是超參數(shù)。計(jì)算公式如下：

3 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

為了驗(yàn)證KGPATLS 模型和FPSKD 的有效性，實(shí)驗(yàn)分為兩部分：1）將KGPATLS 模型應(yīng)用到MovieLens-1M 和Last.FM兩個(gè)公共數(shù)據(jù)集上，通過實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證模型的有效性；2）將提出的FPSKD 應(yīng) 用 到KGPATLS 模 型，在MovieLens-1M 和Last.FM 兩個(gè)公共數(shù)據(jù)集上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，驗(yàn)證FPSKD 在保持模型性能的同時(shí)，可以高效地更新模型。

3.1 數(shù)據(jù)集

本文選用來自電影領(lǐng)域和音樂領(lǐng)域的兩個(gè)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。數(shù)據(jù)集內(nèi)容如下：

1）MovieLens-1M：是電影推薦中廣泛使用的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集，其中包含來自大約3 900 部電影的6 040 個(gè)用戶的753 772 個(gè)顯式評(píng)級(jí)。每個(gè)評(píng)級(jí)是1 到5 之間的整數(shù)。

2）Last.FM：來自在線音樂系統(tǒng)，其中包含來自大約4 000 部電影的1 872 個(gè)用戶的42 346 顯式評(píng)級(jí)。數(shù)據(jù)集的具體統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

表1 數(shù)據(jù)集統(tǒng)計(jì)Tab 1 Dataset statistics

3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)

本文實(shí)驗(yàn)為點(diǎn)擊率預(yù)測，即判斷用戶是否會(huì)對(duì)待推薦項(xiàng)目感興趣。評(píng)估模型性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)為曲線下面積（Area Under Curve，AUC）和準(zhǔn)確率（Accuracy，Acc）。

3.3 KGPATLS模型的有效性驗(yàn)證

3.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)置

實(shí)驗(yàn)的參數(shù)設(shè)置見表2。

N

表示知識(shí)圖譜中鄰域節(jié)點(diǎn)的采樣個(gè)數(shù)，

d

表示向量維度，

K

表示知識(shí)圖譜的迭代層數(shù)，

L

表示用戶近期交互項(xiàng)目的個(gè)數(shù)，

λ

為正則化系數(shù)，

lr

為學(xué)習(xí)率，

batch

為批處理大小。實(shí)驗(yàn)中將每一個(gè)數(shù)據(jù)集隨機(jī)劃分為訓(xùn)練集、驗(yàn)證集和測試集，三者的比例為6∶2∶2。每個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)3 次，取平均實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

表2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置Tab 2 Experimental parameter setting

3.3.2

L

值選擇選取不同的

L

值，將KGPATLS 模型在兩組數(shù)據(jù)集上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。不同

L

值所對(duì)應(yīng)KGPATLS 模型實(shí)驗(yàn)性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3 所示。

表3 不同L值下KGPATLS模型實(shí)驗(yàn)性能Tab 3 Experimental performance of KGPATLS model with different L values

從表3 中可以看到，在MovieLens-1M 數(shù)據(jù)集上，當(dāng)

L

=5 時(shí)模型的效果最佳；在Last.FM 數(shù)據(jù)集上，當(dāng)

L

=7 時(shí)模型的效果最佳。當(dāng)

L

較小時(shí)模型的效果不佳，因?yàn)楫?dāng)

L

值選擇過小，利用的用戶歷史項(xiàng)目過少，不能有效地挖掘用戶的短期興趣特征；當(dāng)

L

值選擇過大，會(huì)導(dǎo)致過擬合，使用戶短期興趣表示不準(zhǔn)確。

3.3.3 對(duì)比模型

將本文提出的KGPATLS 與下面的四種模型在相同的兩組數(shù)據(jù)集上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較。

1）CKE（Collaborative Knowledge base Embedding）。利用TransE（Translating Embeddings）表示知識(shí)圖譜，并將該類信息與文本以及圖像信息融入到模型中以共同學(xué)習(xí)用戶和項(xiàng)目表示。

2）LibFM（Factorization Machine Library）。將基于特征因子分解機(jī)的方法應(yīng)用在點(diǎn)擊率預(yù)測任務(wù)。

3）RippleNet。使用了多跳鄰域結(jié)構(gòu)，通過在知識(shí)圖譜實(shí)體集上傳播用戶興趣，從而自主迭代地沿著知識(shí)圖譜中的鏈接來擴(kuò)展用戶的潛在興趣。

4）KGCN。通過采樣固定數(shù)量的鄰域作為候選項(xiàng)目的感受野，利用圖卷積網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)捕獲高階結(jié)構(gòu)和語義信息。

3.3.4 對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4 所示。可以看出，相較于經(jīng)典的推薦模型CKE、LibFM 以及僅考慮用戶長期興趣的知識(shí)圖譜推薦模型RippleNet 和KGCN，本文所提模型在兩個(gè)公共數(shù)據(jù)集上性能都有所提高。相較于最優(yōu)基線模型KGCN，KGPATLS模型的AUC 指標(biāo)在兩個(gè)數(shù)據(jù)集上分別有2.2%和1.4%的提升，Acc 指標(biāo)在兩個(gè)數(shù)據(jù)集分別有2.5%和2.9%的提升。

表4 不同模型的實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab 4 Experimental results of different models

實(shí)驗(yàn)中，CKE 表現(xiàn)不佳，說明TransE 方法不能有效學(xué)習(xí)知識(shí)圖譜的信息；LibFM 相較于CKE 取得了較好的性能，表明額外使用實(shí)體嵌入可以提高推薦性能。相較于上述兩種模型，RippleNet 和KGCN 表現(xiàn)出了滿意的性能。RippleNet 在知識(shí)圖譜上傳播用戶興趣，從而自主迭代地沿著知識(shí)圖譜中的路徑擴(kuò)展用戶潛在的興趣，但沒有考慮待推薦項(xiàng)目的圖譜信息；KGCN 通過圖卷積網(wǎng)絡(luò)得到項(xiàng)目向量表示，但KGCN 沒有有效利用用戶的歷史項(xiàng)目挖掘用戶的潛在興趣。

對(duì)比上述四種模型，KGPATLS 模型取得了較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。KGPATLS 模型根據(jù)用戶歷史交互信息較全面地分析用戶的長期興趣和短期興趣，結(jié)合用戶的長期興趣表示和短期興趣表示得到用戶的表示，而且通過KGPAT 有效地利用了項(xiàng)目的知識(shí)圖譜信息。

3.4 FPSKD的有效性驗(yàn)證

3.4.1 增量更新的數(shù)據(jù)集劃分

將MovieLens-1M 數(shù)據(jù)集均分為9 份，分別命名為train，day，day，…，day。每一份數(shù)據(jù)集都是按照用戶索引和時(shí)間戳預(yù)處理順序排序。使用train 數(shù)據(jù)集來訓(xùn)練初始的模型Base Model，day，day，…，day這8 天的數(shù)據(jù)集用來模擬增量更新。

針對(duì)Last.FM 數(shù)據(jù)集，將50%的Last.FM 數(shù)據(jù)劃分為train，然后從完整的Last.FM 數(shù)據(jù)集中再均等地劃分4 個(gè)數(shù)據(jù)集命名為day，day，…，day。同樣使用train 數(shù)據(jù)集來訓(xùn)練初始的模型Base Model，day，day，…，day這4 天的數(shù)據(jù)集用來模擬增量更新。

3.4.2 增量更新的實(shí)驗(yàn)設(shè)置

增量更新的實(shí)驗(yàn)設(shè)置如圖5 所示。day中的train用來做增量訓(xùn)練，eval用來評(píng)估模型，day用來測試模型。其中，train和eval的劃分比例為6∶4。如train 數(shù)據(jù)中的train用來訓(xùn)練得到初始模型Base Model，train 數(shù)據(jù)中的eval用來評(píng)估該模型，day數(shù)據(jù)用來測試該模型。

圖5 增量更新實(shí)驗(yàn)設(shè)置Fig.5 Setting of incremental updating experiment

實(shí)驗(yàn)采用評(píng)價(jià)指標(biāo)AUC、Acc 和訓(xùn)練時(shí)間（Training Time）來驗(yàn)證模型的性能。

AUC、Acc：每次模型更新，對(duì)應(yīng)測試數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是取最優(yōu)模型所對(duì)應(yīng)的AUC、Acc 值作為實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。

Training Time：

i

表示模型更新的次數(shù)。本實(shí)驗(yàn)取

i

次運(yùn)行時(shí)間的總和作為評(píng)估指標(biāo)。為了評(píng)估增量更新應(yīng)用到KGPATLS 模型的有效性，模擬真實(shí)的場景，使用第

t

天的數(shù)據(jù)來訓(xùn)練和評(píng)估模型，第

t

+1天的數(shù)據(jù)來測試模型。對(duì)于AUC、Acc 使用增量更新過程中

i

次實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)估指標(biāo)的平均值作為最后增量更新方法的評(píng)估結(jié)果。對(duì)Training Time，使

i

次模型更新花費(fèi)時(shí)間的總和作為最后增量更新方法的評(píng)估結(jié)果。保存Base Model 中評(píng)估指標(biāo)AUC 最好實(shí)驗(yàn)結(jié)果所對(duì)應(yīng)的參數(shù)。使用該保存好的參數(shù)做接下來的模型更新。對(duì)數(shù)據(jù)集MovieLens-1M，Last.FM 保存的Base Model 參數(shù)如表5 所示。

表5 Base Model的參數(shù)Tab 5 Parameters of Base Model

3.4.3 增量更新方法對(duì)比

為了證明FPSKD 在KGPATLS 模型上的有效性，對(duì)比增量更新方法。

FT（Fine Tune）：只使用新數(shù)據(jù)來更新舊模型。

RS（Random Sampling）：使用新數(shù)據(jù)和隨機(jī)采樣的一部分舊數(shù)據(jù)來更新模型。

FPSKD：結(jié)合預(yù)測采樣和知識(shí)蒸餾的增量更新方法。考慮到實(shí)驗(yàn)效率的問題預(yù)測采樣較少的數(shù)據(jù)是合理的，因此僅僅依賴于預(yù)測采樣的舊數(shù)據(jù)來約束參數(shù)是不夠的。為了加強(qiáng)對(duì)舊模型參數(shù)的約束避免遺忘，提出在損失函數(shù)中加入知識(shí)蒸餾損失更好地鞏固用戶老的興趣。

FB（Full Batch）：每次更新模型，都使用舊數(shù)據(jù)和新數(shù)據(jù)全部的數(shù)據(jù)來重新訓(xùn)練模型。

3.4.4 增量更新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

在MovieLens-1M 和Last.FM 兩個(gè)數(shù)據(jù)集上，模型更新的具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表6 所示。

表6 增量更新方法的對(duì)比結(jié)果Tab 6 Comparative experimental results of incremental updating methods

針對(duì)MovieLens-1M，表6 中的AUC、Acc 使用增量更新過程中7 次實(shí)驗(yàn)結(jié)果的平均值作為增量更新方法的評(píng)估結(jié)果。Training Time中

i

=7；針對(duì)Last.FM，表6 中的AUC、Acc 使用增量更新過程中3 次實(shí)驗(yàn)結(jié)果的平均值作為增量更新方法的評(píng)估結(jié)果。Training Time，

i

=3。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)：1）在MovieLens-1M 數(shù)據(jù)集上，F(xiàn)T 已經(jīng)具有較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，與FB 實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差不多，災(zāi)難性遺忘不嚴(yán)重。在AUC和Acc 指標(biāo)上，F(xiàn)PSKD 的優(yōu)于FT 和RS，與FB 實(shí)驗(yàn)結(jié)果相接近，而且在AUC 指標(biāo)上優(yōu)于FB；在Training Time指標(biāo)上，F(xiàn)PSKD 明顯優(yōu)于FB。2）在Last.FM 數(shù)據(jù)集上，F(xiàn)T 與FB 比MovieLens-1M 數(shù)據(jù)集上存在更嚴(yán)重的災(zāi)難性遺忘問題。FPSKD 的AUC 和Acc 優(yōu)于FT 和RS，與FB 實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差不大，且FPSKD 的Training Time明顯優(yōu)于FB。

圖6 展示了每次模型更新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整體趨勢。

圖6 各數(shù)據(jù)集上模型每次更新的AUC和Acc值Fig.6 ACC and Acc values of each update by different models on different datasets

綜上可以得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，F(xiàn)PSKD 是有效的增量更新方法，可以在保持模型性能的前提下，高效地更新模型。

3.4.5 FPSKD消融實(shí)驗(yàn)對(duì)比

為了分析預(yù)測采樣和知識(shí)蒸餾在FPSKD 中起到的作用，進(jìn)行了FPSKD 的消融實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表7 所示。PS 是基于預(yù)測采樣的增量更新方法，使用預(yù)測采樣得到的兩部分?jǐn)?shù)據(jù)和用戶最近交互的新數(shù)據(jù)合并形成在線數(shù)據(jù)來更新舊模型，沒有融合知識(shí)蒸餾。PA（Predict Accuracy）是只采樣舊模型預(yù)測準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和新數(shù)據(jù)合并形成在線數(shù)據(jù)更新模型的方法；PI（Predict Inaccuracy）是只采樣舊模型預(yù)測不準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和新數(shù)據(jù)合并形成在線數(shù)據(jù)更新模型的方法。

表7 FPSKD變體實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比Tab 7 Comparison of experimental results of FPSKD variants

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PS 比PA 和PI 應(yīng)用到KGPATLS 模型上表現(xiàn)出更好的性能。因此，PS 是合理的。FPSKD 優(yōu)于PS，說明知識(shí)蒸餾在解決災(zāi)難性遺忘的問題上起到了一定的作用。

4 結(jié)語

本文首先提出基于知識(shí)圖偏好注意力網(wǎng)絡(luò)的長短期推薦模型，該模型提出偏好注意力網(wǎng)絡(luò)的聚合方式以及結(jié)合用戶長期興趣和短期興趣的用戶表示方法；其次，將融合預(yù)測采樣和知識(shí)蒸餾的增量更新方法應(yīng)用于該模型進(jìn)行模型更新；最后，通過實(shí)驗(yàn)證明了本文提出模型和增量更新方法的有效性。在未來，考慮到用戶的長期興趣是穩(wěn)定的不容易變化的，而用戶的短期興趣是容易隨時(shí)間改變的，針對(duì)長短期模型的特性，分別設(shè)計(jì)用戶的長期興趣和短期興趣不同的增量更新方法來更新模型。