TAGNN論文解讀——SRGNN的進階版本-有解無憂

hi各位大佬好，我是菜鳥小明哥（其實我也是大佬，哈哈，都是大佬），

SRGNN已經初步完成實際應用，效果還好，有用的參考來這里，據說原paper大佬已經更新換代了GNN，也就是TAGNN，望文生義就是“他的GNN”，我啥時候發個“WOGNN”，也就是“我的GNN”，hehe，本文依舊粉絲可見，年底回饋粉絲福利，（不喜歡我翻譯的就別看，看過了又瞎BB，你是閑的蛋疼嗎？），代碼在此，paper在此，

真正意義上的序列推薦，SRGNN算上一個，從序列到序列，無需考慮用戶的id，當然要記住是哪個用戶的點擊序列，不然怎么給他推（infer階段），

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1-拋出問題，提出解決方案

基于會話的推薦應用很廣，但他們的那些方法將會話壓縮為一個固定的向量表達，而沒有考慮預測的目標item，這種固定的向量將會限制推薦模型的能力，也就是目標item的多樣性和用戶的興趣，因此提出目標注意力圖模型用于會話推薦，在TAGNN中，目標意識的注意力自適應激活不同用戶的興趣，關于多樣的目標item，學習到的興趣向量表達隨不同的目標item變化，極大第提升了模型的表現能力，此外，TAGNN利用gnn的能力在會話中捕獲豐富的item轉換（transition），試驗證實方法有效，

2-問題定義和推導會話圖

在會話推薦中，匿名的會話可以表示為一個時間順序的串列 $s=[v_s,i]_{i=1}^{s_n}$ ,定義 $V={v_i}_{i=1}^{m}$ 作為所有用戶點擊的item集合，對于給定會話s，會話推薦的目的就是預測下個行為.模型產生一個所有item的概率有序串列，最后top-k用做推薦，

在模型中將每個會話直接表示為會話圖 $G_s=(V_s,\varepsilon _s,A_s)$ ,其中的三個引數分別定義為節點集合，邊集合，鄰接矩陣，在圖中每個節點代表一個item， $v_{s,i}\in V$ ,每個邊代表用戶訪問item的連續性，比如 $（v_{s,i-1},v_{s,i})$ $(v_{s,i-1},v_{s,i})$ 表示用戶先訪問前者，后訪問后者，【i可視為時間上的概念，注意，作者用v表示item】，定義As為兩個鄰接矩陣 $A_{s}^{out}$ , $A_{s}^{in}$ 的拼接，表示會話中item之間的兩個方向的關系，兩個鄰接矩陣分別表示出邊和入邊連接的權重，

概圖如下：

【再次注釋：會話就是用戶在一段時間內的點擊序列，如圖中就是兩個用戶的額點擊序列，會話中item之間的連接關系構成會話圖，經過gnn網路及注意力（何謂注意力？此處明顯可以望文生義得到，邊連接越多的item重點關注，大眾看的東西可能和你看的東西是相同的，這種情況會不會推出來的全是熱點部分（馬太/長尾啥的）？關于是否是熱點及小的debias方法，可以查看我之前的博文：1如何評價這種偏；2debias即gnn中的做法）處理后再經過線性轉換到預測層softmax，其中Target item虛線表示正反向傳播，即預測結果與實際結果對比，是一個學習程序】

3-學習item Embedding

將每個節點轉換到統一的embedding空間，最終得到每個item的d維度向量表示，這樣就可以用item的embedding表示每個會話s，gnn產生節點表示能夠將圖拓撲做得很好，這樣模型能夠擬合復雜item連接，paper采用ggnn（門圖網路）學習節點表示，網路更新規則：

其中t是訓練步， $A_{s,i}$ 是矩陣As第i行，H和b分別是權重和偏置， $[v_{1}^{t-1},...,v_{s}^{t-1}]$ 是會話中節點向量的list，z和r分別是重置和更新門， $\sigma$ 是sigmoid函式， $\bigodot$ 表示每個元素的點乘，

對于每個會話圖，ggnn模型在鄰節點之間傳遞資訊，更新門和重置門決定什么資訊保留，什么去掉，【說到這里，一個常見的面試題來了，LSTM是啥玩意，GRU是啥子，和經典的RNN有啥子區別，和CNN啥區別，哪里好了，哪里不好？既是送分題，又是送命題】

4-構建目標意識embedding【直譯的，target目標，aware意識】

之前的作業捕獲用戶的興趣僅僅使用會話間item表達，在我們模型中，一旦得到每個item的節點向量，經進行構建目標embedding，自適應的考慮歷史行為中關注的目標item的相關性，定義目標item為所有的候選item去預測，通常，用戶的行為，推薦的item只能匹配用戶一部分的興趣【也就是EE的問題了，參考我之前的知憾訓答】為了擬合這個程序，設計一個新的目標注意力機制計算軟注意力分數（在會話中所有的item上關于每個目標item），

首先引入區域目標注意力模塊計算會話s中所有item的注意力分數，一個非線性轉換通過一個權重W引數話，W用于每個節點-目標對，采用softmax對self-attention分數norm

最終對每個會話s，用戶的興趣到目標item $v_t$ 可以表示為

獲得的目標embedding表示用戶的興趣隨不同的目標item變化，

5- 生成會話embedding

在當前會話s中探索用戶的短長期喜好，使用s中的節點表示，兩個與用戶目標embedding一起的表達將會用于拼接產生更好的會話embedding，

區域embedding：用戶最終的行為可以視為短期喜好——作為一個區域embedding

全域embedding：表示用戶的長期喜好——全域的embedding，通過聚合所有涉及到的節點向量得到，采用另一個軟注意力機制描述最終點擊的item和s中每個涉及到的item之間的依賴關系：

會話embedding：通過線性轉換將目標embedding，區域embedding，全域embedding得到會話的embedding，對于每個目標item都會有不同的會話embedding

6-做推薦

得到所有item的embedding和會話的embedding后，通過item embedding和會話embedding內積計算得到每個目標item的推薦分數，接下來，使用softmax得到最終的輸出概率：

【WOC，y定義為s中的下一個行為，應該是多少個點擊序列就有多少個吧，不然咋給每個用戶推薦啊，別告訴我，這個會話內的用戶推的都一樣，，，，，，，，，，】

交叉熵損失函式：

7-試驗設定

【今天看了優酷的新版本，WOC，竟然有了推薦功能，看起來也不錯，我就點了幾個，似乎很厲害啊，我就看了一個泰劇短片，然后我就搜了下這個名字，也有正片，這種推薦不錯，有沒有個性化我不知道，是在《精選》頁面的】

為了公平對比，去掉了頻次小于5的item，去掉了item少于2的session，為生成訓練集和測驗集，最后一天/一周的會話作為測驗，對于一個會話，可以生成一系列輸入和標簽，例如：一個會話 $s=[v_{s,1},...,v_{s,s_n}]$ ，可以分為 $([v_{s,1}],v_{s,2}),([v_{s,1},v_{s,2}],v_{s,3})......$ 串列后面的是label

對比方法有很多，包括item-knn，BPR，MF，NARM等等，當然肯定還有SRGNN

評價指標為P和MRR topk20

超引數設定，embedding維度為100，LR為0.001，衰減因子為0.1（每三次訓練），batch_size為100（是不是有點小啊），L2懲罰項為1e-5，優化器為Adam

8-消融研究（Ablation Studies）

【這個破玩意單詞不要以為多么復雜，它就是個初中物理中學的控制變數法，我至今還記得物理老師說，小車從斜坡上下滑，，，，，，，，一切高大上都不復雜，除非提出這個研究的人自己都解釋不清楚，能將自己研究的東西言簡意賅的講出來，這才是真正的懂了，做到這點，面試不會太差】

設計4個模型變體觀察模型效果，分別是只有區域embedding——TAGNN-L，采用avg的全域embedding——TAGNN-Avg，注意力全域embedding——TAGNN-att，區域embedding+注意力全域embedding——TAGNN-L+att，下圖是效果：

很顯然，混合embedding策略是最佳的，也就是論文提出的方法，TAGNN-L僅僅用了最后一個item作為會話的表達，說明最后的item對用戶最終的行為有很大影響，Avg是最差的，這就說明用戶的行為是多樣性的，不能平均，

敬請期待我的代碼解讀，拜拜，

回頭望，從未懂開口講愛你，

放下你，已是再會無期，

但常伴心扉，柔情全屬你，

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