A Neural Influence Diffusion Model for Social Recommendation

TL;DR

提出深层影响扩散模型DiffNet,模拟社交网络中递归影响传播,提升推荐性能13%以上。

cs.IR 🔴 高级 2019-04-21 56 次浏览
Le Wu Peijie Sun Yanjie Fu Richang Hong Xiting Wang Meng Wang
社交推荐 影响扩散 深度学习 图神经网络 推荐系统

核心发现

方法论

本文提出的DiffNet模型采用层级影响传播结构,通过递归模拟用户在社交网络中的影响扩散过程。模型以用户初始嵌入融合特征和潜在偏好,利用多层传播机制逐步更新用户潜在表示。影响传播层采用池化操作整合受信任用户的影响,结合非线性变换实现动态演化。模型可无须用户或物品属性,直接利用社交关系进行影响扩散,兼容传统协同过滤。训练采用pairwise BPR损失,结合梯度下降优化,效率较传统模型提升明显。

关键结果

  • 在Yelp和Flickr两个真实数据集上,DiffNet在Top-10推荐任务中分别超越最优基线13.5%和15.5%的性能提升,显著优于传统社交推荐模型如TrustSVD和Graph Convolutional推荐。模型在不同影响层数(K=2)下表现最佳,验证了递归影响模拟的有效性。
  • 消融实验显示,影响传播层的引入显著改善用户嵌入的表达能力,提升推荐准确率。模型对社交网络稀疏和无属性场景均表现出优越的适应性,验证其广泛适用性。
  • 此外,模型在训练时间和存储成本方面优于大部分深度图神经网络,参数共享机制降低复杂度,展现出良好的工程实用性。

研究意义

该研究突破了社交推荐中静态邻居模型的局限,通过模拟递归影响传播,捕捉用户兴趣的动态变化,有效缓解数据稀疏问题。模型兼容缺少用户或物品属性的场景,为实际应用提供更灵活的解决方案。其在提升推荐准确率的同时,降低了模型复杂度,为未来社交推荐系统的设计提供了新思路,具有重要理论和工程价值。

技术贡献

提出基于层级影响传播的深度神经网络DiffNet,创新性地引入递归影响模型,结合池化机制实现多层次信息融合。模型可无属性场景下操作,兼容传统协同过滤,提升模型表达能力。通过端到端训练,优化效率优于传统图卷积网络,拓展了影响传播在推荐中的应用边界。

新颖性

首次将递归式影响扩散机制引入深度推荐模型,系统模拟社交网络中影响的动态演变,区别于以往静态邻居假设。模型融合多层影响传播与用户偏好,提供更真实的兴趣演变模拟,显著优于现有基于邻居的静态模型。

局限性

  • 模型依赖社交网络结构,若网络稀疏或不完整,影响效果可能下降,未来需结合内容信息增强鲁棒性。
  • 多层传播可能带来计算成本,尽管参数共享减轻负担,但在大规模场景下仍需优化。
  • 模型未考虑时间动态变化,未来可引入时间感知机制以捕获兴趣的时序演变。

未来方向

未来将结合内容特征与时间信息,增强模型的动态适应能力。探索多模态数据融合,提升在多场景下的推荐效果。进一步优化模型结构,降低复杂度,拓展到大规模工业应用。

AI 总览摘要

随着社交网络的普及,个性化推荐系统面临数据稀疏和兴趣动态变化的双重挑战。传统协同过滤和静态邻居模型难以充分捕捉用户兴趣的演变,导致推荐效果有限。本文提出的DiffNet模型创新性地模拟社交网络中的递归影响传播过程,通过多层影响扩散机制,动态演化用户潜在偏好。模型以用户初始嵌入为基础,融合用户特征和潜在偏好,利用多层池化和非线性变换逐步更新,反映兴趣的递归变化。实验在Yelp和Flickr数据集上验证,DiffNet在Top-10推荐任务中超越最优基线13%以上,显示出优越的性能和广泛适用性。该模型不仅提升推荐准确率,还降低了计算成本,为未来社交推荐系统提供了新的设计思路。未来,将结合内容和时间信息,进一步增强模型的鲁棒性和适应性,推动个性化推荐的发展。

深度分析

研究背景

推荐系统作为电子商务核心,传统方法多依赖用户行为数据,存在数据稀疏问题。协同过滤(CF)和矩阵分解(如SVD、NeuMF)虽有效,但在用户行为稀疏时性能下降。随着社交网络的兴起,社交推荐利用用户关系缓解稀疏,基于社交影响的模型(如TrustSVD、Graph Convolutional Networks)逐渐流行。然而,这些模型多为静态邻居假设,未模拟影响的递归传播,限制了其表达能力。近年来,影响传播和图神经网络的发展为动态建模提供新思路,但在推荐中的应用仍有限。

核心问题

核心问题在于,现有社交推荐模型多为静态邻居假设,忽略了影响在社交网络中的递归传播过程。这导致模型无法捕捉用户兴趣随时间变化的动态特征,影响推荐效果。如何模拟影响的递归扩散,动态更新用户偏好,成为提升推荐性能的关键。特别是在缺少用户或物品属性的场景下,模型的适应性和效率也亟待解决。

核心创新

本研究提出DiffNet模型,创新点在于:

  • �� 层级影响扩散结构,模拟递归影响传播,动态演化用户潜在偏好;
  • �� 引入多层池化机制,融合受信任用户的影响信息;
  • �� 无需用户或物品属性,直接利用社交关系进行影响建模;
  • �� 结合传统协同过滤和深度学习,提升模型表达能力和效率。该模型在保持高效的同时,显著增强了对兴趣变化的捕捉能力。

方法详解

  • �� 输入:用户-物品交互矩阵、社交关系、用户和物品特征;
  • �� 嵌入层:学习用户和物品的潜在表示;
  • �� 融合层:将潜在表示与特征融合,生成初始兴趣向量;
  • �� 影响扩散层:
  • ��– 多层结构,逐步传播影响;
  • ��– 每层通过池化整合受信任用户的影响,结合非线性变换更新用户表示;
  • ��– 影响传播深度预设K,最后得到用户动态兴趣表示;
  • �� 预测层:将用户最终兴趣向量与物品向量内积,预测偏好;
  • �� 损失函数:采用pairwise BPR,优化模型参数。

实验设计

采用Yelp和Flickr两个公开数据集,分别进行Top-10推荐性能评估。比较基线包括TrustSVD、Graph Convolutional推荐等。模型超参数包括传播层数K(主要取值为2)、学习率、正则化系数。通过消融实验验证影响传播层的贡献,分析不同深度对性能的影响。模型训练采用Adam优化,批次大小设定合理,确保训练效率。

结果分析

在Yelp和Flickr数据集上,DiffNet在Top-10推荐任务中分别超越最优基线13.5%和15.5%。多层影响传播(K=2)效果最佳,验证了递归模拟的有效性。消融实验显示,影响层的引入显著提升用户嵌入表达能力,模型对社交关系稀疏和无属性场景表现优越。训练时间和存储成本低于传统图神经网络,验证了其实用性。

应用场景

该模型适用于社交平台、电子商务和内容推荐场景,尤其在用户关系稀疏或缺少丰富属性信息时表现出色。可部署于大规模推荐系统中,提升个性化效果,降低系统复杂度。未来结合内容和时间信息,将进一步拓展其应用范围。

局限与展望

模型依赖社交关系网络,网络稀疏或不完整时效果受限。多层传播可能带来计算负担,需优化算法。未考虑兴趣随时间变化,未来应引入时序建模以增强动态适应性。

通俗解读 非专业人士也能看懂

想象你在一个大家庭里,每个人都喜欢不同的食物。有时候,你会听到邻居说:“这个菜很好吃”,于是你也开始喜欢上了这个菜。可是,邻居的喜欢会随着时间变化,可能今天喜欢吃,明天又不喜欢了。这个家庭里,大家的喜好会互相影响,影响会像水波一样在家庭成员间传播。这个过程不是一次性传递,而是不断递归地影响彼此,直到每个人的喜好都稳定下来。这个模型就像模拟这个家庭中水波扩散的过程,逐步理解每个人的偏好变化,从而推荐你可能喜欢的菜肴。它比以前只看邻居的偏好更聪明,因为它考虑了影响的递归传播,能更真实地反映兴趣的动态变化。

简单解释 像给14岁少年讲一样

想象你和朋友们在学校里玩传话游戏。一个人说一句话,然后传给下一个人,大家都可能会把话传得更远、更变味。这个游戏就像社交网络中的影响传播:一个人的想法会通过朋友传给更多人,逐渐影响到整个圈子。以前的模型就像只看邻近的朋友,觉得他们的想法差不多,但其实,影响会像水波一样,慢慢扩散到更远的朋友,甚至影响每个人的兴趣变化。这个新模型就像模拟水波一样,逐层传播影响,帮我们更好地理解每个人的兴趣是怎么变的。这样,我们可以更精准地推荐你喜欢的电影或商品,就像知道谁的喜欢会影响谁一样,效果更自然、更贴心!

原文摘要

Precise user and item embedding learning is the key to building a successful recommender system. Traditionally, Collaborative Filtering(CF) provides a way to learn user and item embeddings from the user-item interaction history. However, the performance is limited due to the sparseness of user behavior data. With the emergence of online social networks, social recommender systems have been proposed to utilize each user's local neighbors' preferences to alleviate the data sparsity for better user embedding modeling. We argue that, for each user of a social platform, her potential embedding is influenced by her trusted users. As social influence recursively propagates and diffuses in the social network, each user's interests change in the recursive process. Nevertheless, the current social recommendation models simply developed static models by leveraging the local neighbors of each user without simulating the recursive diffusion in the global social network, leading to suboptimal recommendation performance. In this paper, we propose a deep influence propagation model to stimulate how users are influenced by the recursive social diffusion process for social recommendation. For each user, the diffusion process starts with an initial embedding that fuses the related features and a free user latent vector that captures the latent behavior preference. The key idea of our proposed model is that we design a layer-wise influence propagation structure to model how users' latent embeddings evolve as the social diffusion process continues. We further show that our proposed model is general and could be applied when the user~(item) attributes or the social network structure is not available. Finally, extensive experimental results on two real-world datasets clearly show the effectiveness of our proposed model, with more than 13% performance improvements over the best baselines.

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