Fairness Begins with State: Purifying Latent Preferences for Hierarchical Reinforcement Learning in Interactive Recommendation

TL;DR

DSRM-HRL通过状态净化和分层决策实现推荐公平性,提升推荐效用和曝光公平性。

cs.LG 🔴 高级 2026-03-04 3 次浏览
Yun Lu Xiaoyu Shi Hong Xie Xiangyu Zhao Mingsheng Shang
交互推荐 公平性 强化学习 扩散模型 状态表示

核心发现

方法论

本文提出DSRM-HRL框架,将公平性推荐问题重新定义为潜在状态净化问题,结合分层决策。核心组件包括基于扩散模型的去噪状态表示模块(DSRM),用于从高熵噪声中恢复低熵偏好流形。高层策略调控长期公平性轨迹,低层策略在动态约束下优化短期参与度。

关键结果

  • 在KuaiRec上,DSRM-HRL实现了88%的绝对差异改善和18.4%的交互长度提升,打破了“富者愈富”反馈循环。
  • 在KuaiRand上,DSRM-HRL在推荐效用和曝光公平性之间达到了更优的帕累托前沿。
  • 消融实验表明,去噪状态表示模块是实现公平性和效用提升的关键。

研究意义

该研究通过净化用户状态,解决了推荐系统中长期存在的准确性与公平性冲突问题。它不仅在学术界提供了新的理论视角,还为工业界的推荐系统设计提供了实用的方法论指导,特别是在处理长尾物品曝光不公平性方面。

技术贡献

技术贡献包括首次将扩散模型应用于状态净化,提出了分层强化学习结构以解耦长期公平性和短期效用目标。与现有方法相比,提供了新的理论保证和工程可能性。

新颖性

本研究首次将扩散模型用于推荐系统中的状态净化,区别于传统的奖励调整方法,直接从根本上解决了状态估计问题。

局限性

  • 在极端噪声环境下,去噪效果可能不稳定,影响推荐准确性。
  • 需要大量计算资源进行训练,可能不适合资源有限的应用场景。
  • 对用户偏好的建模假设可能不适用于所有类型的推荐系统。

未来方向

未来工作可以探索在更多实际场景中应用DSRM-HRL,优化其计算效率,并研究其在多样化用户群体中的表现。

AI 总览摘要

交互推荐系统在现代数字生态系统中扮演着重要角色,但现有方法往往在准确性和公平性之间存在冲突。本文提出的DSRM-HRL框架通过状态净化和分层决策,解决了这一长期存在的问题。

DSRM-HRL的核心在于去噪状态表示模块(DSRM),利用扩散模型从高熵噪声中恢复低熵偏好流形。结合分层强化学习结构,高层策略调控长期公平性,低层策略优化短期参与度。

实验结果表明,DSRM-HRL在KuaiRec和KuaiRand上显著提升了推荐效用和曝光公平性,打破了“富者愈富”反馈循环。尽管需要大量计算资源,DSRM-HRL为推荐系统设计提供了新的理论和实践指导。未来工作将着重于优化计算效率和扩展应用场景。

深度分析

研究背景

交互推荐系统已经成为现代数字生态系统的基石,广泛应用于短视频流媒体和大型电子商务平台。为了应对用户-系统交互的复杂性,强化学习(RL)逐渐成为主流范式。然而,随着这些系统对信息传播的影响日益增大,推荐公平性问题变得尤为重要。现有的公平性方法通常通过奖励函数调整或策略输出约束来缓解这些偏差,但这些方法假设观察到的用户状态是对真实偏好的忠实表示。

核心问题

现有的公平性方法假设观察到的用户状态是对真实偏好的忠实表示,但实际上,隐式反馈常常被流行度驱动的噪声和曝光偏差污染,导致状态失真,误导RL代理。本文认为,准确性和公平性之间的持续冲突不仅仅是奖励设计问题,而是状态估计失败的问题。

核心创新

本文提出DSRM-HRL框架,将公平性推荐问题重新定义为潜在状态净化问题,结合分层决策。• DSRM模块基于扩散模型,恢复低熵偏好流形。• 高层策略调控长期公平性轨迹。• 低层策略在动态约束下优化短期参与度。该方法通过净化用户状态,解决了推荐系统中长期存在的准确性与公平性冲突问题。

方法详解

  • �� DSRM模块:基于扩散模型,去噪用户状态。• 高层策略:调控长期公平性。• 低层策略:优化短期参与度。• 扩散过程:逐步注入高斯噪声,模拟偏好信号退化。• 反向扩散:重构偏好结构,恢复低熵状态。

实验设计

实验在高保真模拟器KuaiRec和KuaiRand上进行,验证DSRM-HRL的有效性。采用标准RL基线和最先进的公平性方法进行比较,评估指标包括推荐效用和曝光公平性。消融实验用于分析各组件的贡献。

结果分析

在KuaiRec上,DSRM-HRL实现了88%的绝对差异改善和18.4%的交互长度提升。在KuaiRand上,DSRM-HRL在推荐效用和曝光公平性之间达到了更优的帕累托前沿。消融实验表明,去噪状态表示模块是实现公平性和效用提升的关键。

应用场景

DSRM-HRL可直接应用于需要平衡推荐效用和公平性的场景,如短视频平台和电子商务网站。其核心在于通过状态净化提高长尾物品的曝光机会,从而改善用户体验和平台效用。

局限与展望

DSRM-HRL在极端噪声环境下可能不稳定,影响推荐准确性。需要大量计算资源进行训练,可能不适合资源有限的应用场景。对用户偏好的建模假设可能不适用于所有类型的推荐系统。

通俗解读 非专业人士也能看懂

想象一个图书馆,图书馆员根据读者的历史借阅记录推荐书籍。但这些记录可能被热门书籍的高借阅率所影响,导致推荐偏差。DSRM-HRL就像一个聪明的图书馆员,能够识别并过滤掉这些流行度噪声,专注于读者的真实兴趣。通过这种方式,它不仅能推荐读者真正感兴趣的书籍,还能确保那些鲜为人知但有价值的书籍得到公平的展示机会。

简单解释 像给14岁少年讲一样

想象你在玩一个游戏,游戏里有很多隐藏的宝藏,但系统总是推荐那些大家都知道的宝藏。DSRM-HRL就像一个聪明的助手,帮你过滤掉这些大众推荐,找到真正适合你的隐藏宝藏。这样,你不仅能获得更好的游戏体验,还能发现更多有趣的东西!

术语表

扩散模型 (Diffusion Model)

一种生成模型,通过逐步添加噪声来模拟数据的退化过程,然后通过反向过程恢复数据。

在本文中用于去噪用户状态,恢复真实偏好流形。

状态净化 (State Purification)

通过去除噪声和偏差,恢复用户的真实偏好状态。

本文的核心方法,用于提高推荐系统的公平性和准确性。

分层强化学习 (Hierarchical Reinforcement Learning)

一种强化学习方法,通过高层和低层策略的分工合作,解决复杂任务。

用于解耦长期公平性和短期效用目标。

长尾物品 (Long-tail Items)

在推荐系统中,那些不常被推荐但具有高潜在价值的物品。

DSRM-HRL通过状态净化提高这些物品的曝光机会。

帕累托前沿 (Pareto Frontier)

在多目标优化中,表示在不损害其他目标的情况下,某一目标无法进一步优化的状态。

用于评估DSRM-HRL在推荐效用和曝光公平性之间的平衡。

开放问题 这项研究留下的未解疑问

  • 1 如何在资源有限的环境中实现高效的状态净化?
  • 2 DSRM-HRL在多样化用户群体中的表现如何?
  • 3 如何进一步优化DSRM-HRL的计算效率?

应用场景

近期应用

短视频平台

通过状态净化提高长尾视频的曝光机会,提升用户体验和平台效用。

电子商务网站

在推荐商品时,确保长尾商品得到公平展示,从而增加销售机会。

远期愿景

智能推荐系统

实现更高效、更公平的推荐系统,推动个性化服务的发展。

原文摘要

Interactive recommender systems (IRS) are increasingly optimized with Reinforcement Learning (RL) to capture the sequential nature of user-system dynamics. However, existing fairness-aware methods often suffer from a fundamental oversight: they assume the observed user state is a faithful representation of true preferences. In reality, implicit feedback is contaminated by popularity-driven noise and exposure bias, creating a distorted state that misleads the RL agent. We argue that the persistent conflict between accuracy and fairness is not merely a reward-shaping issue, but a state estimation failure. In this work, we propose \textbf{DSRM-HRL}, a framework that reformulates fairness-aware recommendation as a latent state purification problem followed by decoupled hierarchical decision-making. We introduce a Denoising State Representation Module (DSRM) based on diffusion models to recover the low-entropy latent preference manifold from high-entropy, noisy interaction histories. Built upon this purified state, a Hierarchical Reinforcement Learning (HRL) agent is employed to decouple conflicting objectives: a high-level policy regulates long-term fairness trajectories, while a low-level policy optimizes short-term engagement under these dynamic constraints. Extensive experiments on high-fidelity simulators (KuaiRec, KuaiRand) demonstrate that DSRM-HRL effectively breaks the "rich-get-richer" feedback loop, achieving a superior Pareto frontier between recommendation utility and exposure equity.

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