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mahout的taste框架是协同过滤算法的实现。它支持DataModel,如文件、数据库、NoSQL存储等,也支持Hadoop的MapReduce。这里主要分析的基于MR的实现。
基于MR的CF实现主要流程就在 org.apache.mahout.cf.taste.Hadoop.item.RecommenderJob类中(注意mahout有两个 RecommendJob,要看清楚是哪一个包)。这 个类的run方法就包含了所有的步骤。从上到下,完整的其实有10步(中间计算item相似度其实拆分成了3个job,我们也当做是一个phase吧), 也就是说,如果指定了所有的必要参数,运行一次item-based CF算法,会执行12个JOB,当然有的步骤是可以忽略的,下面会讲。以下就是详细的每一步骤的分析:
phase1: itemIDIndex
这步主要是将itemId转成一个int。这里设计上其实有点小问题,如果item的数量非常多,比如超过int的最大值,那就有可能会出现重合了。所以用long其实更为合适。
input:用户评分文件(这也是我们最原始的输入了),格式一般为:userId t itemId t score。注意输入必须是textfile的。可能是为了方便测试吧,mahout的很多包默认输出都是textfile格式的。
map:(index, itemId)
reduce: (index, itemId)
phase2: toUserVector
input:用户评分文件
param: --userBooleanData如果这个参数为true,则会忽略评分列,对于买或不买这类数据有时需要指这定这个值。
map: (userId, itemId,pref)
reduce: 以用户为key,输出成向量形式è (userId, VectorWritable<itemId, pref>)
phase3: countUser,计算用户数
map: (userId)
reduce: 输出总用户数count
phase4: maybePruneAndTranspose
input: phase2的输出:userVector
param: --maxCooccurrences
map: (userId,Vector<itemId, pref>) è(itemId,DistributedRowMatrix<userId,pref>),注意如果指定了—maxCooccurrences参数,这里会有裁剪,www.codesky.net 每个userId最多对maxCooccurrences的itemId打分
这里的DistributedRowMatrix,分布式行矩阵:行:itemId, 列:userId
reduce: (itemId, VectorWritable<userId,pref>)
phase5: RowSimilarityJob
这一步比较关键,计算item相似度,它拆分成了三个JOB。
param: --numberOfColumns, --similarityClassname,--maxSimilaritiesPerRow(默认:100)
job1:weight
input:phase4的输出
map: (itemId, VectorWritable <userId, pref>) ==>(userId, WeightedOccurrence<itemId, pref, weight>)
这里的weight,对于欧氏向量距离,或者Pearson距离等,均为Double.NaN,即无效。在LoglikelihoodVectorSimilarity中有用到weight的值。
reduce:(userId, WeightedOccurrenceArray<itemId, pref, weight>)
job2:pairwise similarity *item相似度计算*
map: 对同一用户的所有item-rating,输出两两item之间的关系 ==>(WeightedRowPair<itemA, itemB, weightA, weightB>, coocurrence<userId,valueA, valueB>) (同上,这里的权重weightA,B对于欧氏距离等可以忽略)
reduce: 在这端,以<itemA,itemB>为key聚合了来自不同map的所有用户的 打分,最后输出itemA和B的对称相似度(即以itemA为key或以itemB为key)==> (SimilarityMatrixEntryKey<itemA,similarity>, MatrixEntryWritable<WeightedRowPair<itemA, itemB,weightA, weightB>>) , (SimilarityMatrixEntryKey<itemB,similarity>, MatrixEntryWritable<WeightedRowPair<itemB, itemA,weightB, weightA>>)
job3:entries2vectors *汇总item的相似items*
param: --maxSimilaritiesPerRow
map: (itemA, itemB, similarity) & (itemB,itemA, similarity) 这里在group的时候按相似度降序做了排序,如果有--maxSimilaritiesPerRow参数,则会做裁剪。
reduce: (itemA, VectorWritable <item,similarity>)
至此,item相似度计算完毕。
phase6: prePartialMultiply1
input: phase5的最后输出(即item相似度)
map: 直接输出item对应的相似items,这里用VectorOrPrefWritable做了封装,表明有可能是相似度向量,也有可能是对item的打分,并且对item为自己的,将相似度设为Double.NaN,以过滤自身。è(itemId,VectorOrPrefWritable<item, similarity>)
reduce: IdentityReducer
phase7: prePartialMultiply2
input: phase2的输出userVectors
map: 输出:(itemId, VectorOrPrefWritable<userId, pref>)
这里默认考虑用户对10个item的评分,可以通过maxPrefsPerUserConsidered参数调整。
如果指定了usersFile,则在setup时会把所有的userId读入内存,用于过滤。如果map输入数据的userID不在usersFile中,则会被忽略。注意,这是mahout的设计bug,对于比较大的数据集,很有可能造成OOM(事实上在我的测试程序中已经出现OOM了…),这种bug下面还会出现。输出的是用户的评分,同phase6的VectorOrPrefWritable的封装。
reduce: IdentityReducer
phase8: partialMultiply
input: 6和7的输出:prePartialMultiply1, prePartialMultiply2
map: Identity。由于6和7的输出的key均为itemId,因而在reduce端同一item的相似item以及对应的用户评分会聚合到一起。
reduce:(itemId, VectorAndPrefsWritable<similarityMatrix, List<userId>,List<pref>>) 没做特殊处理,直接合在一起,输出相似度矩阵,所有的userId及对item的打分。
phase9: itemFiltering
将过滤文件输出成<userId, itemId>。如果指定了--filterFile参数,则在最后的聚合推荐中会过滤userId对应的items。这一步在实际中多数是可以忽略的,只要不指定这个参数即可。
phase10: aggregateAndRecommend
map: 对每个用户,输出对当前item的评分,以及与当前item的所有相似 itemsè(userId, PrefAndSimilarityColumnWritable<pref,vector<item, similarity>>)
reduce: 聚合了这个用户所有的评分历史,以及相似items,计算对该用户的推荐结果 è (userId, List<itemId>)。
注意在reduce的setup中,会将phase1产生的所有itemId到index的映射读入内存,这里只要Item数据集稍大,就会OOM。这是比较严重的设计bug。
事实上,如果item是正规的整数,而不是guid之类的,phase1和这一步的读入内存是完全可以略掉的。这样的话 就完全可以在企业级的数据集上使用(我的测试数据集是15亿+的user-item-rating,1.5亿+的用户,在最后这一步挂掉了,前面所有 phase都能跑成功)。
至此,已经形成了推荐结果,CF完成。
以上的所有步骤中,phase5的计算item相似度是最慢的(这个其实也很直觉)。