如何只使用标签来构建一个简单的电影推荐系统
作者：Johnson Kuan
编译：ronghuaiyang
导读
使用基于内容的方法来找到最相似的电影。
介绍
假设你正在推出下一个非常大的订阅视频点播(SVOD)流媒体服务，并且你已经获得了过去 100 年里发行的所有主要电影的流媒体权。祝贺你，这是不可思议的壮举！
现在你有了很多电影。如果没有推荐系统，你就会担心随着时间的推移，用户可能会被他们不关心的电影所淹没。这可能会导致客户流失，这是你最不想看到的！
所以你决定建立一个电影推荐系统。由于你的服务是新的，所以你还没有足够的数据来了解哪些用户正在观看哪些电影。这就是所谓的冷启动问题，它不能让你仅根据用户的历史收视记录来推荐电影。
幸运的是，即使没有足够的观看数据，我们仍然可以建立一个像样的电影元数据推荐系统。这就是 MovieLens 的作用所在。MovieLens 提供了一个公共数据集，其中包含每个电影的关键字标签。这些标签信息量很大。例如，看看 Good Will Hunting 的最重要的社群标签。
在这篇文章的其余部分，我将回答三个业务问题，这三个问题对于构建一个简单的基于内容的推荐系统非常关键，其中的标签来自 MovieLens：
- 每部电影需要多少个标签？
- 我们如何使用标签来衡量电影之间的相似性？
- 我们如何使用标签为用户生成电影推荐？
这个分析的代码可以在这里找到：https://github.com/JohnsonKuan/movie-rec-tags，以及数据和 Conda 环境 YAML 文件，以便你轻松地复现结果。
1) 每部电影我们需要多少个标签？
MovieLens 标签数据集中大约有 10K 个不一样的电影和 1K 个不一样的标签。每部电影的每个标签都有一个相关分数，所以大约有 1000 万个电影标签对。相关性得分范围为 0 到 1。
并不是每个标签都与电影相关，所以我们只需要保留最相关的标签。首先，我们可以根据相关评分对每部电影的标签进行排序。例如，下面是 Remember the Titans 的 top10 标签。请注意，相关性评分远远高于 0.9，这表明它们是非常相关的标签。
基于相关性得分的前 10 个标签(降序排列)
接下来，我们在下面的图中确认，电影的高排名标签往往具有较高的中值相关性得分。电影的排第一个的标签的中值相关度几乎是 1。我们可以看到，当我们下降到第 50 位时，中值相关性得分逐渐下降。
为了找到与电影最相关的标签，我们可以根据相关性评分保留电影的前N个标签。在这里，我们需要仔细挑选。如果N很小，我们有非常相关的但是很少的标签。如果N很大，我们有很多标签，但是其中很多可能是无关的。
下面的图显示了从第 1 个标签到第 100 个标签的中值的变化百分比。当相关性得分开始变得更稳定时，我们看到在第 50 位附近有一个拐点。因此，我们可以选择N=50 作为每个电影保留的合理数量的标签。注意，这是一个相当简单的“拐点方法”风格的方法，可以在以后进行优化。
现在我们可以得到每个电影的前 50 个标签的列表，我们将在下一节中使用它们。例如，Toy Story 的前 50 个标签如下。
2) 我们如何使用标签来度量电影之间的相似度？
在为用户生成电影推荐之前，我们需要一种基于电影的前 50 个标签的相似性度量方法。在基于内容的推荐系统中，用户将被推荐与他们已经看过的电影相似的电影。
在这里，我会演示两种度量相似性的方法：
-
两个电影标签集合的 Jaccard Index
-
基于标签的电影向量（即内容嵌入）的余弦相似度。
Jaccard Index
使用 Jaccard Index 的第一种方法度量两个集合A和B之间的相似性，即交集的大小除以并集的大小。在度量电影之间的相似性时，我们可以计算这两组电影标签的索引。
例如，我们有三个电影下面和他们的前 3 个标签：
-
电影A的标签 =(动作，空间，友情)
-
电影B的标签 =(冒险，太空，友谊)
-
电影C的标签 =(浪漫，喜剧，成长)
直观上，我们可以看出电影A与B更相似，而不是C。这是因为电影A和B共享两个标签(空间，友情)，而电影A和C不共享任何标签。
下面是基于 Jaccard Index 的与 Good Will Hunting 相似的 10 部电影。对于 Good Will Hunting 的观众来说，这些建议似乎是合理的。注意，我在列表中包括了 Good Will Hunting，以显示在比较电影本身时 Jaccard Index=1。
基于 Jaccard Index 的标签集的类似 Good Will Hunting 的电影
以下是 10 部与 Interstellar 相似的电影。对于 Interstellar 的观众来说，这些建议似乎也很合理。
基于 Jaccard Index 的标签集的类似 Interstellar 的电影
为了进一步说明 Jaccard Index 的有效性，请看下面基于和 Interstellar 相似的电影的标签频率的词云。在这里，我们可以看到哪些标签在相似性计算中更加突出(例如科幻小说，伟大的结局，反乌托邦的未来，哲学，大脑)。
基于和 Interstellar 相似的电影的标签频率的词云
电影向量（也就是内容嵌入）的余弦相似度
第一个使用 Jaccard Index 的方法帮助我们建立了一种关于与标签相似的含义的直觉。基于余弦相似度的第二种方法稍微复杂一点。它要求我们把电影表示成一个向量。这里，向量就是一组数字。
例如，我们可以用三个实数来表示三个相同的电影：
-
电影A = (1.1, 2.3, 5.1)
-
电影B = (1.3, 2.1, 4.9)
-
电影C = (5.1, 6.2, 1.1)
直观上，我们可以再次看到电影A与B更相似，而不是C。这是因为电影A和B在每个维度上有更接近的数字(例如第一个维度是 1.1 vs 1.3)。
为了找到一个好的向量表示的电影，我使用了 Doc2Vec (PV-DBOW)技术，我们拿到一个电影(文档)，并基于标签（文档中的词）学习一个到潜在K维空间的映射。我不会在这里深入讨论细节，但这是我们如何基于标签将电影表示为向量的方法。
Doc2Vec 论文中对 PV-DBOW 技术的可视化，对于每个段落 ID (movie)，我们训练一个模型来预测该段落中某个单词(movie tag)的共现性
一旦我们可以把每一部电影表示成一个向量，我们就可以计算向量之间的余弦相似度来找到相似的电影。我不会在这里详细介绍余弦相似度，但是在一个较高的层次上，它告诉我们电影向量彼此之间有多么相似，我们可以使用它来生成推荐。
下面我用 UMAP 在二维空间上可视化电影向量，这是一种流行的非线性降维技术。我们可以看到，在这个向量空间中距离较近的电影更加相似(例如 Toy Story 和 Monsters 等等)。
从电影标签语料库中学习电影向量
3) 我们如何使用标签为用户生成电影推荐？
现在我们可以使用标签来度量电影之间的相似性，我们可以开始为用户生成电影推荐。
请记住，在基于内容的推荐系统中，用户将被推荐与他们已经看过的电影相似的电影。如果用户只看过一部电影(如 Good Will Hunting)，我们可以像以前一样简单地使用 Jaccard Index(或余弦相似度)来生成要推荐的类似电影的列表。
更实际的情况是，用户已经观看了一组电影，我们需要根据这些电影的组合属性来生成推荐。
一个简单的方法是计算一个用户向量，作为他们看过的电影向量的平均值。这些用户向量可以表示用户的电影偏好属性。
例如，如果用户只看过电影 A 和 B：
- 电影A = (1,2,3)
- 电影B = (7,2,1)
- 用户向量=电影A和B的平均 = (4,2,2)
以下是我喜欢看的电影。我们如何使用这些电影的标签生成电影推荐？
Interstellar, Good Will Hunting, Gattaca, Almost Famous, The Shawshank Redemption, Edge of Tomorrow, Jerry Maguire, Forrest Gump, Back to the Future
我的用户向量是上述 9 部电影的电影向量的平均值。我可以使用我的用户向量，找到我还没有看过的最相似的电影(基于余弦相似性)。下面是我的电影推荐，这是令人惊讶的好，考虑到我们在这里只是使用了电影标签！
The Theory of Everything
Cast Away
Dead Poets Society
Charly
Rain Man
Groundhog Day
Pay It Forward
A Beautiful Mind
E.T. the Extra-Terrestrial
Mr. Holland's Opus
On Golden Pond
It's a Wonderful Life
Children of a Lesser God
The Curious Case of Benjamin Button
Star Trek II: The Wrath of Khan
Cinema Paradiso
Mr. Smith Goes to Washington
The Terminal
Her
The World's Fastest Indian
The Truman Show
Star Trek: First Contact
The Family Man
下面总结一下我们基于内容的推荐系统。请注意，如果我们将系统部署为 API，我们可以在批处理过程中预先计算用户向量和相似分数，以加快推荐的提供。
- 输入：用户向量(从标签中学习到的电影向量的平均值)
- 输出：基于用户和电影向量的余弦相似度，与用户相似的电影列表
英文原文：https://towardsdatascience.com/how-to-build-a-simple-movie-recommender-system-with-tags-b9ab5cb3b616
