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专利号: 2020115865546
申请人: 河北工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于图卷积的神经协同过滤的信息推荐方法,其特征在于包括以下步骤:S1:采集用户行为数据和用户,物品的属性内容;

S2:若采集的行为是显式评分,则根据用户对物品的评分信息构造用户‑物品图,计算用户与用户、物品与物品之间的相似度构造用户‑用户图,物品‑物品图;若采集的行为信息只有浏览、点击隐式交互信息,构造用户‑物品图;

S3:对构建的关系图进行图卷积操作,得到用户、物品的节点的特征向量;

S4:将用户、物品的节点的特征向量分别与用户、物品的属性特征进行全连接;

S5:将得到的用户、物品的节点的特征向量作为神经协同过滤算法框架的输入层,从而进行预测,根据预测结果进行信息推荐。

2.根据权利要求1所述的一种基于图卷积的神经协同过滤的信息推荐方法,其特征在于:所述S1所述用户行为数据包括浏览、购买以及评分信息;所述浏览、购买以及评分信息包括用户的年龄,性别,职业;物品的类别;用户对物品1‑5范围内的评分;以及用户浏览行为中的购买、浏览次数、点击次数。

3.根据权利要求1所述的一种基于图卷积的神经协同过滤的信息推荐方法,其特征在于:实施所述S2之前,还包括步骤:对数据预处理,其中预处理包括:将性别字段将‘F’和‘M’转换成0和1;将年龄进行段落划分,包括有以下几种:1:“小于18岁”;18:“18‑24”;25:“25‑

34”;35:“35‑44”;45:“45‑49”;50:“50‑55”;56:“56+;将Age字段转成7个连续数字0‑6;以及将物品类别字段赋予多值属性并使用Multi‑Hot编码。

4.根据权利要求1所述的一种基于图卷积的神经协同过滤的信息推荐方法,其特征在于所述步骤S3包括:

S31,构建用户‑用户图;

S32,构建物品‑物品图;

S33,构建用户‑物品图;

S34,构造度矩阵。

5.根据权利要求4所述的一种基于图卷积的神经协同过滤的信息推荐方法,其特征在于所述步骤S31包括:

S311,计算用户‑用户相似度:利用Person相关系数衡量用户ui和用户uj之间的相似关系sim(ui,uj),其中 是用户ui和uj之间共同做出评分的物品集合;

S312,构造用户的邻接矩阵Au;

所述步骤S311包括:

S3111,利用每位用户u的评分计算每位用户的平均分uu:S3112,计算用户ui和uj之间的Pearson相关系数如下:所述步骤S312中所述邻接矩阵Au是一个对角元素为0的对称矩阵,矩阵中的元素e(ui,uj)代表每对用户是用户ui和uj之间的边权值,即sim(ui,uj)所述步骤S312利用调整的余弦函数来定义物品i与物品j之间的相似度,包括:S3121,均值中心化:用户u对物品j的评分:suj=ruj‑μu   (4);

S3122,计算物品i与物品j之间的相似度

6.根据权利要求4所述的一种基于图卷积的神经协同过滤的信息推荐方法,其特征在于所述步骤S32包括:

S321,定义物品‑物品相似度;

S322,构造物品的邻接矩阵Av;物品的邻接矩阵Av是一个对角元素为0的对称矩阵,矩阵中的e(vi,vj)代表物品i和物品j之间的边上的权值,即sim(i,j),其中

7.根据权利要求4所述的一种基于图卷积的神经协同过滤的信息推荐方法,其特征在于所述步骤S33包括:

M×N

S331,当用户有显式评分信息时,用户物品评分矩阵R∈R (M代表用户个数,N代表物品个数),R∈{1,2,3,4,5};为每一级评分构建用户‑商品交互图即(0,1)矩阵,即当r=1时,若用户i对物品j有评分时,则为rij=1,否则rij=0;

S332,当用户只有隐式行为的时候,仅有用户对商品浏览、购买行为信息,没有显式评M×N

分,其中,R∈{0,1} ,R代表用户与商品是否存在交互,因此仅包含一个用户物品交互图,即若用户i对物品j进行过交互信息,则rij=1,否则rij=0,邻接矩阵Aimplicit如下所示:。

8.根据权利要求4所述的一种基于图卷积的神经协同过滤的信息推荐方法,其特征在于所述步骤S34包括:通过邻接矩阵可A以计算出度矩阵D,为一个对角矩阵,矩阵元素为邻接矩A中对应行列的和即Dii=∑jAij;

通过公式(9)利用用户邻接矩阵Au计算度矩阵Du,利用物品邻接矩阵Av计算出度矩阵Dv;

显式情况下利用用户物品评分的邻接矩阵Ar计算出r个度矩阵Dr;利用隐式行为的邻接矩阵Aimplict计算出度矩阵Dimplicit。

9.根据权利要求1所述的一种基于图卷积的神经协同过滤的信息推荐方法,其特征在于所述步骤S3包括:

S31,正则化:

图卷积操作中,将拉普拉斯矩阵与特征向量相乘,对拉普拉斯矩阵做正则化操作,得到对称且归一化的拉普拉斯矩阵即:

上式(10)中只包含了邻居节点的信息,为了使得节点本身的信息也被包含,需对该式加上一个单位矩阵IN,即:

S32:进行卷积操作:

使用X代表关系图上用户/物品节点的特征向量矩阵,Θ为卷积参数,那么关系图G上的单层卷积操作可以表示为:

多层卷积层叠加时的隐层的更新为:

其中后一层的输入X为上层的输出Ht,对应的逐层卷积层参数为Wt。

10.根据权利要求1所述的一种基于图卷积的神经协同过滤的信息推荐方法,其特征在于所述步骤S4包括:

S41,使用全连接层将图卷积得到的用户、物品节点特征向量分别于用户、物品的属性特征向量相结合;

S42,使用一个全连接层联这两种不同的信息:Z=σ(W[Znode,Zattribute]+b)    (14)使用一个基于神经网络的矩阵分解框架NCF,结合GMF和MLP实施所述S5,其中GMF为传统的矩阵分解层,输出计算如下式(15)所示:其中pi代表用户i的特征向量,qj代表物品j的特征向量,代表向量元素相乘的运算符号;

其中,MLP为多层感知器,MLP层之间使用relu作为激活函数,计算如下:最后将所述GMF和MLP学习到的隐向量进行全连接,并且输出用logistic使得最后一层的输出向量转化为0到1之间,