Персонализация и popularity bias

Распространённая проблема в рекомендательных системах — недостаток персонализации, когда показываются в основном популярные и не очень релевантные пользователю документы.

В сообществе есть известная проблема popularity bias. Но что это в точности такое? Bias — это системное смещение. А где здесь смещение? И есть ли оно вообще?

Если общими словами, то под popularity bias понимается ситуация "the rich get richer", когда популярные документы рекомендуются системой непропорционально чаще непопулярных. Причины у этого могут быть разные, и в литературе освещаются разные аспекты этого явления. Важно разделять эти причины, потому что это сильно помогает дебажить систему.

В работе над рекомендациями очень полезно выделять два важных шага:
1) Обучение модели предсказания отклика пользователя на рекомендованный объект. В простом случае это просто вероятность клика, в более общем — E(engagement | item, user, context).
2) Собственно, построение рекомендаций с помощью этой модели. Простое ранжирование по предсказаниям — не самый оптимальный, хотя и хороший бейзлайн.

Во многих случаях, говоря о popularity bias, подразумевают неоптимальность шага 2. То есть, даже если более популярный объект вызовет у пользователя с большей вероятностью позитивный отклик, может быть лучше порекомендовать ему менее популярный объект. Причин тут тоже может быть несколько — как пользователецентричные (долгосрочно клик на популярный объект менее ценен для этого пользователя, чем клик на непопулярный), так и с точки зрения всей экосистемы (этому пользователю станет чуть хуже, но зато мы выровняем распределение потребления по всей базе объектов). Это, в целом, разумные мысли, но надо честно себе признаться: мы жертвуем engagement-ом в момент конкретного запроса ради светлого будущего.

Самый простой способ имплементировать эту идею (и, по-моему, другие способы не очень-то далеко ушли от этого) — пенализировать за популярность объекта. Это очень тесно связано с PMI, который мы обсуждали в посте про двух-башенные сети.

В других же случаях popularity bias относят к первому пункту: дисбаланс объектов мешает нам хорошо обучить модель E(engagement | item, user, context). В частности, она может плохо учитывать пользовательские фичи и, по сути, просто выучить E(engagement | item), тесно связанную с популярностью (кстати, в этом посте я тоже иногда под популярностью имею в виду не P(item), а E(engagement | item)). Вот это уже очень ощутимая проблема. Хотя я не очень понимаю, почему её называют баисом.

Тут советы зависят от конкретной модели. Вот несколько:
- Убедитесь, что у модели есть информативные персональные фичи.
- Введите отдельный член внутри модели, отвечающий за популярность, чтобы оставшаяся часть модели могла сфокусироваться на специфичности.
- Если модель выучивает эмбеддинги объектов, проверьте, хорошо ли они выучились. Например, посмотрев на самые похожие объекты на данный.
- Если используется negative sampling, то учитывайте в нём популярность. Только не забудьте при применении обратно умножить на неё, чтобы получить E(engagement | ...), как обсуждали в том же посте.
- Ну и просто проверьте, что модель нормально выучилась. Да, это не так-то просто. Это часть довольно сложной, но критически важной темы ML Debugging.

Кстати про "непропорционально чаще". Никто ведь не обещал, что при простом ранжировании вероятность быть порекомендованным будет пропорциональна популярности или CTR документа. Это совсем не так. Может быть, поэтому это и называют bias-ом?

На моей же практике было очень много случаев, когда команды
а) не задумываются, что именно они называют popularity bias-ом и в чём его причины,
б) имеют проблемы с недостатком персонализации просто из-за плохо обученной модели E(engagement | ...).

Очень важно понимать — это мир так устроен, что у популярных, но менее релевантных объектов действительно в среднем лучше отклики, или просто мы модель плохо обучили.

Намного чаще popularity bias — это просто популярный миф, скрывающий баги системы.

Не стоит недооценивать важность хорошей engagement-модели.