DLRM:Deep Learning Recommendation Model for Personalization and Recommendation Systems论文阅读笔记

本文主要是介绍DLRM:Deep Learning Recommendation Model for Personalization and Recommendation Systems论文阅读笔记，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

介绍：

对于一个神经网络来说，有效地处理稀疏数据是很有挑战性的。由于缺乏代表性模型和数据集的公开可用细节，导致对推荐系统的研究进展缓慢。

DLRM（Deep Learning Recommendation Model）是深度学习推荐模型的实现，用于个性化推荐。DLRM通过结合协同过滤和基于预测分析的方法的原理，在其他模型的基础上取得了进展，这使得它能够有效地处理生产规模的数据，并提供最先进的结果。

DLRM 提供两个版本的代码，分别使用 PyTorch 和 Caffe2。此外，DLRM 还有一个使用 Glow C++算子实现的变体。为了适应不同框架，各个版本的代码略有不同，但整体结构类似。

DLRM网络结构：

dense feature和sparse indices嵌入的向量必须相同。dense用MLP来处理成一个向量，sparse indice用embdding_lookup嵌入到相同维度的向量。

模型（不同方式表达的两个模型图）：

我按着DLRM随机生成的数据来讲解，有3个类（sparese feature）标签，一个dense feature标签。

DLRM_Net(

#用于sparse feature特征处理的网络结构
(emb_EmbeddingBag): ModuleList(
(0): EmbeddingBag(4, 2, mode=sum) # 第一类可有4个one-hot长度
(1): EmbeddingBag(3, 2, mode=sum) #第二类可有3个one-hot长度
(2): EmbeddingBag(2, 2, mode=sum) #第三类可有2个one-hot长度
)

#用于bottom_MLP处理的网络结构
(bottom_MLP): Sequential( #这是用于编码dense features设置的神经网络，输入4个神经单元，输出2个神经元
(0): Linear(in_features=4, out_features=3, bias=True)
(1): ReLU()
(2): Linear(in_features=3, out_features=2, bias=True)
(3): ReLU() #底部输出用的是Relu函数
)

#用于sparse feature和dense feature交互的网络结构
(top_MLP): Sequential( #这是用于处理交互的神经网络，输入8（为啥是8？下面会讲）个神经单元，输出1个（也就是最后的预测值）
(0): Linear(in_features=8, out_features=4, bias=True)
(1): ReLU()
(2): Linear(in_features=4, out_features=2, bias=True)
(3): ReLU()
(4): Linear(in_features=2, out_features=1, bias=True)
(5): Sigmoid() #顶部输出用的是Sigmoid函数
)
)

下面会详细介绍一下模型怎么进行交互的，这是模型最重要的部分。

比如dense feature数据处理后的向量为 [tensor([[0.41190, 0.00000]])]

3个类（sparse feature）标签嵌入后的向量为：tensor([[
[-0.05473, -0.15156],
[ 0.12820, 0.25686],
[ 0.18523, -0.57685]]])

首先dense feature和类别嵌入向量两两进行点积（就是对应元素相乘然后相加）得到他们之间的交互：

4个向量会有【n(n-1)/2】6种可能（也就是6个值）：

tensor([[-0.02254, 0.05280, -0.04594, 0.07629, 0.07729, -0.12442]])

然后再和处理过后dense feature特征进行拼接得到：

tensor([[0.41190, 0.00000，-0.02254, 0.05280, -0.04594, 0.07629, 0.07729, -0.12442]])

这里就变成8个输入了，解释了上面标红的内容。

之后将这8个输入TOP—MLP网络并进行训练就可以了。

实验：

论文代码：https://github.com/facebookresearch/dlrm

数据集下载地址：http://labs.criteo.com/2014/02/download-kaggle-display-advertising-challenge-dataset/

需要的软件包：

pytorch-nightly (6/10/19)

onnx (可选)

torchviz (可选)

Criteo数据集的首选硬件应该是:

CPU — 8核以上

GPU — 推荐

Ram — 64GB (任何低于内存大小的将不起作用)

代码文件说明：

dlrm_s_pytorch.py：在PyTorch框架下实现DLRM的文件

dlrm_s_caffe2.py文件：在caffe2框架下实现DLRM的代码文件每个框架的代码略有不同，以适应每个框架的具体情况，但是总体结构是相似的。

测试代码能否正常运行，是否满足程序运行条件，打开程序当前位置的终端路径，然后输入：

python dlrm_s_pytorch.py --mini-batch-size=2 --data-size=6

$ python dlrm_s_pytorch.py --mini-batch-size=2 --data-size=6
time/loss/accuracy (if enabled):
Finished training it 1/3 of epoch 0, -1.00 ms/it, loss 0.451893, accuracy 0.000%
Finished training it 2/3 of epoch 0, -1.00 ms/it, loss 0.402002, accuracy 0.000%
Finished training it 3/3 of epoch 0, -1.00 ms/it, loss 0.275460, accuracy 0.000%

运行真实的数据集：

$dlrm_pt_bin --arch-sparse-feature-size=16 --arch-mlp-bot="13-512-256-64-16" --arch-mlp-top="512-256-1" --data-generation=dataset --data-set=kaggle --processed-data-file=./input/kaggle_processed.npz --loss-function=bce --round-targets=True --learning-rate=0.1 --mini-batch-size=128 --print-freq=1024 --print-time $dlrm_extra_option 2>&1 | tee run_kaggle_pt.log

--arch-sparse-feature-size=16 表示每个sparse feature特征嵌入到长度为16的向量（论文中有26个sparse feature）

--arch-mlp-bot="13-512-256-64-16 表示dense feature嵌入特征用的网络结构，13表示输入神经元个数，16表示输出神经元个数

--arch-mlp-top="512-256-1 表示top-MLP的结构，输入神经元个数是程序自己计算出来的。26（sparse）+1（dense）=27,两两交互产生351个值，与dense feaature处理后的长度为16的向量拼接得到367个值，作为top的输入（这些过程在程序中是自己计算出来的，好处是我们不用定义输入层，只需修改隐藏层和输出层就行），实际上top-MLP的网络架构为：367-512-256-1。输入神经元个数为376，输出神经元个数为1.

并行计算：

DLRM 基准模型提供了并行化的解决方案。但是这超出了论文的内容，作者没有细说，Facebook 研究团队计划优化这一系统，并在以后的博客中公开详细的性能细节。