大道至简，一文看懂推荐系统多目标模型

作者 | 梁唐

出品 | 公众号：Coder梁（ID：Coder_LT）

大家好，我是梁唐。

今天和大家聊聊推荐模型的一个重要突破：多目标模型。

PS：今天太忙了，EasyC++鸽一期……

多目标模型

其实单纯地从技术上来讲，多目标并不是很困难或者是很高深的技术，相反它非常简单。简单到你了解神经网络就能看懂它的原理。

我给大家看两张图就明白了，这是我们常规的推荐模型：

最底下是许多embedding层，然后这些embedding通过各种方式加工之后拼接在一起，之后作为一个MLP（多层神经网络）的输入，最后预测出结果。如果是按照点击率排序就是pCTR，如果是按照转化率排序就是pCVR。

多目标是什么呢？其实就是把原本的单塔做成双塔或者多塔，这里的塔（tower）是术语，其实就是指代的MLP（多层神经网络）。由于多层神经网络一层层堆起来可以堆得很高，称为塔非常形象。多个塔可以同时预测多个目标，以ESMM模型为例，它的完整的模型结构是这样的：

因为一般电商的推荐场景当中，核心的指标只有两个，也就是点击率和转化率。在一些复杂的场景当中可能还会有更多，比如说视频推荐场景中，观看视频的时长也会是一个重要指标。我们不搞那么复杂，仅仅考虑点击率和转化率好了。

我们从上面的截图当中可以看到，我们在预测的时候，一个塔预测点击率得到pCTR，一个塔预测转化率得到pCVR，最后把两个结果相乘得到了pCTCVR，也就是点击转化率。最后排序的时候，根据这个pCTCVR进行排序。

从技术层面来看，多目标基本上就这点东西，并没有什么高深的技术，也就是把原本神经网络一个塔变成两个塔，原本按照pCTR排序转变成按照pCTCVR排序而已。但魔鬼都藏在细节里，我们深挖细节可以挖出很多东西。最终回答终极问题：我们为什么需要多目标？

单目标的问题

在回答为什么需要做多目标之前，我们先来看看传统的单目标模型会有什么问题。

在推荐系统当中，几年前最常规的做法就是按照点击率排序。在用户浏览或者打开app的时候，我们会用模型预测每一个商品的点击率，然后根据点击率从高到低进行排序，从而达到尽量让用户点击的效果。

这样设计当然没有问题，但有一个潜在的bug，就是会有这样的结果出现

这图片摆出来，我估计很多人都很兴奋，毕竟现在互联网人均lsp。

但问题是，纯爷们看到大胸美女是很喜欢，这样的结果点击率肯定低不了。但有一个巨大的问题，就是纯爷们只会点击，绝大多数都是不会掏钱买的。

只看不花钱，就是一个巨大的问题。毕竟是电商平台，目的就是为了让用户花钱购物。追求点击率希望用户多点多看，本质上也是因为希望用户多看了能多花钱。现在推了一大堆用户很喜欢看但几乎不会买的东西，其实是一种资源的浪费。因为如果推一些用户潜在可能喜欢的，反而可能构成成交。

我们来简单总结一下，这里面问题出在哪里呢？

最大的问题是电商平台追求的本身就不是单一的目标，我们既希望用户多看多逛产生粘性，又希望用户多掏钱多成交。这些目标之间逻辑上可能本身就是有冲突的，符合用户兴趣的东西，用户可能不会多看，用户喜欢看的，又不一定会购买。所以我们围绕点击率来建模，本身就是有损失的。

那么不围绕点击率建模行不行呢？

答案是不行，因为点击是一切的基础，只有用户先点了，才有可能加购、下单、成交。这一切的前提都是点击，如果我们跳过点击直接对后续的下单、加购建模同样也是不准确的。并且由于加购、下单的样本更少，会导致模型的效果更差。

其次是推荐场景本身就是一个马太效应非常严重的场景，其中的流量是非常聚集的。这点不用我多说，大家也知道。比如直播里头部几个主播拿走了绝大多数流量，剩余的大一批主播瓜分剩余的长尾流量。不仅是主播如此，商品也是一样的，热门的商品占据了绝大多数曝光机会，剩余的海量商品瓜分长尾。

很多人吐槽推荐系统围绕用户兴趣构建信息茧房，看到的东西非常单一，其实这个逻辑完全弄反了。推荐系统本身的目的就是为了对抗马太效应，围绕用户的兴趣带来更多的信息设计的。

如果没有推荐系统，我们连我们自己喜欢的内容都看不到了。不仅同一个用户看到的商品单一了，而是所有人看到的都是千篇一律的结果。所谓个性化的信息茧房其实已经是推荐系统努力之后的结果了……

马太效应严重，会导致点击率越高的商品被推得越多，被推得越多模型学习得也就越深刻，也就越容易被推。发展到最后，整个平台都是类似的同质化的垃圾内容，用户看一次还行，看多了之后会非常腻，最后慢慢就不来了。很多平台早期内容质量很高，但到了后来都逐渐被博眼球的垃圾营销内容占据，除了平台运营策略之外，和围绕点击率建模的算法也有一定的关联。

多目标的改进

从模型角度来看，单目标模型最大的问题就是围绕点击率建模，无法估计其他指标。然而点击率又是平台最核心的指标之一，毕竟所有的交互都因为点击而产生。所以我们肯定是无法舍弃点击率的，最好的办法就是在点击率的前提下兼顾其他指标，这也是多目标模型的诞生初衷。

以双塔模型为例，两个塔共享输入，一个塔预测点击率，一个塔预测转化率。最后将两者相乘，按照相乘之后的结果排序，从而达到兼顾点击和转化的效果。

这里面有很多细节，我们一一来说。

点击、转化平衡

点击率好理解，就是点击的数量除以曝光的数量，反应的是用户点击商品的概率。转化率类似，是购买的下单的数量除以点击的数量，反应的用户下单、购买的概率。

做过算法的同学应该都清楚，这两者之间有一个取舍。通常我们是很难同时优化这两个指标的，原因也很简单，因为对于用户来说，点击几乎没有成本，而转化是需要成本的。所以相对来说提升点击率容易，提升转化率很难。往往点击率有了大幅提升之后，转化率反而会下降，因为点击多了，计算转化率时的分母也就变大了，因此反应在转化率上反而降低了。

反过来也是一样的，有的时候点击率大跌，转化率反而增加了。道理是类似的，因为点击少了，分母小了。正因为这两个指标之间有着这样一种特殊的平衡关系，所以我们围绕点击率建模的结果通常都是点击率提升，但转化率下降。想要提升转化率，也可能会影响点击率，这两者之间互相影响，想要同时提升往往比较困难。

更关键的是，由于排序的时候只能按照单一指标排序。我们按照pCTR排序就会影响转化率，我们按照pCVR排序就会影响点击率。所以比较好的做法是分别构建两个模型，然后将两者相乘，按照pCTCVR来排序，也就是点击转化率排序。

这也不是什么新思想，在多目标模型出来之前就已经有了。但这样的方案当中有两个bug，一个bug是两个模型耗时会更长，性能会比较差，第二个bug是转化率模型的训练样本比较稀疏。

共享输入

模型的结构当中有一个细节，双塔共享了输入。表面上看这是一个非常正常天经地义的做法，但就是这个平平无奇的做法解决了样本稀疏的问题。

很明显，在电商场景当中，转化数量要比点击的数量少得多。我们可以看几百个商品，但是最终下单的可能只有一两个。这就导致了如果我们想要单独构建一个转化率模型样本会非常稀疏，因为转化的样本太少，而没转化的太多。模型看到茫茫多的负样本，只有零星的正样本，很难学到正负样本之间的差别。

有了多目标模型之后，转化率的塔可以和点击率的塔共享输入，一方面是极大地拓展了样本的数量，另外一方面是由于点击率和转化率目标之间存在很大的共性，它可以从中提取到点击率模型学到的信息。一般来说，在多目标模型当中，多个目标之间的关联程度越强，最后的效果就越好。

说起来多目标模型只是一个很简单的改动，但其实如果仔细深挖分析，会发现其中暗藏的原理是不少的。老实讲看到这样的模型设计思路是非常愉快的，有一种大道至简的感觉，比花里胡哨加了一堆模型结构，最后提升一点点的论文看起来舒服多了。

好了，关于多目标就聊到这里，感谢阅读。