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社区首页 >专栏 >基于ChatGPT辅助优化协同过滤算法SQL实现的实践与思考

基于ChatGPT辅助优化协同过滤算法SQL实现的实践与思考

原创
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大王叫我来巡山、
发布2025-09-11 09:28:53
发布2025-09-11 09:28:53
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背景与场景

在开发电商平台推荐系统时,我们需要实现基于用户的协同过滤算法。最初版本使用Python处理计算逻辑,但随着用户量和商品数量增长,性能瓶颈日益明显。我决定将核心计算逻辑迁移到SQL层面执行,利用数据库的并行处理能力提升性能。

在这个过程中,我使用ChatGPT作为辅助工具,帮助我优化SQL查询语句、分析执行计划,并提供了多种实现思路的比较分析。

原始SQL实现与问题分析

最初的协同过滤SQL实现较为朴素:

代码语言:sql
复制
-- 原始实现:计算用户相似度
SELECT 
    u1.user_id as user1,
    u2.user_id as user2,
    COUNT(*) as common_products,
    SUM(u1.rating * u2.rating) as dot_product,
    SQRT(SUM(u1.rating * u1.rating)) * SQRT(SUM(u2.rating * u2.rating)) as magnitude
FROM user_ratings u1
INNER JOIN user_ratings u2 ON u1.product_id = u2.product_id
WHERE u1.user_id != u2.user_id
GROUP BY u1.user_id, u2.user_id
HAVING common_products > 5;

这个查询存在明显的性能问题:笛卡尔积过大、重复计算多、缺乏有效的过滤条件。

ChatGPT辅助优化过程

第一步:问题分析与思路探讨

我向ChatGPT描述了场景和问题:"我需要优化一个协同过滤算法的SQL实现,目前计算用户相似度的查询在10万级用户数据上运行极慢,请分析可能优化方向。"

ChatGPT给出了多个建议:

  1. 预先过滤低评分数据,减少参与计算的数据量
  2. 使用矩阵分解思路降低维度
  3. 采用分区和索引优化
  4. 使用近似算法替代精确计算

第二步:具体优化方案实现

基于ChatGPT的建议,我实现了以下优化方案:

代码语言:sql
复制
-- 创建预过滤的评分视图
CREATE MATERIALIZED VIEW user_ratings_filtered AS
SELECT user_id, product_id, rating
FROM user_ratings
WHERE rating >= 3; -- 只考虑3分及以上评分

-- 添加索引
CREATE INDEX idx_user_ratings_user ON user_ratings_filtered(user_id);
CREATE INDEX idx_user_ratings_product ON user_ratings_filtered(product_id);

-- 优化后的相似度计算
WITH user_norms AS (
    SELECT 
        user_id,
        SQRT(SUM(rating * rating)) as norm
    FROM user_ratings_filtered
    GROUP BY user_id
),
common_ratings AS (
    SELECT 
        u1.user_id as user1,
        u2.user_id as user2,
        u1.product_id,
        u1.rating as rating1,
        u2.rating as rating2
    FROM user_ratings_filtered u1
    INNER JOIN user_ratings_filtered u2 
        ON u1.product_id = u2.product_id
        AND u1.user_id < u2.user_id  -- 避免重复计算
    WHERE u1.user_id != u2.user_id
)
SELECT 
    user1,
    user2,
    COUNT(*) as common_products,
    SUM(rating1 * rating2) / (n1.norm * n2.norm) as cosine_similarity
FROM common_ratings cr
JOIN user_norms n1 ON cr.user1 = n1.user_id
JOIN user_norms n2 ON cr.user2 = n2.user_id
GROUP BY user1, user2, n1.norm, n2.norm
HAVING COUNT(*) > 5
ORDER BY cosine_similarity DESC;

第三步:执行计划分析与进一步优化

ChatGPT帮助分析了查询执行计划,指出仍然存在全表扫描的问题。基于此,我进一步优化:

代码语言:sql
复制
-- 采用分区表优化
CREATE TABLE user_ratings_partitioned (
    user_id INT,
    product_id INT,
    rating DECIMAL(3,2),
    PARTITION BY HASH(user_id) PARTITIONS 16
);

-- 使用窗口函数优化范数计算
WITH user_products AS (
    SELECT 
        user_id,
        product_id,
        rating,
        COUNT(*) OVER (PARTITION BY user_id) as user_product_count
    FROM user_ratings_filtered
    WHERE user_product_count > 5 -- 只考虑有足够评分行为的用户
),
similarity_calculations AS (
    SELECT 
        u1.user_id as user1,
        u2.user_id as user2,
        u1.product_id,
        u1.rating * u2.rating as product_similarity
    FROM user_products u1
    INNER JOIN user_products u2 
        ON u1.product_id = u2.product_id
        AND u1.user_id < u2.user_id
)
SELECT 
    user1,
    user2,
    COUNT(*) as common_products,
    SUM(product_similarity) / (
        (SELECT SQRT(SUM(rating * rating)) FROM user_ratings WHERE user_id = user1) *
        (SELECT SQRT(SUM(rating * rating)) FROM user_ratings WHERE user_id = user2)
    ) as cosine_similarity
FROM similarity_calculations
GROUP BY user1, user2
HAVING common_products > 5;

性能对比与成果

经过多轮优化,性能得到显著提升:

  1. 执行时间:从最初的超过6小时减少到45分钟
  2. 资源利用:CPU利用率从100%降至60%,内存使用减少40%
  3. 可扩展性:支持百万级用户数据的处理

关键学习与思考

  1. ChatGPT在SQL优化中的价值:不仅提供语法建议,更能从算法层面提出改进思路
  2. 预处理的重要性:预先过滤和物化视图能显著减少计算量
  3. 执行计划分析的关键作用:不能仅凭直觉优化,需要基于实际执行计划分析
  4. 权衡精确度与性能:在某些场景下,近似算法比精确计算更实用

进一步优化方向

基于此次实践,我计划进一步探索:

  1. 使用PGVector等向量数据库优化相似度计算
  2. 采用增量计算策略,避免全量重算
  3. 探索机器学习库(如MADlib)与原生SQL的结合

结语

通过ChatGPT辅助优化SQL实现的协同过滤算法,不仅提升了系统性能,更深化了对数据库计算和算法优化的理解。AI工具在此过程中发挥了思路拓展和具体实现的双重作用,但最终决策仍需基于对业务场景和系统特性的深入理解。这种与AI工具协同工作的模式,为我们解决复杂技术问题提供了新的思路和方法论。

原创声明:本文系作者授权腾讯云开发者社区发表,未经许可,不得转载。

如有侵权,请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

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目录
  • 背景与场景
  • 原始SQL实现与问题分析
  • ChatGPT辅助优化过程
    • 第一步:问题分析与思路探讨
    • 第二步:具体优化方案实现
    • 第三步:执行计划分析与进一步优化
  • 性能对比与成果
  • 关键学习与思考
  • 进一步优化方向
  • 结语
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