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协同过滤推荐算法是诞生时间最早,而且应用广泛的,著名的推荐算法。其最主要的功能进行是预测和推荐。协同过滤推荐算法可以通过对用户历史行为数据的挖掘,从而发现用户的偏好,并且基于不同的偏好,将用户划分为不同的群组,并推荐品味相似的商品。基于用户的协同过滤算法user-based collaboratIve filtering,是协同过滤推荐算法的极为重要的一个分类,今天小编主要给大家分享基于用户的协同过滤算法的原理和实现。
一、基于用户的协同过滤算法概念
基于用户(user-based)的协同过滤算法是通过,挖掘用户的历史行为数据,发现用户对商品或内容的偏好,并对这些偏好进行度量和打分。之后根据不同用户对相同商品或内容的态度以及偏好程度,来计算用户之间的相似度关系。基于用户的协同过滤,主要计算的是用户与用户之间的相似度,只需要找出相似用户喜欢的物品,并预测出目标用户对对应物品的评分,就能够找到评分最高的物品推荐给用户,这样能够挖掘用户的隐藏属性。
二、基于用户的协同过滤算法原理
基于用户的协同过滤算法主要包括以下两个步骤:
(1) 找到与目标用户兴趣相似的用户集合。
(2) 找到此集合中的用户感兴趣的,并且目标用户没有接触过的的物品推荐给目标用户。
基于用户User-CF算法的假设是目标用户和其他用户的兴趣、偏好相似,那么他们喜欢的东西都应该也相似,就是常说的人以群分。
基于用户的协同过滤算法适用于用户较少、用户个性化兴趣不太显著的情况,这样,在推荐过程中用户新的行为不一定会导致推荐结果的变化,但是如果用户过多,那么计算用户相似矩阵的代价就会太大。并且这一算法不能解决新用户进来的冷启动问题,新物品进来却可以较快地进行推荐。
三、算法实现
1.计算用户相似度
user-item:
movieId 1 2 3 4 5 6 7 8
userId
1 3.5 2.0 NaN 4.5 5.0 1.5 2.5 2.0
2 2.0 3.5 4.0 NaN 2.0 3.5 NaN 3.0
3 5.0 1.0 1.0 3.0 5.0 1.0 NaN NaN
4 3.0 4.0 4.5 NaN 3.0 4.5 4.0 2.0
5 NaN 4.0 1.0 4.0 NaN NaN 4.0 1.0
6 NaN 4.5 4.0 5.0 5.0 4.5 4.0 4.0
7 5.0 2.0 NaN 3.0 5.0 4.0 5.0 NaN
8 3.0 NaN NaN 5.0 4.0 2.5 3.0 4.0
# 构建共同的评分向量
def build_xy(user_id1, user_id2):
bool_array = df.loc[user_id1].notnull() & df.loc[user_id2].notnull()
return df.loc[user_id1, bool_array], df.loc[user_id2, bool_array]
#如此用户评分矩阵中用户1,和用户2的共同评分向量是
movieId
1 3.5
2 2.0
5 5.0
6 1.5
8 2.0
Name: 1, dtype: float64,
movieId
1 2.0
2 3.5
5 2.0
6 3.5
8 3.0
Name: 2, dtype: float64)
# 皮尔逊相关系数
def pearson(user_id1, user_id2):
x, y = build_xy(user_id1, user_id2)
mean1, mean2 = x.mean(), y.mean()
# 分母
denominator = (sum((x-mean1)**2)*sum((y-mean2)**2))**0.5
try:
value = sum((x - mean1) * (y - mean2)) / denominator
except ZeroDivisionError:
value = 0
return value
2.找到相似度最高的用户并进行推荐:
# 计算最相似的邻居
def computeNearestNeighbor(user_id, k=3):
return df.drop(user_id).index.to_series().apply(pearson, args=(user_id,)).nlargest(k)
#与用户3相似的前3个用户
userId
1 0.819782
6 0.801784
7 0.766965
Name: userId, dtype: float64
#推荐
def recommend(user_id):
# 找到最相似的用户id
nearest_user_id = computeNearestNeighbor(user_id).index[0]
print('最相似用户ID:')
print nearest_user_id
# 找出邻居评价过、但自己未曾评价的项目
# 结果:index是项目名称,values是评分
return df.loc[nearest_user_id, df.loc[user_id].isnull() & df.loc[nearest_user_id].notnull()].sort_values()
#对用户3进行推荐结果
最相似用户ID:
1
movieId
8 2.0
7 2.5
Name: 1, dtype: float64
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