MIND簡(jiǎn)介

個(gè)性化新聞推薦技術(shù)是諸多在線新聞網(wǎng)站和應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，可以提升用戶的新聞閱讀體驗(yàn)并減輕信息過載。目前，許多有關(guān)新聞推薦的研究是在私有數(shù)據(jù)集上開展的，而已有的公開數(shù)據(jù)集往往規(guī)模較小。高質(zhì)量基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集的缺乏限制了新聞推薦領(lǐng)域的研究進(jìn)展。因此，微軟亞洲研究院聯(lián)合微軟新聞產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)在 ACL 2020上發(fā)布了一個(gè)大規(guī)模的英文新聞推薦數(shù)據(jù)集 MIcrosoft News Dataset (MIND[1])，并于2020年7月-9月在condalab平臺(tái)舉辦了MIND新聞推薦比賽。比賽吸引了來自加拿大、法國、韓國等全球各地的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，最終來自搜狗搜索的隊(duì)伍以AUC0.7131獲得比賽冠軍。我們也在賽后開源了比賽過程中的代碼[2]。

非常值得贊許的是賽后微軟繼續(xù)開放了MIND比賽系統(tǒng)允許提交測(cè)試結(jié)果并實(shí)時(shí)更新排行榜[3]。我們?cè)诮谔峤涣诵碌慕Y(jié)果，相對(duì)比賽結(jié)果有了進(jìn)一步提升，在截止到2021-01-04的榜單以AUC0.7187的成績排在第一位。

希望有更多的同學(xué)能參與到MIND這個(gè)高質(zhì)量的新聞推薦數(shù)據(jù)集評(píng)測(cè)，目前的榜單成績?nèi)匀挥泻艽蟮奶嵘臻g。(個(gè)人覺得MIND真的是非常好的數(shù)據(jù)集，很奇怪并沒有引起特別大的業(yè)界關(guān)注，也許是因?yàn)楸荣惙诺搅薱odalab平臺(tái)而不是社區(qū)及分享更加完善的kaggle平臺(tái))。

新聞推薦簡(jiǎn)介

這里新聞推薦主要指基于用戶的點(diǎn)擊歷史，預(yù)測(cè)用戶對(duì)未來展現(xiàn)的新聞點(diǎn)擊概率從而用于指導(dǎo)對(duì)于展現(xiàn)給用戶的召回新聞排序。新聞推薦是一個(gè)經(jīng)典的推薦排序問題，主要面臨的困難包括新聞和用戶的有效建模，新聞及用戶冷啟動(dòng)等等問題。

MIND數(shù)據(jù)分析及處理

MIND數(shù)據(jù)集是從六周內(nèi) Microsoft News 用戶的匿名化新聞點(diǎn)擊記錄中構(gòu)建的，它包含16萬多條新聞條目，1500余萬次展示記錄，以及來自100萬匿名用戶的2400余萬次點(diǎn)擊行為。在 MIND 數(shù)據(jù)集中，每個(gè)新聞條目都具有豐富的文本信息，例如標(biāo)題、摘要、正文、類別和實(shí)體。

下面介紹MIND數(shù)據(jù)的特點(diǎn)及處理策略：

ID失效

MIND數(shù)據(jù)是來自于工業(yè)界真實(shí)的點(diǎn)擊數(shù)據(jù)但是和傳統(tǒng)的工業(yè)界實(shí)際的推薦系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)還是有較大的差異性，這種差異主要來自定位的不同，MIND更加強(qiáng)調(diào)推薦算法的泛化性，而實(shí)際工業(yè)界強(qiáng)調(diào)時(shí)效性實(shí)用性，因此工業(yè)界推薦系統(tǒng)最重要的特征往往是ID特征特別是docid特征，工業(yè)界的模型特別是ID對(duì)應(yīng)的embedding基本也是實(shí)時(shí)快速更新的。

但對(duì)應(yīng)MIND這個(gè)數(shù)據(jù)ID特征依然存在但不再是最重要的特征，甚至絕大部分的參賽隊(duì)伍沒有使用ID特征，這使得MIND數(shù)據(jù)更像是一個(gè)純NLP比賽數(shù)據(jù)。為什么？這主要來自于Dev和Test數(shù)據(jù)的差異。

MIND數(shù)據(jù)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)是5周的點(diǎn)擊日志，除去最后一天作為Dev數(shù)據(jù)，而Test數(shù)據(jù)是要對(duì)第6周數(shù)據(jù)做預(yù)測(cè)。

由于新聞的時(shí)效性非常強(qiáng)，所以顯然未來一周中的新文檔的占比可以預(yù)見是非常多的(87.5%)。

由于這樣的數(shù)據(jù)特點(diǎn)，因此主要依賴的ID的模型顯然是失效的，傳統(tǒng)的gbdt模型也不太適用這個(gè)數(shù)據(jù)。 這個(gè)數(shù)據(jù)的重點(diǎn)是如何能更好的對(duì)新聞內(nèi)容建模。

這樣的Dev和Test的劃分，也帶來了本地Dev驗(yàn)證和提交Test驗(yàn)證的不一致性，為了消除這個(gè)不一致性，如果在訓(xùn)練中使用了docid特征需要注意在驗(yàn)證的時(shí)候Mask掉92%（保持新文檔比例和Test一致）或者干脆Mask掉全部的docid,當(dāng)做UNK處理。

在比賽前期這個(gè)策略非常有效基本確保了驗(yàn)證和測(cè)試的一致性，但是比賽后期模型分?jǐn)?shù)相對(duì)較高的情況下還是發(fā)現(xiàn)Dev和Test有較大不一致性，比如引入刷次（impression）內(nèi)部的特征在Dev數(shù)據(jù)提升非常大但是在Test無效,加大正樣本權(quán)重從1.0到4.0也能大幅度提升Dev AUC但是同樣在Test無效。

因此更進(jìn)一步的也許自行重新劃分Train/Dev為4周數(shù)據(jù)訓(xùn)練第5周整周做Dev可以更好確保的Dev和Test的一致性，由于時(shí)間原因筆者沒有做這個(gè)實(shí)驗(yàn)有興趣的同學(xué)可以測(cè)試一下。

樣本不均衡的處理

MIND數(shù)據(jù)的另外一個(gè)重要特點(diǎn)是類別不均衡，正樣本率很低只有4%。

處理類別不均衡的樣本有很多策略，比如

正樣本加權(quán)

正樣本過采樣

負(fù)樣本降采樣

等等，這里考慮到訓(xùn)練樣本量非常大，模型計(jì)算較為耗時(shí)，綜合多種因素和實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們采用了無放回的負(fù)樣本隨機(jī)采樣，將原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)的負(fù)樣本劃分成5個(gè)部分，配合全部的正樣本構(gòu)造了5個(gè)不同訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，Dataset0-4，每個(gè)數(shù)據(jù)集的正樣本率約為16.5%。

這樣我們的單模型訓(xùn)練只基于Dataset0實(shí)驗(yàn)，這極大的降低了模型訓(xùn)練時(shí)間（不使用bert只需要45-60分鐘完成單模型訓(xùn)練并在不使用Dev數(shù)據(jù)的前提下達(dá)到Test AUC 0.7074，而使用bert-tiny的模型可以在大約7-8個(gè)小時(shí)完成訓(xùn)練），同時(shí)提交結(jié)果顯示相對(duì)使用全量訓(xùn)練數(shù)據(jù)，降采樣數(shù)據(jù)訓(xùn)練的單模型的效果并沒有明顯下降。

而當(dāng)需要最佳榜單成績的時(shí)候我們采用了同樣策略針對(duì)Train+Dev數(shù)據(jù)整體構(gòu)造5個(gè)數(shù)據(jù)集，并且并行訓(xùn)練5個(gè)基于不同Dataset的模型，將結(jié)果平均作為最終結(jié)果。實(shí)驗(yàn)表明訓(xùn)練數(shù)據(jù)多樣性帶來的模型集成收益非常明顯。

單模型與集成模型的定義

單模型：基于Dataset0（1/5負(fù)樣本+全部正樣本，不包含Dev數(shù)據(jù)）訓(xùn)練的單一模型。

集成模型：基于Dataset0-4（包含Dev數(shù)據(jù)）5份數(shù)據(jù)訓(xùn)練的5個(gè)模型結(jié)果的平均。

模型結(jié)構(gòu)

我們采用了經(jīng)典的推薦系統(tǒng)中的精排模型架構(gòu)，而沒有采用官方基線模型提供的各種基于雙塔向量匹配的模型結(jié)構(gòu)（NRMS，NAML等等）。

我們認(rèn)為雙塔結(jié)構(gòu)更加適合召回階段，因?yàn)樾侣労陀脩舴謩e建模向量雖然快速靈活但是由于其分開獨(dú)立建模缺乏前期交互，整體效果一般是不如完整的所有特征統(tǒng)一交互建模的方式。

我們使用的結(jié)構(gòu)基本和Facebook提出的DLRM模型結(jié)構(gòu)一致，與DLRM只用到特征交叉不同，考慮到特征組不是特別多，這里同時(shí)采用特征交叉和特征合并兩種組合方式，保證MLP層的輸入有足夠的信息量（當(dāng)然也可以考慮引入更多組合信息如max pooling，attention pooling，self attention pooling等等）。

在對(duì)應(yīng)對(duì)具體文本建模的時(shí)候，我們采用了基于glove預(yù)訓(xùn)練的詞向量，文本分詞采用了bert bpe切詞器。

我們針對(duì)ID表示的向量采用了簡(jiǎn)單的自注意力(attention pooling)方式建模，而針對(duì)復(fù)雜文本如正文，標(biāo)題，摘要采用了DIN attention pooling的方式，以便更好的動(dòng)態(tài)建模當(dāng)前新聞和用戶閱讀歷史新聞的相關(guān)性。

單特征重要性分析

通過驗(yàn)證集合來看文本正文是最重要的信息，有點(diǎn)出乎意料是不是，最重要的特征是正文而不是標(biāo)題。

整體特征重要性順序依次是：正文，標(biāo)題，摘要，類別，實(shí)體，ID。

ID特征的重要性

在比賽中我們和其他隊(duì)伍的一個(gè)重要區(qū)別是，其他隊(duì)伍大都基本基于官方基線做的改進(jìn)，并沒有使用ID特征，而我們?cè)谟?xùn)練中使用了ID特征。

在驗(yàn)證中Mask掉了ID特征來保證驗(yàn)證和Test的一致性，在Test的時(shí)候我們保留在訓(xùn)練中出現(xiàn)的docid而mask掉了其他docid。

盡管Test的有效docid比例非常之少，但是我們得到一個(gè)很重要的結(jié)論，就是訓(xùn)練數(shù)據(jù)中的docid可以幫助更好的進(jìn)行整體建模，ID特征和文本特征的交互能夠幫助學(xué)習(xí)得到更好的文本表示。

Bert Encoder

顯然單純的詞向量模型在NLP相關(guān)的競(jìng)賽中已經(jīng)是屬于上古時(shí)代了，現(xiàn)在是屬于bert的時(shí)代，但是MIND這個(gè)數(shù)據(jù)由于需要對(duì)用戶歷史新聞的正文，標(biāo)題，摘要建模，假設(shè)取top50的歷史這個(gè)計(jì)算量是非常巨大的，因此大的bert模型并不是非常實(shí)用。

在比賽過程中我沒有采用bert作為encoder。賽后我嘗試使用小的bert模型比如bert-tiny，在經(jīng)過MIND語料continue train 語言模型之后，作為文本encoder。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果似乎相對(duì)詞向量優(yōu)勢(shì)也并不是很明顯（后面的模型迭代部分會(huì)貼出實(shí)驗(yàn)結(jié)果），當(dāng)然這個(gè)原因可能是多方面包括參數(shù)的調(diào)整（特別的比如bert模型finetune對(duì)于學(xué)習(xí)率異常敏感）以及bert-tiny本身的表示能力不夠強(qiáng)大，再或者和推薦數(shù)據(jù)特點(diǎn)有關(guān)等等需要更進(jìn)一步的分析。

我相信這部分顯然還可以做的更好，也許目前榜單第二第三的UNBERT和UniUM在這方面做的更好（猜測(cè)使用UniLM）期待后續(xù)有機(jī)會(huì)交流以找到更好的bert打開方式。

盡管沒有取得特別驚艷的單模型效果，bert模型依然帶來了很好的模型多樣性，這幫助我們?nèi)〉昧四壳癕IND dataset的STOA，當(dāng)然這也說明MIND榜單的提升空間顯然還是很大的。

迭代過程

比賽中

賽后

賽后的集成模型提升主要是來自于模型差異性的引入，從比賽過程中的單一算法模型變成了多算法模型（引入了bert）。

那么單模型提升在哪里呢？

單模型方面并沒有做大的調(diào)整，主要提升點(diǎn)是兩個(gè)細(xì)節(jié):

Multi-Sample Dropout降低過擬合提升模型泛化能力。

不只是MIND數(shù)據(jù),Multi-Sample Dropout是一種通用且時(shí)空代價(jià)極小的方法，在很多場(chǎng)景下用其取代最終的Linear層都能帶來效果提升，感興趣可以在kaggle搜索相關(guān)的分享。

Batch size 調(diào)整， 從2048調(diào)小到256。

batch size減小會(huì)使得訓(xùn)練速度變慢一點(diǎn)，并且val loss會(huì)變高，但是Test指標(biāo)會(huì)提升，可能原因是更多的梯度迭代次數(shù)，特別是當(dāng)前采用1輪訓(xùn)練方式，另外小的batch size對(duì)應(yīng)單一模型不同Dataset可能有更高的單模型差異性從而有利于模型集成。

以下只列出Test的指標(biāo),注意集成模型base復(fù)現(xiàn)的起點(diǎn)0.7124比比賽中最終的模型0.7131低一些，可能源自tf1，2的切換和一些隨機(jī)性因素，暫未查明。

單模型

集成模型

注：base add bert-tiny表示模型的文本表示在同一個(gè)模型同時(shí)保留glove詞向量和bert-tiny encode作為特征。其實(shí)采用單一模型結(jié)構(gòu)多數(shù)據(jù)集/多fold的模型平均某種意義上也是單模型，從上面的結(jié)果來看，base add bert-tiny應(yīng)該是相對(duì)base表現(xiàn)更好的模型結(jié)構(gòu)。

TODO

更好的文本表示，如UniLM等，這也是MIND數(shù)據(jù)集合的根本意義所在，期待找到效果更好效率更高的文本表示方法。

更好的用戶歷史閱讀序列表示，當(dāng)前沒有引入位置信息，沒有考慮用戶歷史順序，沒有做復(fù)雜的歷史建模。

更好的模型泛化，從實(shí)驗(yàn)來看test集合的提升很大概率來自模型泛化效果的提升，更好的集成方法（當(dāng)前只是簡(jiǎn)單平均），包括單模型自身集成方法如SWA等等應(yīng)該可以進(jìn)一步提升效果。

更多輪次迭代？由于使用了ID特征容易過擬合，當(dāng)前只采用了1輪訓(xùn)練的方。

降采樣負(fù)樣本是否是最好的方案？顯然值得更多的嘗試，至少在單模型效果使用全量負(fù)樣本做一定正樣本過采樣但是同時(shí)注意避免過擬合應(yīng)該理論上能得到更好的單一模型，畢竟當(dāng)前的單模型都只用了部分訓(xùn)練數(shù)據(jù)。

作者簡(jiǎn)介

程惠閣，搜狗搜索專家研究員。

曾任百度貼吧和信息流反作弊，圖片搜索部圖文相關(guān)性技術(shù)負(fù)責(zé)人。

數(shù)據(jù)挖掘，深度學(xué)習(xí)愛好者，曾多次單人參賽并獲得AI競(jìng)賽冠亞軍：

NAIC 2020 全國人工智能大賽 AI+遙感影像語義分割 第二名。

ACL 2020 MIND 新聞推薦 第一名。

AI Challenger 2018 美團(tuán)細(xì)粒度情感分類 第一名。

AI Challenger 2017 Image Caption 第二名。

目前是Kaggle Expert，個(gè)人夢(mèng)想是退休后成為Kaggle Grandmaster。

參考資料

［1］

MIND： https://msnews.github.io/

［2］

代碼： https://github.com/chenghuige/mind

［3］

排行榜： https://competitions.codalab.org/competitions/24122#results

責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：MIND新聞推薦冠軍分享細(xì)節(jié)揭秘

文章出處：【微信公眾號(hào)：深度學(xué)習(xí)自然語言處理】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。