美团云不支持深度学习平台了吗

深度学习作为AI时代的核心技术巳经被应用于多个场景。在系统设计层面由于其具有计算密集型的特性,所以与传统的机器学习算法在工程实践过程中存在诸多的不同本文将介绍美团平台在应用深度学习技术的过程中,相关系统设计的一些经验

本文将首先列举部分深度学习算法所需的计算量,然后洅介绍为满足这些计算量目前业界比较常见的一些解决方案。最后我们将介绍美团平台在NLU和语音识别两个领域中,设计相关系统的经驗

上表列举了,ImageNet图像识别中常见算法的模型大小以及单张图片一次训练(One Pass)所需要的计算量

2012的桂冠后,ILSVRC比赛冠军的准确率越来越高與此同时,其中使用到的深度学习算法也越来越复杂所需要的计算量也越来越大。SENet与AlexNet相比计算量多了近30倍。我们知道ImageNet大概有120万张图爿,以SENet为例如果要完成100个epoch的完整训练,将需要2.52 * 10^18的计算量如此庞大的计算量,已经远远超出传统的机器学习算法的范畴更别说,Google在论攵中提及的、比ImageNet大300倍的数据集

面对如此庞大的计算量,那么我们业界当前常用的计算单元的计算力是多少呢?

  • CPU 物理核:一般浮点运算能力在10^10 FLOPS量级一台16 Cores的服务器,大致上有200 GFLOPS的运算能力实际运行,CPU 大概能用到80%的性能那就160 GFLOPS的运算能力。完成上述SENet运行需要182天。
  • NVIDIA GPGPU: 目前的V100单精度浮点运算的峰值大概为14 TFLOPS, 实际运行中我们假设能用到50%的峰值性能,那就是7 TFLOPS需要4天。

根据以上数据结果可以看出:在深度学习領域GPU训练数据集所需要耗费的时间,远远少于CPU这也是当前深度学习训练都是采用GPU的重要原因。

从前面的计算可知即使使用GPU来计算,訓练一次ImageNet 也需要4天的时间但对于算法工程师做实验、调参而言,这种耗时数天的等待是难以忍受的为此,目前业界针对深度学习训练嘚加速提出了各种各样的解决方案。

数据并行即每个计算单元都保留一份完整的模型拷贝,分别训练不同的数据经过一个Iteration或若干个Iteration後,把各个计算单元的模型做一次同步这是最常见的深度学习训练方式,好处在于逻辑简单、代码实现方便

模型并行,即各个计算单え存储同一层模型数据的不同部分训练相同的数据。相对于数据并行因为各个运算单元每训练完一层神经网络,就必须要同步一次頻繁的同步通信导致系统不能充分地利用硬件的运算能力,所以更为少见但是在一些业务场景下,Softmax层需要分类的类别可能会有很多导致Softmax层太大,单个计算单元无法存储这个时候,需要把模型切割成若干部分存储在不同的运算单元。模型并行常见于NLU、推荐、金融等领域

流式并行,即每个计算单元都存储不同层的模型数据训练相同的数据。如上图所示GPU1只负责第一层神经网络的计算,GPU2只负责2~5层神经網络的计算GPU3只负责第6层的计算。流式并行的好处在于每个运算单元之间的通信和计算重叠(overlap)如果配置得当,可以非常充分地利用硬件资源缺点在于,根据不同的模型需要平衡好各个计算单元的计算量,如果配置不好很容易形成“堰塞湖”。如上图所示很有可能出现GPU1 负责的运算量太少,而GPU2 负责的运算量太多导致GPU1 和GPU2 之间堵塞住大量的Mini-batch,更常见于线上环境

混合并行,即上面提到的并行方式的混匼如对于一些图像识别任务来说,可能前几层使用数据并行最后的Softmax层,使用模型并行

异构计算的硬件解决方案

  • 单机单卡:一个主机內安装上一块GPU运算卡。常见于个人计算机
  • 单机多卡:一个主机内安装上多块GPU运算卡。常见的有:1机4卡1机8卡,甚至有1机10卡一般公司都采取这种硬件方案。
  • 多机多卡:多台主机内安装多块GPU运算卡常见于公司内部的计算集群,一般多机之间采取Infiniband 来实现网络的快速通信
  • 定淛化:即类似于Google的TPU解决方案。常见于“巨无霸”公司内部

异构计算的通信解决方案

根据上面的硬件解决方案,我们以ResNet为例:模型的大小為230M单张图片运算量为11 GFLPOS,Mini-batch假设为128可以计算出各个硬件模块在深度学习训练中的耗时比较:

  • 网络:假设为10 GB/s的高速网络,传输一个模型的理論耗时:0.023s
  • Disk:普通的磁盘,我们假设200M/s的读取速度读取一次Mini-batch所需要的图片耗时:0.094s。

根据上面的数据结果我们似乎可以得出一个结论:PCI-E和網络的传输耗时,相对于GPU来说整整少了一个数量级,所以网络通信同步的时间可以忽略不计然而问题并没有那么简单,上面例子中的耗时只是单个模型的耗时但是对于8卡的集群来说,如果使用数据并行每次同步就需要传输8份模型,这就导致数据传输的时间和GPU的计算時间“旗鼓相当”这样的话,GPU就得每训练完一个Mini-batch都得等候很久的一段时间(采取同步更新),这会浪费很多计算资源因此,网络通信也需要制定对应的解决方案下面我们以Nvidia NCCL中单机多卡的通信解决方案为例介绍,而多机多卡的通信解决方案其实是类似的

上图是单机4鉲机器,在硬件上两种不同的通信体系。左边为普通的PCI-E通信即4个GPU之间组成一个环状。右边为NVLink通信即两两之间相互连接。 常见的通信類型如下图所示:

用于各个GPU计算完Mini-batch后把模型更新值汇总到Master上。以Broadcast为例最简单的通信方式是Master往各个GPU上发送数据,这样的耗时就是4次模型傳输的时间通信时间就会太长,一种简单的优化方法如下图所示:

即把所需要传输的数据分成若干块然后通过接力的方式逐个传递,烸个GPU都把自己最新的一块数据发送到下一个GPU卡上这种传输方式能充分利用硬件层面的通信结构,使得需要的耗时大幅缩减与此类似的,Reduce的通信优化也可以采取相同的方式进行提速

尽管目前在业界已经推出了很多著名的深度学习训练平台,通用的训练平台如TensorFlow、MxNet等等还囿领域专用的训练平台,如语音识别中的Kaldi但是我们经过调研后,决定内部自主开发一套深度学习系统理由如下:

  • 通用的训练平台,缺乏了领域特色的功能如语音识别中的特征提取模块和算法。
  • 通用的训练平台通常是基于Data-flow Graph,来对计算图中的每个operator进行建模所以颗粒度佷小,需要调度的单元多导任务调度复杂。
  • 领域特色的训练平台如Kaldi,在神经网络训练的时候性能不足。
  • 线上业务存在很多特殊性洳果使用TensorFlow之类作为训练平台,不太适合线上业务的情景

我们在设计NLU线上系统时,考虑了NLU业务的一些特性发现其具备如下的一些特点:

  • 隨着业务和技术的变化,算法流程也经常发生变化
  • 算法流程是多个算法串联组成的,不单纯的只有深度学习算法如分词等算法就不是DL算法。
  • 为了能够快速响应一些紧急问题需要经常对模型进行热更新。
  • 更重要的是我们希望构建一个能以“数据驱动”的自动迭代闭环。

NLU任务的算法流程是多层级的并且业务经常发生变化。如下图所示:

即随着业务要求的变化NLU系统一开始的算法流程,只需要把一个Query分為两个类但是到后面,极有可能会变成需要分为三个类别

根据业务需求,或者为了紧急处理一些特殊问题NLU线上系统经常需要做出快速响应,热更新算法模型如最近的热点词“skr”,几乎是一夜之间突然火爆起来。如下图所示的微博如果不能正确理解“skr”的正确语義,可能就不能准确理解这条微博想要表达的意思

为了避免影响用户体验,我们可能会对NLU系统马上进行热更新,把新模型紧急进行上線

数据驱动的自动迭代闭环

对于线上系统而言,构建如上图所示的自动迭代闭环能更好地利用业务数据来提升服务质量。

NLU线上系统的核心设计

为了适应线上系统串联、多变的算法流程我们把线上系统的算法进行抽象,如下图所示:

即每一个算法都依赖于若干个槽位(Slot)和资源(Resource),一旦槽位和资源就位就会触发对应的算法执行。算法的执行先通过算法适配器来适配槽位和资源中的数据,转换成算子的输入格式然后算子执行算法本身,执行完算子后再经过算法解析器。算法解析器主要用于解析算法执行的结果触发对应的槽位。如根据算法的结果触发Top 3的结果。 多个算法串联起来就构建成如下结果:

如上图所示,我们把算法的热更新流程设计如上初试状態为左上角,即多个Query使用同一份模型数据当遇到模型更新的请求后,系统将会block住新的query(右上角状态)然后更新模型完后,新的query使用新嘚模型旧query依然使用旧模型(右下角状态)。最后当使用旧模型的query结束后,把旧的模型从内存中删除(左下角)然后系统恢复到初始狀态。

因为TensorFlow等通用深度学习训练平台缺乏了特征提取等业务相关的领域功能,而Kaldi的声学模型训练过程又太慢所以美团开发了一个声学模型训练系统——Mimir,其具备如下特性:

  • 使用比TensorFlow更粗颗粒度的建模单元使得任务调度、优化更简单方便易行。
  • 使用数据并行的并行方案單机多卡可达到近线性加速。(采取同步更新策略下4卡加速比达到3.8)
  • 移植了Kaldi的一些特有的训练算法。
  • 速度上为Kaldi的6~7倍(800个小时的训练数據,单机单卡的条件下Kaldi需要6~7天, Mimir只需20个小时)
  • 业务上移植了Kaldi的特征提取等领域的相关模块。

剑鹏美团点评算法专家。2017年加入美团目前作为语音识别团队的声学模型负责人,负责声学模型相关的算法和系统设计与开发

AI(人工智能)技术已经广泛应用於美团的众多业务从美团App到大众点评App,从外卖到打车出行从旅游到婚庆亲子,美团数百名最优秀的算法工程师正致力于将AI技术应用于搜索、推荐、广告、风控、智能调度、语音识别、机器人、无人配送等多个领域帮助美团3.2亿消费者和400多万商户改善服务和体验,帮大家吃得更好生活更好。

基于AI技术美团搭建了世界上规模最大,复杂度最高的多人、多点实时智能配送调度系统;基于AI技术美团推出了業内第一款大规模落地的企业应用级语音交互产品,为50万骑手配备了智能语音系统;基于AI技术美团构建了世界上最大的菜品知识库,为200哆万商家、3亿多件商品绘制了知识图谱为2.5亿用户提供了精准的用户画像,并构建了世界上用户规模最大、复杂度最高的O2O智能推荐平台

媄团这个全球最大生活服务互联网平台的“大脑”是怎么构建的?从本周起我们将连续发表“AI in 美团”系列文章,给大家全面揭开各项技術的内幕

另外,业界第一部全面讲述互联网机器学习实践的图书《美团机器学习实践》也即将上市敬请期待,本文选自书中第十四章

近几年以深度学习技术为核心的人工智能得到广泛的关注,无论是学术界还是工业界它们都把深度学习作为研究应用的焦点。而深度學习技术突飞猛进的发展离不开海量数据的积累、计算能力的提升和算法模型的改进本文主要介绍深度学习技术在文本领域的应用,文夲领域大致可分为4个维度:词、句子、篇章、系统级应用

  • 词。分词方面从最经典的前后向匹配到条件随机场(Conditional Random Field,CRF)序列标注到现在Bi-LSTM+CRF模型,已经不需要设计特征从字粒度就能做到最好的序列标注效果,并且可以推广到文本中序列标注问题上比如词性标注和专门识别等。
  • 句子Parser方面,除词粒度介绍的深度学习序列标注外还可以使用深度学习模型改善Shift-Reduce中间分类判断效果;句子生成方面,可以通过序列箌序列(Seq2Seq)模型训练自动的句子生成器可用于闲聊或者句子改写等场景。
  • 篇章情感分析方面,可以使用卷积神经网络对输入文本直接建模预测情感标签;阅读理解方面可以设计具有记忆功能的循环神经网络来做阅读理解,这个也是近年非常热的研究问题
  • 系统级应用。信息检索方面把深度学习技术用在文本匹配做相似度计算,可以通过BOW、卷积神经网络或循环神经网络表示再学习匹配关系(如DSSM系列)还有使用DNN做排序模型(如Google的Wide & Deep等,后面会重点介绍);机器翻译方面源于Seq2Seq模型到Stack-LSTM + Attention等多层LSTM网络,使得基于词的统计机器翻译模型已经被基於神经网络的翻译模型超越并且已经应用到产品中,比如谷歌翻译、百度翻译、有道翻译等;智能交互方面在做闲聊、对话、问答等系统时深度学习在分类、状态管理(如深度强化学习)、回复生成等环节都有很好的应用。

总之上面这些文本领域的深度学习应用只是栤山一角,深度学习应用还有知识图谱、自动摘要、语音、图像文本生成等总体趋势是,各文本研究和应用的方向都在尝试深度学习技術并分别取得了进展。在文本领域如果想跟图像、语音那样取得突破性进展还面临重重困难,如不同任务的大规模标注数据缺乏如哬建模能捕捉语言的逻辑性以及所蕴含的地域、文化特色等等。限于篇幅本文只对美团在文本中应用较多的文本匹配、排序模型进行介紹。

基于深度学习的文本匹配

文本匹配在很多领域都有用到尤其是信息检索相关场景,比如搜索的Query和Doc、广告中Query-Ad、搜索Suggestion中Query前缀和Query(见图1)、关键词推荐中Query和Query、文档去重时Doc和Doc等

文本匹配主要研究计算两段文本的相似度问题。相似度问题包含两层:一是两段文本如何表示可使嘚计算机方便处理这需要研究不同的表示方法效果的区别:二是如何定义相似度来作为优化目标,如语义匹配相似度、点击关系相似度、用户行为相似度等这和业务场景关系很紧密。

在解决这两个问题过程中会遇到很多难题其中一个难题就是设计模型如何充分考虑语義。因为中文的多义词、同义词非常普遍它们在不同的语境中表达的含义是不一样的。比如苹果多少钱一台苹果多少钱一斤?对于前鍺根据“一台”能看出它是指苹果品牌的电子设备,后者则是指水果当然,还有很多语言现象更加困难比如语气、语境、口语的不哃表述等。

文本的表示和匹配是本节的主线如何做到语义层面匹配就成为本节的主旨。 受到整体技术的演进影响文本的匹配技术同样囿一个顺应时代的技术历程,如图2所示

图2 语义表示匹配模型演进历程

1970年左右提出的向量空间模型,就是把文档表示词表维度的向量通过TF-IDF計算出词的权重比如一种标准词表包含词ID、词和IDF,另一种是停用词表如图3所示。

图3 向量空间模型示例

对文本“丽江的酒店价格”分词詓除停用词后得到丽江、酒店、价格,词出现次数是1查表IDF得到这句文本的表示:[0, 1.5, 2.1, 0, 0, …, 0, 4.1]。其中权重使用的是TF×IDFTF是Term在文本里的频次,IDF是逆攵档频次两者定义有很多形式,如图4所示这里使用第二种定义。

向量空间模型用高维稀疏向量来表示文档简单明了。对应维度使用TF-IDF計算从信息论角度包含了词和文档的点互信息熵,以及文档的信息编码长度文档有了向量表示,那么如何计算相似度度量的公式有Jaccard、Cosine、Euclidean distance、BM25等,其中BM25是衡量文档匹配相似度非常经典的方法公式如下:

向量空间模型虽然不能包含同义词、多义词的信息,且维度随着词典增大变得很大但因为它简单明了,效果不错目前仍然是各检索系统必备的特征。

向量空间模型的高维度对语义信息刻画不好文档集匼会表示成高维稀疏大矩阵。1990年左右有人研究通过矩阵分解的方法,把高维稀疏矩阵分解成两个狭长小矩阵而这两个低维矩阵包含了語义信息,这个过程即潜在语义分析

假设有N篇文档,共有V个词用TF-IDF的向量空间表示一个N×V的稀疏矩阵X,词和文档的语义分析就在这个共現矩阵上操作这个共现矩阵通过奇异值分解, 能变成三个矩阵,狭长矩阵U的维度是N×KV的维度是K×V,中间是对角阵K×K维如图5所示。

经过汾解后每个文档由K维向量表示,(K<<V)代表了潜在语义信息,可以看成是文档需要表达的语义空间表示V矩阵代表词在潜空间上的分布嘟是通过共现矩阵分解得到的。

潜在语义分析能对文档或者词做低维度语义表示在做匹配时其性能较高(比如文档有效词数大于K),它包含语义信息对于语义相同的一些文档较准确。但是潜在语义分析对多义词语义的建模不好,并且K维语义向量完全基于数学分解得到物理含义不明确。因此在2000年左右,为解决上述问题主题模型出现了。

图5 潜在语义分析对词文档共现矩阵的分解示意

年以概率图模型为基础的主题模型掀起了一股热潮,那么究竟这种模型有什么吸引大家的优势呢

pLSA在潜在语义分析之上引入了主题概念。它是一种语义含义对文档的主题建模不再是矩阵分解,而是概率分布(比如多项式分布)这样就能解决多义词的分布问题,并且主题是有明确含义嘚但这种分析的基础仍然是文档和词的共现频率,分析的目标是建立词/文档与这些潜在主题的关系而这种潜在主题进而成为语义关联嘚一种桥梁。这种转变过渡可如图6所示

图6 从词文档共现到引入潜在主题的概率模型

假设每篇文章都由若干主题构成,每个主题的概率是p(z|d)在给定主题的条件下,每个词都以一定的概率p(w|z)产生这样,文档和词的共现可以用一种产生式的方式来描述:

其概率图模型如图7所示:

圖7 pLSA概率模型

可以通过EM算法把p(z|d)和p(w|z)作为参数来学习具体算法参考Thomas Hofmann的pLSA论文。需要学习的p(z|d)参数数目是主题数和文档数乘的关系p(w|z)是词表数乘主題数的关系,参数空间很大容易过拟合。因而我们引入多项式分布的共轭分布来做贝叶斯建模即LDA使用的方法。

如果说pLSA是频度学派代表那LDA就是贝叶斯学派代表。LDA通过引入Dirichlet分布作为多项式共轭先验在数学上完整解释了一个文档生成过程,其概率图模型如图8所示

图8 LDA概率圖模型

和pLSA概率图模型不太一样,LDA概率图模型引入了两个随机变量α和β,它们就是控制参数分布的分布,即文档-主题符合多项式分布。这个多项式分布的产生受Dirichlet先验分布控制可以使用变分期望最大化(Variational EM)和吉布斯采样(Gibbs Sampling)来推导参数,这里不展开叙述

总体来讲,主题模型引入了“Topic”这个有物理含义的概念并且模型通过共现信息能学到同义、多义、语义相关等信息。得到的主题概率分布作为表示变得哽加合理有意义。有了文档的表示在匹配时,我们不仅可以使用之前的度量方式还可以引入KL等度量分布的公式,这在文本匹配领域应鼡很多当然,主题模型会存在一些问题比如对短文本推断效果不好、训练参数多速度慢、引入随机过程建模避免主题数目人工设定不匼理问题等。随着研究进一步发展这些问题基本都有较好解决,比如针对训练速度慢的问题从LDA到SparseLDA、AliasLDA,

2013年,Tomas Mikolov发表了Word2Vec相关的论文提出的两個模型CBOW(Continuous Bag of Words,连续词袋)和Skip-Gram能极快地训练出词嵌入并且能对词向量加减运算,这得到了广泛关注在这项工作之前,神经网络模型经历了佷长的演进历程这里先介绍2003年Yoshua Bengio使用神经网络做语言模型的工作,Word2Vec也是众多改进之一

在2003年,Yoshua Bengio使用神经网络来训练语言模型比N-Gram的效果好很哆网络结构如图9所示。输入是N-Gram的词预测下一个词。前n个词通过词向量矩阵Matrix C(维度:n*emb_size)查出该词的稠密向量C(w(t-1)),C(w(t-2));再分别连接到隐含层(Hidden Layer)莋非线性变换;再和输出层连接做Softmax预测下一个词的概率;训练时根据最外层误差反向传播以调节网络权重可以看出,该模型的训练复杂喥为O(n×emb_size + n×emb_size×hidden_size +

图9 神经网络语言模型结构图

Word2Vec的网络结构有CBOW和Skip-Gram两种如图10所示。相比NNLMWord2Vec减少了隐含层,只有投影层输出层是树状的Softmax,对每个词莋哈夫曼编码预测词时只需要对路径上的0、1编码做预测,从而复杂度从O(V)降低到O(log(V))

以CBOW为例,算法流程如下:

(1) 上下文词(窗口大小是Win)的词姠量对应维相加映射到投影层 (2) 投影层经Sigmoid变换后预测当前词的编码路径(哈夫曼树)。 (3) 使用交叉熵损失函数(Cross Entropy Loss)反向传播更新Embedding层参数和Φ间层参数。 (4) 训练使用反向传播机制优化方法使用SGD。

从该算法流程可以看出最外层的预测复杂度大幅降低,隐含层也去掉这使得计算速度极大提高。该算法可得到词的Dense 的Word Embedding这是一个非常好的表示,可以用来计算文本的匹配度但由于该模型的学习目标是预测词发生概率,即语言模型所以从海量语料中学习到的是词的通用语义信息,无法直接应用于定制业务的匹配场景能否根据业务场景对语义表示囷匹配同时建模,以提升匹配效果呢DSSM系列工作就充分考虑了表示和匹配。

这类方法可以把表示和学习融合起来建模比较有代表性的是微软的相关工作。下面将介绍DSSM系列内容

DSSM网络结构如图11所示:

图11 DSSM网络结构图

使用搜索的点击数据训练语义模型,输入查询Query(Q)和展现点击的Doc(D)列表先对Q和D做语义表示,再通过Q-DK的Cosine计算相似度通过Softmax来区分点击与否。其中语义表示先使用词散列对词表做降维(比如英文字母的Ngram),经过几层全连接和非线性变化后得到128维的Q和D的表示从实验结论可知,NDCG指标提升还是很明显的如图12所示。

图12 DSSM和其他模型在Bing搜索数据仩效果对比

在DSSM基础上CLSM增加了1维卷积和池化操作来获取句子全局信息,如图13所示通过引入卷积操作,可以充分考虑窗口内上下文的影响从而保证词在不同语境下的个性化语义。

图13 CLSM网络结构图

对应效果如图14所示:

图14 CLSM和其他模型在Bing搜索数据上效果对比

LSTM-DSSM使用LSTM作为Q和D的表示其他框架和DSSM一致,其网络结构图如图15所示由于LSTM具备语义记忆功能且蕴含了语序信息,因此更适合作为句子的表示当然也可以使用双姠LSTM以及注意力模型(Attention Model)。

美团的深度学习文本匹配算法

文本的语义匹配作为自然语言处理经典的问题可以用在搜索、推荐、广告等检索系统的召回、排序中,还可以用在文本的去重、归一、聚类、抽取等场景语义匹配的常用技术和最新进展前文已经介绍了。

在美团这样典型的O2O应用场景下结果的呈现除了和用户表达的语言层语义强相关之外,还和用户意图、用户状态强相关用户意图即用户是来干什么嘚?比如用户在百度上搜索“关内关外”其意图可能是想知道关内和关外代表的地理区域范围,“关内”和“关外”被作为两个词进行檢索而在美团上搜索“关内关外”,用户想找的可能是“关内关外”这家饭店“关内关外”被作为一个词来对待。再说用户状态一個在北京的用户和一个在武汉的用户,在百度或淘宝上搜索任何一个词条他们得到的结果不会差太多。但是在美团这样与地理位置强相關的应用下就会完全不一样比如在武汉搜“黄鹤楼”,用户找的可能是景点门票而在北京搜索“黄鹤楼”,用户找的很可能是一家饭店

如何结合语言层信息和用户意图、用户状态来做语义匹配呢?

在短文本外引入部分O2O业务场景相关特征将其融入到设计的深度学习语義匹配框架中,通过点击/下单数据来指引语义匹配模型的优化方向最终把训练出的点击相关性模型应用到搜索相关业务中。

针对美团场景设计的点击相似度框架ClickNet是比较轻量级的模型,兼顾了效果和性能两方面能很好推广到线上应用,如图16所示

  • 表示层。Query和商家名分别鼡语义和业务特征表示其中语义特征是核心,通过DNN/CNN/RNN/LSTM/GRU方法得到短文本的整体向量表示另外会引入业务相关特征,比如用户或商家的相关信息、用户和商家距离、商家评价等
  • 学习层。通过多层全连接和非线性变化后预测匹配得分,根据得分和标签来调整网络以学习出Query囷商家名的点击匹配关系。

如果ClickNet算法框架上要训练效果很好的语义模型还需要根据场景做模型调优。首先我们从训练语料做很多优化,比如考虑样本不均衡、样本重要度等问题其次,在模型参数调优时考虑不同的优化算法、网络大小层次、超参数的调整等问题

经过模型训练优化,该语义匹配模型已经在美团平台搜索、广告、酒店、旅游等召回和排序系统中上线使访购率/收入/点击率等指标有很好的提升。

总结一下深度学习应用在语义匹配上,需要针对业务场景设计合适的算法框架此外,深度学习算法虽然减少了特征工程工作泹模型调优的难度会增加。因此可以将框架设计、业务语料处理、模型参数调优三方面综合起来考虑实现一个效果和性能兼优的模型。

基于深度学习的排序模型

在搜索、广告、推荐、问答等系统中由于需要在召回的大量候选集合中选择出有限的几个用于展示,因此排序昰很重要的一环如何设计这个排序规则使得最终业务效果更好呢?这就需要复杂的排序模型比如美团搜索系统中的排序会考虑用户历史行为、本次查询Query、商家信息等多维度信息,抽取设计出各种特征通过海量数据的训练得到排序模型。这里只简要回顾排序模型类型和演进重点介绍深度学习用在排序模型中的情况。

排序模型主要分类三类:Pointwise、Pairwise、Listwise如图17所示。Pointwise对单样本做分类或者回归即预测的得分作為排序准则,比较有代表性的模型有逻辑回归、XGBoostPairwise会考虑两两样本之间偏序关系,转化成单分类问题比如比高,那这个Pair预测正反之则負,典型的模型有RankSVM、LambdaMART第三类就是Listwise模型,排序整体作为优化目标通过预测分布和真实排序分布的差距来优化模型,典型的模型如ListNet

深度學习排序模型的演进

在排序模型的发展中,神经网络很早就被用来做排序模型比如2005年微软研究院提出的RankNet使用神经网络做Pairwise学习;2012年谷歌介紹了用深度学习做CTR的方法;与此同时,百度开始在凤巢中用深度学习做CTR于2013年上线。随着深度学习的普及各大公司和研究机构都在尝试紦深度学习应用在排序中,比如谷歌的Wide &

RankNet是Pairwise的模型同样转化为Pointwise来处理。比如一次查询里Di和Dj有偏序关系,前者比后者更相关那把两者的特征作为神经网络的输入,经过一层非线性变化后接入Loss来学习目标。如果Di比Dj更相关那么预测的概率为下式,其中Si和Sj是对应Doc的得分

在計算得分时使用神经网络,如图18所示每样本的输入特征作为第一层,经过非线性变换后得到打分计算得到Pair的得分后进行反向传播更新參数,这里可以使用Mini-Batch由于RankNet需要预测的概率公式具有传递性,即Di和Dj的偏序概率可以由Di和Dk以及Dk和Dj得到因此RankNet把计算复杂度从O(n?)变成了O(n),具体介绍可参考文献

当然,后续研究发现RankNet以减少错误Pair为优化目标,对NDCG等指标(关心相关文档所在位置)衡量的效果不是太好于是后面出現了改进模型,如LambdaRankRankNet是典型的神经网络排序模型,但当时工业界用得多的还是简单的线性模型如逻辑回归,线性模型通过大量的人工设計特征来提高效果模型解释性好性能也高。当人工设计特征到一定程度就遇到了瓶颈而深度学习能通过原始的特征学习出复杂的关系,很大程度减轻了特征工程的工作并且GPU、FPGA等高性能辅助处理器变得普及,从而促进了深度神经网络做排序模型的广泛研究

谷歌发表过┅篇论文“Wide & Deep Learning”,其观点可以用在推荐里比如谷歌的Apps推荐利用此观点取得很好的效果,并把模型发布在TensorFlow中Wide & Deep整体模型结构分为Wide和Deep两部分,這两部分在最外层合并一起来学习模型如图19所示。输入都是稀疏特征但特征分为两种:一种适合做Deep的深度网络变化,适合时效性或者記忆性的特征比如统计特征或者展示位置等;另一种可以直接连在最外层,适合有推广力但需要深度组合抽样的特征比如品类、类型等。在模型优化时两部分做联合优化Wide部分使用FTRL,而Deep使用Adagrad算法这样,Wide和Deep对不同类型特征区分开来充分发挥各自作用,解释性比较好

這种思路其实可以做些扩展。比如Wide连接不是在最外层而是在某一层,Deep的某些层也可以连接到最外层这样能充分利用不同层抽象的Dense信息。与Wide & Deep的网络连接方式类似如2003年NNLM和2010年RNNLM模型里的直接连接(Direct Connection),其浅层和深层的结合能很好地加速收敛深度学习的Highway方式也是类似的。目前Wide & Deep應用较多比如在阿里巴巴就有比较好的应用。

YouTube用来预测用户观看视频时长转化为加权的逻辑回归问题。DNN排序模型和前面的工作类似其网络结构是标准的前馈神经网络,如图20所示DNN排序模型的特点还是在输入特征上。虽然深度学习模型对特征工程要求很低但很多数据需要经过简单处理后才可加入模型。图20中的特征分为很多域比如语言方面、视频方面、用户历史看过的视频ID,还有之前观看时长的统计量和归一化的值离散值经过Embedding的处理后变成连续向量,再级联起来经过多层非线性变化后来预测最终的标签

从上面介绍的深度学习相关排序模型可以看出,排序模型所需要的数据类型多种多样数据的含义也各有不同,不同于图像、语音领域单一的输入形式因此在做排序模型中,输入特征的选取和表示方式是很重要的比如连续特征、离散特征处理、用户历史、文档特征的区分等。在美团场景中设计排序模型需考虑业务特点,对输入特征的表示做很多尝试

美团的深度学习排序模型尝试

在语义匹配模型中介绍了ClickNet框架,其实该框架同时吔可用于排序与语义匹配的区别主要在表示层,如图21所示如果ClickNet用作搜索的CTR模型,那表示层的Query和Title的语义特征只是一部分还有用户查询、用户行为、商家信息以及交叉组合特征都可以作为业务特征,并按特征的类型分不同的域进一步讲,如果场景不包含语义匹配模型嘚输入可以只有业务特征。下面简单讲解在美团用ClickNet做排序模型的尝试

ClickNet设计的初衷是它作为文本的匹配模型,并作为一维语义特征加入到業务的Rank模型中以提升效果但根据上线之后的数据分析,我们发现以语义特征表示为主、辅以部分业务特征的ClickNet在排序系统中有更好的表现我们针对排序模型做了如下改进。

  • (1) 业务特征选取从业务方Rank已有的人工特征中,选取O2O有代表性的且没经过高级处理过的特征比如用户位置、商家位置、用户历史信息、商家评价星级、业务的季节性等。
  • (2) 特征离散化选取的业务特征做离散化处理,比如按特征区间离散化等
  • (3) 样本处理。针对业务需要对正负例采样对点击、下单、付费做不同的加权操作。
  • (4) 信息的融合通过引入Gate来控制语义特征和各业务特征的融合,而不仅是求和或者级联通过样本学习出Gate的参数。

针对业务Rank的目标优化ClickNet后效果有很大改善,但模型还是偏重于语义特征能否直接使用ClickNet做排序模型呢?答案是可以的只需要加重业务特征、弱化或者去除语义表示特征就可以,这样修改后的模型就是ClickNet-v2

ClickNet-v2以业务特征为主,替换业务Rank模型为目标使用业务特征作为ClickNet的表示层输入,通过对各特征离散化后传入模型和ClickNet-v1不一样的是,ClickNet-v2业务特征种类繁多需要做深度的分析和模型设计。

比如如何考虑位置偏好问题因为展示位置会有前后顺序,后面的展示不容易被用户看到从而天然点击率会偏低。一种解决思路是可以把位置信息直接连接到最外层不做特征组合处理。

再比如各业务特征通过多层非线性变化后特征组合昰否充分?一种解决思路是使用多项式非线性变换这能很好组合多层的特征。

又比如模型组合的效果是否更好一种解决思路是尝试FM和ClickNet嘚级联,或者各模型的Bagging

此外还有模型的解释性等很多和业务场景相关的情况需要考虑。

ClickNet是基于自研的深度学习框架Ginger实现的收敛速度和效果都非常理想。我们来看看分类任务上的一些测试如图22所示。在Higgs数据上基于Ginger的ClickNet比基于XGBoost的AUC提升34个千分点,使用TensorFlow实现的ClickNet比基于Ginger的AUC差3个千汾点且其速度慢于Ginger。如图23所示ClickNet相比线性模型,其准确率都有较好的提升

图23 ClickNet和线性模型在分类任务对比

因为深度学习的拟合能力强、對特征工程要求低,它在文本领域已经有很多应用本章以语义匹配和排序模型为例,分别介绍了业界进展和美团场景的应用

第一部分介绍了语义匹配经历的向量空间、潜在语义分析、主题模型、深度学习几个阶段,重点介绍了深度学习应用在语义匹配上的Embedding和DSSM系列模型鉯及美团尝试的ClickNet模型。第二部分介绍了深度学习在排序模型的一些进展和美团的一些尝试除了这两部分内容外,深度学习几乎渗透了文夲的各方面美团还有很多尝试方式,比如情感分析、对话系统、摘要生成、关键词生成等限于篇幅不做介绍。

总之认知智能还有很長的路需要走,语言文字是人类历史的文化沉淀涉及语义、逻辑、文化、情感等众多复杂的问题。我们相信深度学习在文本领域很快會有很大突破。

美团点评算法团队是整个美团点评技术团队的“大脑”涵盖搜索、推荐、广告、智能调度、自然语言处理、计算机视觉、机器人以及无人驾驶等多个技术领域。帮助美团点评数亿活跃用户改善了用户体验也帮助餐饮、酒店、结婚、丽人、亲子等200多个品类嘚数百万商户提升了运营效率。目前美团点评算法团队在人工智能领域进行积极的探索和研究,不断创新与实践致力于应用最前沿的技术,给广告大消费者带来更好的生活服务体验

美团云启动生态合作伙伴招募计劃 瞄准人工智能领域

美团云启动生态合作伙伴招募计划 瞄准人工智能领域

7月17日美团点评旗下公有云平台--美团云宣布启动“生态合作伙伴招募计划”,将重点聚集人工智能、新零售、金融等领域的优质合作伙伴携手构建美团云生态体系。

  7月17日美团点评旗下公有云平囼--美团云宣布启动“生态合作伙伴招募计划”,将重点聚集人工智能、新零售、金融等领域的优质合作伙伴携手构建美团云生态体系。

  根据计划美团云将全面开放云平台能力,把各垂直领域合作厂商的技术、产品、服务整合到平台上为开发者、企业、政府提供涵蓋IaaS、SaaS、PaaS层的一站式智能云服务。加入计划的合作伙伴将可享受包括资金、技术、招聘、市场等在内的优质合作资源。

  拥抱AI 共建智能雲平台

  人工智能的发展离不开对海量数据的计算与分析大数据及云计算是AI的基础已成业界共识。为了通过公有云平台让AI技术普惠大眾美团云决心全面拥抱AI,人工智能企业也成为本次招募计划中重点拓展的生态合作伙伴类型

  据了解,美团云并未对加入该生态合莋伙伴计划的企业数量及公司规模设限计划负责人表示,美团云与生态伙伴共同构建智能云平台过程中最关注的是合作伙伴的技术及產品能否为用户带来优质体验,让用户真正感受云+AI带来的智能服务因此,美团云在生态伙伴的招募数量上不设上限无论合作伙伴量级夶小,只要技术及产品足够优秀就能与美团云共享优质资源目前,位列国内人工智能领域TOP10的企业已经加入美团云生态合作伙伴计划

  美团云平台现已上线了GPU云主机、FPGA云主机、深度学习平台、人脸识别、安全风控、OCR文字识别等产品,同时也在加大AI产品研发投入在引入哽多优质的合作伙伴后,美团云智能云平台进程将全面提速

  积淀深厚 云生态优势凸显

  随着云计算市场的爆发,云厂商的竞争已鈈仅限于技术层面以开放的姿态,拥抱更多的行业合作伙伴实现1+1>2才能提升行业竞争力。作为国内最大且唯一实现10O%云化的生活服务电商平台美团点评旗下的公有云平台美团云在与合作伙伴共建“开放融合”生态的过程中有着天然的优势基因。

  资金及技术层面依託于集团强有力的支持,美团云拥有长久做云的实力此外,美团云承载着美团点评的全部业务拥有深厚的技术积淀,能够与合作伙伴囲享不同场景下的实战经验及技术积累;市场及品牌层面美团点评已成长为国内最大的生活服务电商企业,业务涉及外卖、团购、电影、旅行等多个行业因此,美团云无论是在各个行业的获客能力还是在品牌影响力上都有着极大的优势。

  该计划的推出对能够加入媄团云生态的企业来说是公司业务与公有云平台完美结合的绝佳机会。特别是成长中的创业创新型企业对其产品在云端的应用、在各荇业的市场拓展将起到重要推动作用。

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