在這篇文章中，我們會介紹如何用Python來搭建一個簡單的推薦系統(tǒng)。

本文使用的數(shù)據(jù)集是MovieLens數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集由明尼蘇達(dá)大學(xué)的Grouplens研究小組整理。它包含1,10和2億個評級。 Movielens還有一個網(wǎng)站，我們可以注冊，撰寫評論并獲得電影推薦。接下來我們就開始實戰(zhàn)演練。

在這篇文章中，我們會使用Movielens構(gòu)建一個基于item的簡易的推薦系統(tǒng)。在開始前，第一件事就是導(dǎo)入pandas和numPy。

import pandas as pd import numpy as np import warnings warnings.filterwarnings('ignore')

接下來，我們使用pandas read_csv（）加載數(shù)據(jù)集。數(shù)據(jù)集由制表符分隔，所以我們將\ t傳遞給sep參數(shù)。然后，使用names參數(shù)傳入列名。

df = pd.read_csv('u.data', sep='\t', names=['user_id','item_id','rating','titmestamp'])

接下來查看表頭，檢查一下正在處理的數(shù)據(jù)。

df.head()

如果我們能夠看到電影的標(biāo)題而不僅僅是ID，那再好不過了。之后加載電影標(biāo)題并把它與此數(shù)據(jù)集合并。

movie_titles = pd.read_csv('Movie_Titles') movie_titles.head()

由于item_id列相同，我們可以在此列上合并這些數(shù)據(jù)集。

df = pd.merge(df, movie_titles, on='item_id') df.head()

數(shù)據(jù)集中的每一列分部代表：

• user_id - 評級電影的用戶的ID。
• item_id- 電影的ID。
• rating - 用戶為電影提供的評級，介于1和5之間。
• timestamp - 電影評級的時間。
• title - 電影標(biāo)題。

使用describe或info命令，就可以獲得數(shù)據(jù)集的簡要描述。如果想要真正了解正在使用的數(shù)據(jù)集的話，這一點非常重要。

df.describe（）

可以看出，數(shù)據(jù)集共有100003條記錄，電影的平均評分介于3.52-5之間。

現(xiàn)在我們再創(chuàng)建一個dataframe，其中包含每部電影的平均評分和評分?jǐn)?shù)量。之后，這些評分將用來計算電影之間的相關(guān)性。相關(guān)性是一種統(tǒng)計指標(biāo)，表示兩個或多個變量一起波動的程度。相關(guān)系數(shù)越高，電影越為相似。

以下例子將使用Pearson相關(guān)系數(shù) （Pearson correlation coefficient），該數(shù)字介于-1和1之間，1表示正線性相關(guān)，-1表示負(fù)相關(guān)， 0表示沒有線性相關(guān)。也就是說，具有零相關(guān)性的電影完全不相似。

我們會使用pandas groupby 功能來創(chuàng)建dataframe。按照標(biāo)題對數(shù)據(jù)集進(jìn)行分組，并計算其平均值獲得每部電影的平均評分。

ratings = pd.DataFrame（df.groupby（'title'）['rating'].mean（）） ratings.head（）

接下來我們創(chuàng)建number_of_ratings列，這樣就能看到每部電影的評分?jǐn)?shù)量。完成這步操作后，就可以看到電影的平均評分與電影獲得的評分?jǐn)?shù)量之間的關(guān)系。五星級電影很有可能只被一個人評價，而這種五星電影在統(tǒng)計上是不正確的。

因此，在構(gòu)建推薦系統(tǒng)時，我們需要設(shè)置閾值。我們可以使用pandas groupby功能來創(chuàng)建新列，然后按標(biāo)題欄分組，使用計數(shù)函數(shù)計算每部電影的評分。之后，便可以使用head（）函數(shù)查看新的dataframe。

rating ['number_of_ratings'] = df.groupby（'title'）['rating'].count（） ratings.head（）

接下來我們使用pandas繪制功能來繪制直方圖，顯示評級的分布：

import matplotlib.pyplot as plt %matplotlib inline ratings['rating'].hist(bins=50)

可以看到，大多數(shù)電影的評分都在2.5-4之間。通過類似的方法還可以將number_of_ratings列可視化。

ratings['number_of_ratings'].hist(bins=60)

從上面的直方圖中可以清楚地看出，多數(shù)電影的評分都很低，評分最高的電影是一些非常有名的電影。

現(xiàn)在讓我們再來看一下電影評級與評分?jǐn)?shù)量之間的關(guān)系。我們可以使用seaborn繪制散點圖，然后使用jointplot（）函數(shù)執(zhí)行此操作。

import seaborn as sns sns.jointplot(x='rating', y='number_of_ratings', data=ratings)

從圖中我們可以看出，電影平均評分與評分?jǐn)?shù)量之間呈正相關(guān)關(guān)系，電影獲得的評分?jǐn)?shù)量越多，其平均評分越高。

創(chuàng)建基于item的簡易推薦系統(tǒng)

接下來我們會快速創(chuàng)建一個基于item的簡單的推薦系統(tǒng)。

首先，我們需要將數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)換為矩陣，電影標(biāo)題為列，user_id為索引，評級為值。完成這一步，我們將得到一個dataframe，其中列是電影標(biāo)題，行是用戶ID。每列代表所有用戶對電影的所有評級。評級為NAN表示用戶未對這部電影評分。

我們可以用該矩陣來計算單個電影的評級與矩陣中其余電影的相關(guān)性，該矩陣可以通過pandas pivot_table實現(xiàn)。

movie_matrix = df.pivot_table（index ='user_id'，columns ='title'，values ='rating'） movie_matrix.head（）

接下來讓我們找到評分?jǐn)?shù)量最多的電影，并選擇其中的兩部電影。然后使用pandas sort_values并將升序設(shè)置為false，以便顯示評分最多的電影。然后使用head（）函數(shù)來查看評分?jǐn)?shù)目最多的前十部電影。

ratings.sort_values('number_of_ratings', ascending=False).head(10)

假設(shè)一個用戶曾看過Air Force One（1997）和Contact（1997），我們想根據(jù)這兩條觀看記錄向該用戶推薦其他類似的電影，那么這一點可以通過計算這兩部電影的評級與數(shù)據(jù)集中其他電影的評級之間的相關(guān)性來實現(xiàn)。第一步是創(chuàng)建一個dataframe，其中包含來自movie_matrix的這些電影的評級。

AFO_user_rating = movie_matrix['Air Force One (1997)'] contact_user_rating = movie_matrix['Contact (1997)']

Dataframe可以顯示user_id和這兩部電影的評分。

AFO_user_rating.head（） contact_user_rating.head（）

使用pandas corwith功能計算兩個dataframe之間的相關(guān)性。有了這一步，就能夠獲得每部電影的評級與Air Force One電影的評級之間的相關(guān)性。

similar_to_air_force_one = movie_matrix.corrwith（AFO_user_rating）

可以看到，Air Force One電影和Till There Was You（1997）之間的相關(guān)性是0.867。這表明這兩部電影之間有很強的相似性。

similar_to_air_force_one.head（）

還可以計算Contact（1997）的評級與其他電影評級之間的相關(guān)性，步驟同上：

similar_to_contact = movie_matrix.corrwith（contact_user_rating）

可以從中發(fā)現(xiàn)，Contact（1997）和Till There Was You（1997）之間存在非常強的相關(guān)性（0.904）。

similar_to_contact.head（）

前邊已經(jīng)提到，并非所有用戶都對所有電影進(jìn)行了評分，因此，該矩陣中有很多缺失值。為了讓結(jié)果看起來更有吸引力，刪除這些空值并將相關(guān)結(jié)果轉(zhuǎn)換為dataframe。

corr_contact = pd.DataFrame(similar_to_contact, columns=['Correlation']) corr_contact.dropna(inplace=True) corr_contact.head()corr_AFO = pd.DataFrame(similar_to_air_force_one, columns=['correlation']) corr_AFO.dropna(inplace=True) corr_AFO.head()

上面這兩個dataframe分別展示了與Contact（1997）和Air Force One（1997）電影最相似的電影。然而，問題出現(xiàn)了，有些電影的實際質(zhì)量非常低，但可能因為一兩位用戶給他們5星評級而被推薦。

這個問題可以通過設(shè)置評級數(shù)量的閾值來解決。從早期的直方圖中看到，評級數(shù)量從100開始急劇下降。因此可以將此設(shè)置為閾值，但是也可以考慮其他合適的值。為此，我們需要將兩個dataframe與rating datframe中的number_of_ratings列一起加入。

corr_AFO = corr_AFO.join(ratings['number_of_ratings']) corr_contact = corr_contact.join(ratings['number_of_ratings'])corr_AFO.head()corr_contact.head()

現(xiàn)在，我們就能得到與Air Force One（1997）最相似的電影，并把這些電影限制在至少有100條評論的電影中，然后可以按相關(guān)列對它們進(jìn)行排序并查看前10個。

corr_AFO [corr_AFO ['number_of_ratings']> 100] .sort_values（by ='correlation'，ascending = False）.head（10）

我們注意到Air Force One（1997）與自身相關(guān)性最高，這并不奇怪。下一部與Air Force One（1997）最相似的電影是Hunt for Red October，相關(guān)系數(shù)為0.554。

顯然，通過更改評論數(shù)量的閾值，我們可以按之前的方式得到不同的結(jié)果。限制評級數(shù)量可以讓我們獲得更好的結(jié)果。

現(xiàn)在重復(fù)上邊的步驟，可以看到與Contact（1997）電影最相關(guān)的電影：

corr_contact [corr_contact ['number_of_ratings']> 100] .sort_values（by ='Correlation'，ascending = False）.head（10）

與Contact（1997）最相似的電影是Philadelphia（1993），相關(guān)系數(shù)為0.446，有137個評級。所以，如果有人喜歡Contact（1997），我們可以向他們推薦上述電影。

以上是構(gòu)建推薦系統(tǒng)的一種非常簡單的方法，但并不符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。后續(xù)的話我們可以通過構(gòu)建基于存儲器的協(xié)同過濾系統(tǒng)來改進(jìn)該系統(tǒng)。在這種情況下，將數(shù)據(jù)劃分為訓(xùn)練集和測試集，使用諸如余弦相似性來計算電影之間的相似性；或者構(gòu)建基于模型的協(xié)作過濾系統(tǒng)，然后使用Root Mean Squared Error（RMSE）等技術(shù)評估模型。

Github: https://github.com/mwitiderrick/simple-recommender-

英文：How to build a Simple Recommender System in Python

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