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Theses Year : 2018

Novel Learning and Exploration-Exploitation Methods for Effective Recommender Systems

Nouveaux algorithmes et méthodes d'exploration-exploitation pour des systèmes de recommandations efficaces

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Romain Warlop

Abstract

This thesis, written in a company as a CIFRE thesis in the company fifty-five, studies recommender systems algorithms. We propose three new algorithms that improved over state-of-the-art solutions in terms of performance or matching industrial constraints. To that end, we proposed a first algorithm based on tensor factorization, a generalization of matrix factorization, commonly used on collaborative filtering. This extension allows to take into account simultaneously several types of feedbacks as well as different contexts. The proposed algorithm is also highly parallelisable thus suitable for real life large datasets. We then proposed a new algorithm that improves basket completion state-of-the-art algorithms. The goal of basket completion algorithms is to recommend a new product to a given user based on the products she is about to purchase in order to increase the user value. To that end we leverage Determinantal Point Processes (DPP), i.e., probability measure where the probability to observe a given set is proportional to the determinant of a kernel matrix. We generalized DPP approaches for basket completion using a tensorial point of view coupled with a logistic regression. Finally, we proposed a reinforcement learning algorithm that allows to alternate between several recommender systems algorithms. Indeed, using always the same algorithm may either bore the user for a while or reinforce her trust in the system. Thus, the algorithm performance is not stationary and depends on when and how much the algorithm has been used in the past. We then model the future performance of an algorithm according to linear function which is a polynomial in a recency function, that is a function that measures the frequency of use of an algorithm in a recent history. Our reinforcement learning algorithm learns in real time how to alternate between several recommender system algorithms in order to maximize long term performances, that is in order to keep the user interested in the system as long as possible. This algorithm can be seen as an hybrid recommender system. This thesis having been written in a company, we always looked for considering industrial contraints when developing new algorithms. Thus, each chapter that introduces a new algorithm will contain a section in which we present how the solution has been used or could be used in practice.
Cette thèse, réalisée en entreprise en tant que thèse CIFRE dans l'entreprise fifty-five, étudie les algorithmes des systèmes de recommandation. Nous avons proposé trois nouveaux algorithmes améliorant l'état de l'art que ce soit en termes de performance ou de prise en compte des contraintes industrielles. Pour cela nous avons proposé un premier algorithme basé sur la factorisation de tenseur, généralisation de la factorisation de matrice couramment appliquée en filtrage collaboratif. Cette extension permet de prendre en compte simultanément différents types d'interaction entre les utilisateurs et les produits et dans des contextes différents. L'algorithme proposé est également hautement parallélisable ce qui le rend facilement utilisable sur des données réelles très volumineuses. Nous avons ensuite proposé un nouvel algorithme permettant d'améliorer l'état de l'art des solutions de complétion de paniers. L'objectif des algorithmes de complétion de paniers est de proposer à l'utilisateur un nouveau produit à ajouter au panier qu'il/elle est en train d'acheter permettant ainsi d'augmenter la valeur d'un utilisateur. Pour cela nous nous sommes appuyés sur les processus ponctuels déterminantal (DPP), c'est à dire une mesure de probabilité dont la probabilité d'observer un ensemble est proportionnel au déterminant d'un noyau. Nous avons généralisé l'approche de la complétion de paniers par DPP en utilisant une approche tensorielle couplée à une régression logistique. Enfin nous avons proposé un algorithme d'apprentissage par renforcement permettant d'alterner entre différents algorithmes de recommendation. En effet, utiliser toujours le même algorithme peut avoir tendance à ennuyer l'utilisateur pendant un certain temps, ou à l'inverse lui donner de plus en plus confiance en l'algorithme. Ainsi la performance d'un algorithme donné n'est pas stationnaire et dépend de quand et à quelle fréquence celui-ci a été utilisé. Nous avons alors modélisé la performance future d'un algorithme par une régression linéaire définie par un polynôme en une fonction de récence, c'est à dire une fonction qui mesure la fréquence d'utilisation d'un algorithme dans un historique récent. Notre algorithme d'apprentissage par renforcement apprend alors en temps réel à alterner entre divers algorithmes de recommendations dans le but de maximiser les performances sur le long terme, c'est à dire de continuer d'intéresser l'utilisateur le plus longtemps possible. Cet algorithme peut être vu comme un algorithme de recommendation hybride. Cette thèse ayant été réalisée en entreprise, nous avons toujours recherché à respecter les contraintes industrielles lors du développement de nouvelles solutions. Ainsi chaque chapitre présentant un nouvel algorithme contiendra une section dans laquelle nous présenterons comment la solution a été utilisée ou pourrait être utilisée en pratique.
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Dates and versions

tel-01915499 , version 1 (07-11-2018)

Identifiers

  • HAL Id : tel-01915499 , version 1

Cite

Romain Warlop. Novel Learning and Exploration-Exploitation Methods for Effective Recommender Systems. Artificial Intelligence [cs.AI]. Lille1, 2018. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01915499⟩
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