关于人工智能:云音乐视频搜索优化之旅

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作者:卉芸

1. 业务简介与剖析

1.1 业务分析

谈到搜寻,大家日常生活已离不开此性能,例如通用搜索引擎 Google 百度,购物时的电商搜寻,听歌时的音乐 app 搜寻等。在不同的业务场景下,搜寻的业务实质与指标也有着很大异同。在电商场景下,搜寻实质上是非精准导向的,因为满足用户 query 用意的商品候选量级极大,个性化的作用极大的被彰显,在 query 了解、召回及排序的各个环节,个性化都是必不可少的考量因素;此外,用户的 query 与商品的 title 存在显著的语义 gap,商家多采纳属性堆砌的形式来形成题目,导致与用户的表达方式差别较大;最初,算法的优化指标也十分清晰繁多,即 gmv 及成交笔数。

在云音乐搜寻业务中,候选资源品种繁多,涵盖艺人、单曲、歌单、视频、播单等多种异构资源,混排面临更多的挑战;同时,对于艺人及歌曲的搜寻,更偏差于精准化导向,满足用户用意的候选往往个数较少,对准确性要求极高,但在视频及歌单搜寻中,又更具备非精准性,满足用户 query 的候选多,故后果的个性化与多样性更须要被保障;对于不同的资源类型,算法的优化指标也不尽相同。

视频资源作为一种多模态的资源类型,在音乐搜寻中,有着本人的独特性:
(1)内容了解难:视频的题目及形容并不能反馈视频的全部内容,视音频模态的信息补充十分要害;形容文本偏向于天然语句,而非结构化的属性标签,长度也长短不均;信息抽取与语义表征难度高,用户 query 与视频相关性建模更为艰巨。
(2)相关性要求高:当用户搜寻单曲无版权时,可能会到视频页查找资源。有些搜寻 query 存在歧义,例如抖音火爆的歌曲“会不会”,仅通过文本词级别的匹配,会失去大量不相干的视频资源,故须要联合用户的实在用意来确保后果的相关性。
(3)时效性强:用户对热点内容需要较大,新热回升视频应该具备更多的曝光流量,例如“蜜雪冰城”搜寻后果下,应该将最近较火的日文改编版往前排。搜寻后果的时新性对用户的体验至关重要,实时的特色对排序成果影响较大。
(4)优化指标多:视频总体指标如下图所示,其中点击率和有效率,是最根底的优化指标,视频的播放时长占比、点赞率、珍藏率、转发率也很重要,它们能更好的激励视频生产者创作,并和视频消费者造成更严密的互动,利好整个视频生态。

1.2 算法体系

如上图所示,视频搜寻的整体算法体系能够分为五大模块:query 了解模块、召回 & 扩召回模块、相关性模块、排序模块及重排策略模块。

数据挖掘提供根底的数据撑持,包含新词发现、同义词开掘、标签开掘等,通过离线形式定时更新底层信息库,同时服务于视频了解模块。query 了解作为初始环节,包揽了文本归一化、纠错、词权重剖析、实体及属性抽取、用意辨认等性能,从用户不规则的输出文本中,获取到外围结构化信息,送入后续模块进一步解决。

召回局部可细分为两块,根底的文本搜索引擎和多路扩召回,搜索引擎联合紧密度、热度、tf-idf 等特色给出候选粗排分数。扩召回可细分为两大类型:query 改写多路及向量召回,前者通过显式的构建同义 query 召回更多满足语义的视频,具备更好的可解释性和可控性,后者利用模型泛化性隐式的召回相干视频,会带来一些惊喜的后果。相关性模块用于掂量用户 query 和视频的相干水平,能保障用户的搜寻体验,搜寻 query 和视频文案存在人造的语义 gap,同一 query 在不同的场景下存在歧义,如何定义云音乐场景下的相关性并进行语义消歧,非常重要。

排序局部蕴含特色与模型的构建,基于云音乐自研的 snapshot 平台,能够便捷的构建无特色穿梭的实时样本,进行在线特色抽取及数据落盘,模型经验了单指标到多指标的优化迭代。重排和策略是最初的一环,负责后果的多样性打散及可解释性文案的组装,也反对经营的 case 干涉。

云音乐的视频搜寻之前始终处于根底版本阶段,算法层面未经验迭代优化。文本将联合上述重难点,具体从搜寻相关性和排序来论述下优化的计划与功效。召回局部会提供一个简要的技术分享,不作为本文的重点。

2. 相关性

相关性是搜寻流程中非常重要的模块,它负责确保搜寻进去的后果和搜寻 query 是相干的,“相干”不仅体现在 word-level 的匹配上,也体现在 semantic-level 层面,它是一种用户的主观感触,不足一个通用的主观规范。
在不同业务场景下,搜寻相关性的定义是不同的,须要依据具体的业务认知,给出合乎用户体验的档位定义。有别于 ctr 工作,相关性人造缺失样本标签,是否点击不能用于间接掂量 query 与 item 的相关性,因为用户的点击行为还会受到流动、地位、离奇等其余因素的影响,因而须要依据相关性准则,进行人工数据的标注,然而深度模型的训练依赖大量的标注样本集,不可能全副由人工来标注。在模型层面,大家熟知的文本匹配畛域内的模型,比方 representation-based 和 interaction-based 模型,都能够迁徙用于 query 和 item 的相关性建模,但思考到线上 inference 的效率和 rt 限度,须要在成果和效率上进行折中。
如何利用无限的人工标注集,采纳弱监督的形式构建一个高效的线上模型,是该工作的挑战所在。

2.1 定义与评估

在云音乐搜寻场景下,咱们依据音乐畛域内关联常识和用户的常见的用意品种,将相关性分拆为以下三个子维度:

  • 文本相关性

    • 指搜寻后果中蕴含搜寻 query,即 term 匹配,搜寻后果中蕴含 query 中的外围词汇
  • 语义相关性

    • 指搜寻后果与 query 语义相干,能够宽泛认为是常识相干,如歌手名和单曲名、专辑名、格调类型、国家语言、节目、平台等相干
    • 例如“晴天”vs“周杰伦”、“刘德华”vs “ 四大天王 ”、“会不会”vs “ 小乐哥 ”、“会不会”vs “ 陈绮贞 ”、“刘聪”vs “ 中国有嘻哈 ”
  • 用意匹配

    • query 中蕴含具体歌曲、艺人、歌单、专辑、歌词等实体用意时,资源中对应用意也该统一
    • 例如:”周杰伦 晴天”vs “ 视频(xx 翻唱 晴天)”,这种状况认为是用意不统一,用户想搜的应该是 周杰伦演唱或者出演的晴天

联合以上三个子维度,咱们将音乐相关性定义为四个档位,具体为:

  • good 档位(最相干档位)

    • term 匹配 & 语义相干 & 用意匹配:示例:query(周杰伦 晴天)| 单曲(周杰伦 - 叶惠美 - 晴天)、query(周杰伦 晴天)| video(周杰伦演唱会 live 现场演唱《晴天》
    • 非凡阐明:对于艺人,例如 hehe vs 田馥甄,尽管 term 不匹配,但确实是同一个人,这种 case 也属于 good 档位
  • fair-good 档位(次相干档位)

    • term 不匹配 & 语义相干 & 用意匹配:示例:query(hebe)| 艺人(S.H.E)
    • term 不匹配 & 语义相干 & 用意不匹配:示例:query(周杰伦 晴天)| 视频(xx 翻唱 晴天)
    • term 匹配 & 语义相干 & 用意不匹配:示例:query(晴天)| 视频(xx 翻唱 晴天)
  • fair-fair 档位(中立档位)

    • term 匹配 & 语义不相干 & 用意匹配:示例:query(晴天)| 单曲(我的陈腐女友晴天版)
    • term 匹配 & 语义不相干 & 用意不匹配:示例:query(晴天)| 视频(冰菓动漫剪辑)
  • bad 档位(齐全不相干档位)

    • term 不匹配 & 语义不相干:示例:query(晴天)| 歌曲(阿桑 - 受了点伤 - 叶子)

有了明确的档位定义后,在用户的历史点击日志中,筛选了万级别的样本进行人工标注,这部分数据能够用来 finetune 模型,也能够用于评估相关性模型的成果。因为音乐场景下的 item 分为多种资源类型,在视频标注时,以文本题目作为次要考量因素,视频文本标签作为辅助因素。在实在的档位散布中,fair-fair 档位占比拟低,在评估模型成果时,将 good 和 fair-good 视为 1,bad 视为 0,则能够作为二分类问题来计算 auc 指标。

2.2 模型选型

相关性的建模在业内存在多种形式,如下图所示,大抵能够分为四种类型,根底的文本相关性模型、属性相关性模型、语义相关性模型和行为相关性模型。综合四种不同形式获取的相关性分数,还能够构建一个顶层的综合相关性模块,采纳集成的形式,获取最终的相关性分数或档位。

文本相关性,在词级别剖析 query 与 doc 间的相干水平。针对用户输出的 query,进行分词,再基于如 BM25 等算法计算相关性,如紧密度是掂量 term 之间间隔的一种形式。这种形式能够无缝对接搜索引擎,启动快,然而无奈解决消歧和语义类似的问题。

属性文本相关性,是将 query 和 doc 进一步进行属性的抽取与剖析,在同属性维度下判断是否相干,而后综合各维度,失去最终相关性分数。这种形式可解释性强,然而对属性抽取的准确度要求高,同时须要开掘属性下的同义词表,能力获取更好的语义相关性。

语义相关性,采纳深度模型来对语义建模,突破 term 层面的字面匹配限度,并能肯定水平解决消歧问题,具备良好的泛化性。近年来 NLP 模型的迅猛发展,文本语义建模的计划层出不穷,文本匹配畛域内的模型都能够拿来借鉴应用。因为工业界对线上 rt 有较高的要求,简单的交互式模型太重,不适宜大规模上线应用,同时训练样本集的构建也非易事。

行为相关性,是指通过用户搜寻后的点击、无效生产等一系列行为,采纳无监督的学习形式,在点击图上进行信息的传递,来开掘 query 与 doc 的相关性。该形式由 Yahoo 在网页搜寻中率先提出 [1],算法将 query 和 doc 通过词向量传递,将两者变换到同一语义空间中,从而不便失去相关性的类似度计算。点击图的成果鲁棒性强,在头部 query 和 doc 上体现较好,然而在长尾数据上体现不佳。

2.3 失效形式及实战

失去 query 与 item 的相关性分数或档位后,该如何利用到排序流程中呢。如下图所示,相关性模块除了输入相干分数外,还能够产出 query 向量、item 向量(限于双塔模型),在召回中派上用场。能够用作一路语义向量召回,也能够在 query 改写的召回阶段用于寻找类似 query 候选。排序中,语义向量和相关性分数能够拿来作为特色应用。

在云音乐场景下,咱们在引擎粗排中融入了紧密度特色,并构建了交融属性维度的语义相关性模型,也尝试了点击图模型的试验,以下做以介绍。

  • 语义相关性模型 – Aspect Relevance Model

训练深度模型须要大量的样本数据集,单个用户的点击与否不能间接当成正负样本,参考电商语义相关性模型 [2],咱们计算了 query 和 item 之间的均匀 ctr,并划分为高 ctr、中 ctr 和低 ctr 三个区间。咱们认为在同一 query 下,ctr 高的 item 相关性是要好于低 ctr 的,因而失去了一个分档次的监督学习数据集。在构建负样本时,咱们采纳了随机采样的形式获取简略的负样本,同时,也通过正样本中某些 NER 词汇的替换改写,构建了一批难学的负样本,由此加强模型的辨别能力。

线上模型构造如上图所示,为了线上性能的优化,采纳根底的双塔构造。底层共享词的 embedding,在每个 encoder 侧,不仅对 query/item 进行原始文本的信息编码,也对 NER 抽取的词组信息进行 encoding。对于每个维度的语义信息,采纳基于 CNN 的 self-attention 形式获取深层的语义表征,如果采纳多个卷积核,能够失去多组的 query 或维度文本的向量示意。计算 query 与 item 的相关性分数时,采纳弱交互的形式,对向量进行求和、求差、拼接三个操作后,送入全连贯层,通过 max-pooling 和 sigmoid 获取最终的相关性分数。在视频场景下,除文本信息外,还有图像、音频信息,能够将图像向量视为一个语义维度,应用 tensor fusion 进行向量的外积交融,这种形式对于多模态信息的交融更充沛,成果优于间接 concat。

在 loss 的构建上,依据分层的 ctr 样本定义了一种 pointwise 的 loss 模式

  • 点击图模型 – Click Graph Model

用户的点击日志蕴含着丰盛的信息,点击图模型利用二部图的信息传导,从类似的 query/item 中提取 term 来丰盛以后节点的 term 表白。咱们采纳近三月的搜寻点击日志,构建了 query 和 item 的图,其中 item 蕴含多种资源,单曲、艺人、歌单、视频等。针对不同的资源类型,选取不同的元字段信息来做文本的表征,比方视频类型,除了题目信息外,还采纳了内容形容标签信息,在分词阶段,接入了云音乐专属的业务词典,防止将歌曲名、艺人名切分谬误,同时过滤掉无意义的停用词。节点之间的权重采纳了点击率,相比点击次数,点击率更能反馈 query 与 item 的相干水平。

query 和 item 间的向量迭代沿用了 Yahoo 文中的计算形式,每次迭代后在人工评测集上计算 auc,选取最高 auc 对应的迭代向量,作为最终的词袋后果。下图给出了一个 case 后果,“陈奕迅”及两个对应的视频的最终的迭代向量中,蕴含了相干的歌曲词汇及艺人词,有肯定的可解释性。失去词袋向量后,须要⼀个适合的度量⽅法来计算类似度,咱们试验了两种种⽅式:cosine 类似度和 kl 散度 KL(Q||I)。为缩小计算量,对词袋向量作了⻓度截断,仅保留 top20 个词。在同一份人工评测集上,采纳 kl 散度的相关性分数,auc 能够达到 0.768,成果要好于 finetune 之前的语义相关性模型。

点击图办法计算简略无效,是一种鲁棒性很强的相关性算法,对于没有点击行为的 query 和 item,Yahoo 提出能够将文本拆解为 n -grams,学习 n -grams 的向量表白和权重信息,解决中长尾无表白的问题。因为 query 侧的词袋向量表白中,会迭代出相关性较强的词汇,咱们选出了 tag query 下的词袋信息进行察看,如下图所示,第二列的词袋词汇中能够挖掘出很多相干词,这部分进行人工审核后,能够补充到同义词典中。

理论应用中,咱们将相关性利用到视频排序阶段,最终线上有点率晋升 1.5%,无效有点率晋升 2.3%。在视频 8.0 版本人工测评中,相关性及高质量召回 case 数量比 7.0 减少 23%。以下给出一个相关性优化的后果展现。

3. 召回及排序

召回和排序是搜推算法中传统的两个模块。召回须要解决的候选集量级极大,线上响应的时效要求高,因而不能采纳简单构造的模型。排序阶段又能够细分为粗排和精排,在精排阶段,个别只需对上百个 item 进行打分,为了更准的出现用户想看的后果,对模型的准确性要求较高,故须要在特色上做更精细化的解决,并采纳更简单的模型来拟合数据分布。

3.1 多路召回

在视频召回中,咱们拟定了四大类召回形式:根底文本召回、query 改写多路召回、向量召回、个性化召回。在根底的文本召回根底上,为了能召回更多语义相干的候选视频,构建了显式的 query 改写召回和隐式的向量召回。为了更好地满足用户个性化体验,也独自构建了个性化召回链路。

query 改写的流程可细分为召回与判断两局部。在召回环节,可通过语义 embedding 相近、同 session 下 query 开掘、近义词替换等形式,寻找与 query 同义或近义的 query 候选。在判断环节,构建语义类似度模型,掂量两个 query 是否语义雷同,因为改写的数据能够离线生成好供应线上应用,所以简单的交互式模型如 bert,都能够派上用场。业务中标注样本老本较高,往年发表的 simCSE[3] 和 R -drop[4] 模型,也非常适合用在工业场景中。

依据建模形式的差别,可将向量召回分为如下图几类。近年来的文献中,向量召回在举荐畛域内的停顿较多,对 user 和 item 的建模计划,能够酌情迁徙到 query 和 item 上。搜寻业务上,Facebook 去年的工作 EBR[5] 和 Baidu 的 Mobius[6] 也有很强的借鉴意义,ebr 从样本采样到零碎层面给出了具体的实践经验与试验剖析,mobius 联合搜寻相关性优化 ctr 模型。召回的模型个别采纳双塔的构造,不便离线生成 query 和 item 侧的向量,接入线上的高效向量检索流程。

召回在模型上没有太多花色可玩,传言道,如果说排序是特色的艺术,那么召回就是样本的艺术,特地是负样本的艺术。召回层面的指标就是将与 query 相干的 item 召回,不相干的剔除,间接采纳 ctr 的点击与否作为学习样本,显然是不适合的,这是因为召回所面对的百万、千万级的候选 item,绝大多数是从未被曝光过的。全局负样本采样也存在肯定问题,随机采样的样本过于简略,没有难负样本,模型难只能学习到粗粒度上的 item 区别,无奈感知轻微的差别。阿里在去年发表的 ESAM[7],尝试用一种新的视角解决 Sample Selection Bias 问题,将曝光过的样本点击 label,迁徙学习到未曝光的 item 域上,能够获取全局的 item 标签。

搜寻中的个性化召回局部,实践上有两种形式可做,一种是应用基于 trigger 的传统形式进行 U2I 的召回,接着过一个 query 的相关性判断;一种是将用户特色融入到深度召回模型中。前者的效率会比后者差,所以咱们先打算尝试用户特色的引入,向量召回局部目前仍在优化推动中,在此不作为重点具体开展论述。

3.2 排序

(1) 排序特色体系

视频精排用到的特色汇总如上,波及到 query 维度、视频维度和用户维度。除了动态类的属性特色外,还有 T + 1 的统计类特色,以及基于实时计算平台 magina 开发的实时特色。时效性对视频排序尤为重要,实时类的特色必不可少,此外,借鉴 Youtube 在举荐零碎中的做法,引入视频 example age 特色(以后工夫 - 播放该视频的采样日志工夫)将新视频和训练视频进行辨别,能够进一步缓解新热问题。在视频内容的了解与表征上,咱们和行研的图像算法团队单干,提取视频的内容标签,比方艺人信息、格调信息等,用于欠缺视频信息。为了刻画视频的品质,采纳了分辨率、时长和审核状态特色。视频 tab 页中,单列流模式下,一屏只展现 2 个视频,用户的点击行为会因为 position 产生比拟大的偏差,为了打消地位偏差的影响,咱们也加上了 position 特色。

定义好特色并实现特色抽取算子后,基于云音乐自研的 snapshot 实时样本平台,能够便捷的获取线上样本的特色数据,并进行实时样本的落盘,用于模型的实时训练。snapshot 平台能够防止特色穿梭问题,并保障线下与线上的一致性,为算法成果提供了强有力的保障 [8]。

特色解决局部,也有一些技巧可言。对于 id 类型特色,为了缓解冷门 id 训练不充沛,咱们构建了 id 词典,将呈现频次少的 id 映射到同一编码上。解决间断数值型的统计类特色时,区间分桶受统计值变动影响较大,故采纳 log 软分桶,能够使间断特色离散化,同时受统计值变动影响小。计算率值特色时,如果间接计算点击率,对于统计数据较少的曝光和点击,容易呈现高估的问题,须要做统计平滑解决。常见的平滑形式有威尔逊区间法、EM 平滑、贝叶斯平滑 [9],实际中发现贝叶斯平滑成果最好,离线 auc 涨了千分之一个点。特色穿插在传统的机器学习中,往往通过人工的形式进行,近年来的深度模型已具备主动特色穿插的性能,能更高效的捕捉特色间的关联 [10]。

(2) 排序模型:单指标到多指标

视频排序单模型,指标是晋升点击率 ctr。咱们尝试了从无模型(策略分)到 deepFM 模型的演进,deepFM 获得了离线最高 auc,上线后点击率也晋升了 5%。视频一期排序中,尚未思考个性化因素,用户建模的模型还有待摸索试验,基于 attention 思维的 DIN 和 DIEN 模型,是后续尝试的方向。

视频业务指标多,针对多指标优化的多指标模型必不可少,咱们的精排大模型框架如下所示。图中示意了两个搜寻的根底外围指标,点击率 ctr 和无效转化率 cvr,视频场景下咱们认为视频生产时长大于肯定阈值则是无效生产。工作底层采纳特色共享,模型沿用了 MMOE[11] 的框架,专家和 gate 的构造能够由简到繁,咱们用多层全连贯来作为 base 构造。思考到 postion bias,构建了一个 shallow tower 来做地位偏差的打消。繁多工作的学习局部,应用了全连贯层,为了加强模型的记忆能力,可将原始的输出特色通过 sigmoid 喂入到 task 顶层,通过线性逻辑来修改模型泛化的规定。最终计算 loss 时,参考阿里 ESMM[12] 的思维,在全空间样本上同时进行 ctr 和 ctcvr 的 loss 学习,能够缓解 Sample Selection Bias 问题。不同指标的 loss 在量级和降落水平上会有差别,采纳 uncertainty weight loss[13] 算法主动学习各指标的权重比例。

在敲定大模型构造之前,咱们进行了一系列的线下试验,尝试了多指标工作畛域内的一些经典模型,如简略的 share-bottom 形式,也试验了腾讯的 PLE[14],下表给出了试验的指标成果。

Models 训练形式 Loss 加权系数 CTR-AUCCVR-AUC
Single-CTR 0.810
Single-CVR 0.690
Share-Bottom 交替训练 0.8170.707
ESMM 联结训练 ctr-loss:ctcvr-loss=0.04:10.8110.678
ESMM 联结训练 UWL 主动调权 0.8180.691
MMOE 联结训练 ctr-loss:ctcvr-loss=1:10.8230.721
MMOE 联结训练 UWL 主动调权 0.8220.720
PLE 联结训练 ctr-loss:ctcvr-loss=1:10.8220.714
PLE 联结训练 UWL 主动调权 0.8210.710
  • 通过试验数据,能够失去以下几个论断:

    • 不同工作 loss 相差很大时,UWL 会比间接 Loss 加和成果好;loss 靠近时,成果相当。
    • PLE 设计的初衷是为了缓解 seesaw phenomenon,当多任务关系简单时,效果显著;对于 ctr&cvr 是递进关系的工作,晋升成果不显著。
    • ESMM 设计是为了解决样本选择性偏差和样本稠密问题,在视频场景下,cvr 样本并非非常稠密,故 cvr 晋升不显著。
    • MMOE 成果最佳,当工作关系简略或递进时,成果显著,将此作为后续上线模型。

对于不同的优化指标,应该酌情思考模型构造和 loss 加权形式,不能对立而论。排序二期会将用户的视频播放完成度思考进来,视频的播放时长占比和 ctr、cvr 的关系更为简单,属于回归工作,在模型选取和 loss 构建上,也会针对性优化。

(3) 排序模型:个性化模型

如后面所说,视频场景下的搜寻,跟单曲、艺人搜寻相比,更偏向于非精准的搜寻,满足用户 query 的视频候选往往较多,个性化排序的空间绝对较大。对于有歧义的 query,个性化也能发挥作用,比方歌曲名“会不会”,能够对应到多个艺人用意上,依据用户的历史偏好,能够将用户偏好的艺人视频往前排,晋升用户体验。在用户建模中,行为序列是十分无效的特色,也是排序二期摸索的重点内容。

4. 小结与瞻望

云音乐视频搜寻以后面临四大痛点,视频内容的了解、相关性、时效性和多指标优化。本文作为第一篇章,论述了云音乐搜寻相关性模块的构建,也分享了精排一期中特色解决、多指标优化的一些教训。搜寻的优化任重道远,下半年将集中在更多指标的优化和个性化建模方向,晋升线上指标的同时,更好的保障用户的体验,让视频搜寻更智能化。

浏览材料

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[2] Yao S, Tan J, Chen X, et al. Learning a Product Relevance Model from Click-Through Data in E-Commerce[C]//Proceedings of the Web Conference 2021. 2021: 2890-2899.

[3] Gao T, Yao X, Chen D. SimCSE: Simple Contrastive Learning of Sentence Embeddings[J]. arXiv preprint arXiv:2104.08821, 2021.

[4] Liang X, Wu L, Li J, et al. R-Drop: Regularized Dropout for Neural Networks[J]. arXiv preprint arXiv:2106.14448, 2021.

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[7] Chen Z, Xiao R, Li C, et al. Esam: Discriminative domain adaptation with non-displayed items to improve long-tail performance[C]//Proceedings of the 43rd International ACM SIGIR Conference on Research and Development in Information Retrieval. 2020: 579-588.

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