S3-Rec: Self-Supervised Learning for Sequential Recommendation with Mutual Information Maximization

该模型解决了什么问题？

同样是序列化建模，为什么S3-Rec说自己要比其他的效果好？该文指出，现有的序列化推荐模型使用target item来计算loss的，例如阿里是用历史交互序列，预测下一个点击/转化的商品。这样有什么问题？一个是数据过于稀疏，还有就是上下文信息没有充分被利用。因此S3-Rec引入了自监督学习去解决序列化建模所面临的问题。

这篇论文的自监督学习简单来说就是用序列pretrain，然后再用target item做fine-tuning。只是因为推荐场景的特殊性，这篇论文设计了4个自监督学习目标，充分利用序列，属性，自序列等信息，学到最好的embedding表达。

模型架构图

直接看这张图，估计多半是懵逼的。说实话，图画的虽然复杂，实际模型其实是相当简单的。上面4个虚线框，就是4个pretrain的任务。分别是以下4个目标：

• 相关属性学习
• masked item预测
• masked 属性预测
• item段预测

说到pretrain，大家会想到啥？没错，就是bert。这篇论文原封不动的把bert模型搬了过来，但是改变了预训练的方式。十方先简要带大家回顾一下bert的结构。

bert的每一层，可以简要概括为两个部分，MultiHead-Attention和FFN层。MultiHead，顾名思义，大家就理解为self-attention做了好几次，做了几次就有几个head，最后concat即可。FFN就是前馈神经网络，因为attention提取的是线性特征，需要FFN去挖掘非线性的表达。我们看下公式的表达：

公式很简单，也不是本文重点，不赘述，实在不记得公式含义的，直接度娘bert即可，接下来我们着重介绍4个预训练任务。

挖掘item和属性的关系

我们从上往中间看，i1~in就是item序列，item embedding就是查embeding词表，bidirectional Self-attention就是bert，总值一个item id序列，到了item-Attribute MIM后，就是一个经过attention变换过的embedding序列。然后我们在从下往上看，Ai1~Ain是i1~in的属性，模型要学的东西很简单，就是这个属性属不属于这个item，负样本随机负采样一些属性即可。loss函数如下:

论文里f函数用的不是点积，而是下面这个公式:

Masked 预测

注意，这一节是两个目标，十方放一起讲，因为实在太类似了。看过bert的读者肯定深刻理解什么是masked，没看过bert的，大家就理解为完形填空。在输入侧，我随机挑选一个item，把它的id置为default，然后attention后，相应位置的向量，用来预估它原本的itemid以及属性。

预测itemid公式如下:

预测属性公式如下：

itemid和属性的负样本都是随机负采样。第一个任务充分挖掘了item和上下文的关系，第二个任务挖掘了属性和上下午的关系。

子序列关系挖掘

这个就特别有意思了，论文认为，只mask一个item，它的上下文并不能表达这个item。比如你买了个switch，完全是送人，但是你的上下文和游戏一点关联都没有，因此如果mask掉一个连续的子序列，那上线文多少都会和这个序列相关吧。基于这个思想，就有了segment-mask，把序列的一小段mask后，用attention后对应序列的embedding，去预估该子序列的概率，负样本也是随机采样些子序列，公式如下：

结语

最后，基于以上4个pretrain任务，我们做最后的finetuning。论文里用了pairwise rank loss:

实验当然是bert秒杀所有。