图文并茂！推荐算法架构——粗排
导语 | 粗排是介于召回和精排之间的一个模块，是典型的精度与性能之间trade-off的产物。理解粗排各技术细节，一定要时刻把精度和性能放在心中。
在上篇《详细解读！推荐算法架构——召回》中我们结合算法架构召回进行解读分析，本篇将深入重排这个模块进行阐述。
一、总体架构
粗排是介于召回和精排之间的一个模块。它从召回获取上万的候选item，输出几百上千的item给精排，是典型的精度与性能之间trade-off的产物。对于推荐池不大的场景，粗排是非必选的。粗排整体架构如下：
二、粗排基本框架：样本、特征、模型
目前粗排一般模型化了，基本框架也是包括数据样本、特征工程、深度模型三部分。
（一）数据样本
目前粗排一般也都模型化了，其训练样本类似于精排，选取曝光点击为正样本，曝光未点击为负样本。但由于粗排一般面向上万的候选集，而精排只有几百上千，其解空间大很多。只使用曝光样本作为训练，但却要对曝光和非曝光同时预测，存在严重的样本选择偏差（SSB问题），导致训练与预测不一致。相比精排，显然粗排的SSB问题更严重。
（二）特征工程
粗排的特征也可以类似于精排，由于其计算延迟要求高，只有10ms~20ms，故一般可以粗分为两类：
普通特征：类似精排，user、context、item三部分。有哪些特征，以及特征如何处理，可以参看精排的特征工程部分。
交叉特征：user和item之间的交叉特征，对提升模型精度很有帮助。但由于交叉特征枚举过多，难以离线计算和存储。实时打分时又不像user特征只用计算一次，延迟较高。故对于交叉特征要谨慎使用。
（三）深度模型
粗排目前已经基本模型化，其发展历程主要分为四个阶段：
第一代：人工规则策略，可以基于后验统计，构建一个人工规则。比如融合item的历史CTR、CVR、类目价格档、销量等比较核心的因子。人工规则准确率低，也没有个性化，也不可能实时更新。
第二代：LR线性模型，有一定的个性化和实时性能力，但模型过于简单，表达能力偏弱。
第三代：DSSM双塔内积深度模型。它将user和item进行解耦合，分别通过两个Tower独立构建。从而可以实现item向量离线存储，降低线上predict延迟。主要有两种范式：
item和user均离线存储。这个方案只需要计算user和item的内积即可，计算延迟低。由于user是离线存储的，故可以使用复杂的模型，提升表达能力。但user侧的实时性较差，对于用户行为不能实时捕捉。
item离线，user实时。item相对user，实时性要求没那么高。由于一次打分是针对同一个用户的，故user侧只需要实时计算一次即可，速度也很快。目前这个方案使用较多。
第四代：item和user隔离，导致二者没有特征交叉能力，模型表达能力弱。故又提出了以COLD为代表的第四代模型，轻量级MLP粗排模型。它通过SE block实现特征裁剪，并配合网络剪枝和工程优化，可以实现精度和性能之间的trade-off。
三、粗排优化
粗排的几个主要问题：
精度和特征交叉问题：经典的DSSM模型优点很多，目前在粗排上广泛应用，其最核心的缺点就是缺乏特征交叉能力。正所谓成也萧何败萧何，正是由于user和item分离，使得DSSM性能很高。但反过来也是由于二者缺乏交叉，导致模型表达能力不足，精度下降。典型的精度和性能之间的trade-off。
低延迟要求：粗排延迟要求高，一般只有10ms~20ms，远低于精排的要求。
SSB问题：粗排解空间比精排大很多，和精排一样只使用曝光样本，导致严重的样本选择偏差问题。
（一）精度提升
精度提升的方案主要有精排蒸馏和特征交叉，主要还是要优化特征交叉问题。
精排蒸馏
精排模型作为teacher，对粗排模型进行蒸馏学习，从而提升粗排效果，这已经成为了目前粗排训练基本范式
特征交叉
特征交叉可以在特征层面，也可以在模型层面实现。特征层面就是手工构造交叉特征，作为模型底层输入，仍然可以在独立的Tower中。模型层面则使用FM或者MLP等实现自动交叉。主要方法有：
特征蒸馏：teacher和student使用相同的网络结构，teacher模型使用普通特征和交叉特征，student则只使用普通特征。student从teacher中可以学到交叉特征的高阶信息。
加入交叉特征：特征层面构建手工交叉特征，独立的Tower中使用。由于交叉特征难以离线存储，实时计算空间也很大，故这个独立的Tower不能过于复杂。那我们第一时间就想到了wide&deep模型。deep部分仍然使用DSSM双塔，wide部分则为交叉特征。
轻量级MLP：模型层面实现特征交叉，不进行独立分塔。比如COLD，通过特征裁剪、网络剪枝、工程优化等方式降低时延，而不是靠独立分塔。
（二）延迟降低
精度和性能一直以来都是一个trade-off，很多方案都是在二者之间寻找平衡。粗排的性能要求更高，其延迟必须控制在10ms~20ms以内。性能优化有很多常见方法。
主要有以下方法：
特征裁剪：如COLD，不重要的特征先滤掉，自然就降低了整体延迟。这一层可以做在模型内，从而可以个性化和实时更新。
量化和定点化：比如32bit降低为8bit，可以提升计算和存储性能。
网络剪枝：network pruning，包括突触剪枝、神经元剪枝、权重矩阵剪枝等方法，不展开了。
模型蒸馏：model distillation，上文已经提到了，不展开了。
网络结构搜索NAS：使用更轻量级，效果更好的模型。可以尝试网络结构搜索NAS。
（三）SSB问题
粗排解空间比精排大很多，和精排一样只使用曝光样本，导致严重的样本选择偏差问题。可以把未曝光样本的精排打分给利用起来，缓解SSB问题。
作者简介
谢杨易
腾讯应用算法研究员
腾讯应用算法研究员，毕业于中国科学院，目前在腾讯负责视频推荐算法工作，有丰富的自然语言处理和搜索推荐算法经验。
推荐阅读
第四届 Techo TVP 开发者峰会回来了！这次我们线上见