延迟反馈建模 - 基于样本回补的方案

• 背景
• 符号定义
• 回补方式一
  • Importance Sampling
  • 预估值纠偏
  • PU Loss
• 回补方式二
  • Importance Sampling
  • PU Loss
• 回补方式三
  • Importance Sampling
• 总结
• 参考资料

背景

为了追求模型的时效性，在线学习已经成为主流。在线学习使用最近时间窗口内的样本进行实时模型训练，由于窗口设定往往比较短，所以有些样本的真实label并未到达，造成延迟反馈问题。比如某次商品点击之后，用户可能会反复对比其他商品，在几十分钟之后才进行下单，有时候会放入购物车，等价格降低或促销时才下单，要想拿到真实的转化label可能需要等待多天。对比转化延迟，点击延迟往往比较短，但点击label在窗口外到达的情况仍然存在。延迟反馈建模有多种方法，其中基于样本回补的方式大概这样：等待窗口内如果能拿到正反馈就作为正例训练，否则当做负例，在等待窗口之外，如果正反馈到来，则进行样本回补训练。对于怎么回补样本，有多种方式，在不同的回补方式上，纠偏方案也各不相同，本文对它们进行详细介绍。

符号定义

回补方式一

论文¹，设定等待窗口，负例往往比正例早到达，负例到达时立即训练，正例到达时再作为正例回补。这样就存在伪负例问题。为了消除伪负例影响，有如下几种方法进行纠偏。

Importance Sampling

其中，是模型，是可学习参数，它学习真实分布。

假设的话，公式可以简化为如下形式：

由于正例都先作为负例，所以，那么和可以得到如下关系：

将公式代入，得到最终的损失函数： 其中，第四步假设。表示停止梯度回传，这个条件下，论文证明了可以收敛于。

预估值纠偏

根据公式可以得到：

损失函数为常规的交叉熵，线上预估时用公式做下校准就可以了。

PU Loss

将样本当做Positive和Unlabeled进行学习，既Positive-Unlabeled Learning。

将负例当做Unlabeled数据，既上面的第二项。延迟正例过来后，在之前作为FN样本的梯度方向上反转，对梯度做下反向补偿即可。

回补方式二

论文²，设定等待窗口，在等待窗口内如果有正例到达则作为正例训练，没有的话当做负例训练，窗口外如果有正例延迟到达时则回补这些延迟正例。

Importance Sampling

因为，所以和的关系与回补方式一不一样，需要重新推导。 表示正例成为伪负例的概率。

损失函数为： 其中，是正例成为伪负例的概率。简单考虑的话，可以假设均匀分布，这样就可以统计出一个固定数值。复杂点的话，可以作为单独的模型去学习，独立训练或者和主目标联合训练都可以，表示窗口之外发生转化的概率，其中是可学习参数。 如果，公式就退化为，如果，公式就退化为常规的交叉熵。

PU Loss

类似方案一。

回补方式三

前两种回补方式只回补正样本，既FN对应的样本被训练了两次，其他样本训练了一次，所以。那Loss推导中的假设条件必然不成立，影响模型效果。 论文³，为了使得条件成立，可以对其他样本也训练两次，这样每个样本x都能看到两次，假设条件便成立了。

• 真实分布
  • 正例：
  • 负例：
• 回补方式一和二
  • 正例：
  • 负例：
• 回补方式三
  • 正例：
  • 负例：

Importance Sampling

和的关系推导如下：

损失函数为： 这里同方案二类似，也需要建模。因为需要回补真负例，理论上需要等到归因窗口才能拿到真实数据，但时效性明显不能这样做，可以通过设置一个处于和之间的窗口来近似获得这批回补数据。

总结

方案二和三有个等待窗口用于获取真实label，所以比方案一要准确一点，但方案一的时效性更强。另外，方案二和三因为，在Loss中需要引入一个单独的模型来预测正例成为伪负例的概率，比方法一要复杂很多。

方法	Importance Sampling	预估值纠偏	PU Loss
回补方法一
回补方法二		无	类似方案一
回补方法三		无	无

参考资料

• [1][Addressing Delayed Feedback for Continuous Training with Neural Networks in CTR prediction](http://arxiv.org/abs/1907.06558)
• [2][Capturing Delayed Feedback in Conversion Rate Prediction via Elapsed-Time Sampling](http://arxiv.org/abs/2012.03245)
• [3][Real Negatives Matter: Continuous Training with Real Negatives for Delayed Feedback Modeling](http://arxiv.org/abs/2104.14121)