Line如何萬中選一精準推薦，購物平臺關鍵技術大剖析

「在數百萬到數千萬的商品中，如何快速找到用戶有興趣的商品，推薦給他們？」Line臺灣機器學習工程師黃耀慶這句話，點出推薦系統對Line購物的重要性和挑戰。

Line購物是一個導購平臺，就像是消費者與店家的橋樑，將使用者導向成千上萬款商品各自的品牌商網站、電商平臺上的商品網頁。為了提高銷售量，得想辦法從百萬、甚至是千萬量級的商品數量，迅速找出使用者有興趣的幾個商品，推薦給他們。

為此，Line團隊發展出一套高度個人化的購物推薦系統，光是推薦情境模組就有20多種，比如個人化文章推薦、降價商品推薦、搜尋關鍵字推薦，又或是類似商品推薦等。這套以機器學習驅動的核心推薦系統叫做Brickmaster，在2022年正式啟用。

Line臺灣如何設計它，來因應多情境和海底撈針般的精準推薦挑戰？多位Line臺灣開發團隊成員，在Hello World開發者大會上揭露了背後的挑戰和開發經驗。

分3階段打造精準推薦系統

首先，開發團隊將Line購物導購的推薦流程，切分為3大階段，一方面提高推薦精準度，又能整合不同消費者行為和業務考量的需求。

第一步是「檢索（Retrieval）」，從包含千萬個商品的資料庫中，撈出數百個使用者可能感興趣的商品。接著是「排名（Ranking）」，根據使用者行為，將第一階段撈出的上百個候選推薦商品，縮小至數十個商品。

最後是「重新排名（Re-rank）」，這是用來結合各種商業邏輯（如促銷活動、節日活動和商品獲益）、商品新鮮度和商品多樣性的考量，來調整候選推薦商品。完成這些階段後，系統可以產生一份用來吸引顧客的推薦商品清單。

階段1：檢索

黃耀慶指出，與全站商品相比，使用者有興趣、會點擊的商品，幾乎只占了全站商品的「0.001%」想要從龐大的商品中，找出這麼少的目標商品，正是第一步，檢索階段的嚴峻挑戰。

為快速從巨量商品中，找出使用者感有興趣的商品，Line採用推薦領域中經典的雙塔模型方法。這個雙塔模型可分為使用者塔（User tower）和商品塔（Item tower），兩個塔各為一套多層的類神經網路。

其中，使用者塔用來處理使用者特徵，得到使用者的嵌入向量。商品塔則用於處理商品特徵，產出商品嵌入向量。這雙塔產出的使用者向量和商品向量，再經過內積運算，進行使用者－商品向量的相似度搜尋，經運算最終得到目標答案，也就是使用者有興趣點擊的商品清單。

為讓模型精準產出使用者向量和商品向量，得先進行特徵工程。Line將雙塔模型所需的特徵分為兩種，即檔案和行為，比如在使用者特徵部分，就有使用者檔案（如基本資料）和使用者行為（如點擊次數、點擊品項），在商品特徵部分，則是商品檔案和商品行為，如商品名稱、ID、價格，以及同一商品被不同性別購買的次數、商品與不同族群的互動關係等。

這些特徵涵蓋數值、類別和文字等3種類型，Line對這些類型特徵，各有其處理方式。比如針對數值型特徵進行標準化（Normalization），來縮小數值範圍、好讓類神經網路學習；又或是使用威爾遜得分區間（Wilson Score Interval），來減少數值的偏差。

對於類別型特徵，也有幾種常見的處理方式，像是將商品品項轉換為數字編碼的獨熱編碼方法、確保順序邏輯的序數編碼等。文字型特徵則以BERT編碼來處理。

在實務上，Line將雙塔模型拆為2種運作模式，商品塔採取離線處理，使用者塔則靠線上處理。這是因為，商品行為的改變頻率較低，但使用者喜好變動快速，模型得在短時間內處理，才能篩選出最貼近需求的商品。

不只可以利用使用者與商品的相似度，來尋找推薦商品，也可以利用使用者最近喜歡的商品清單，來尋找更多使用者感興趣的同一類商品。這是Line購物在檢索階段，會使用的另一種商品相似度搜尋（Item to item）作法，一樣採用雙塔模型方法，只是將其中一塔改為使用者最近喜歡的商品，另一塔則是商品庫商品，透過比對使用者最近喜歡的商品特徵，以及商品庫商品最新特徵，來找出用戶可能有興趣的商品。

階段2：排名

經過檢索階段，可以從上千萬個商品中，篩選出幾百個使用者感興趣的商品了。但這個數量還是太多，接下來藉由排名作法，找出優先推薦的項目。

Line會根據使用者在Line購物「推薦版位」（比如夯話題）上的行為，推測使用者感興趣的濃厚程度，來排列候選推薦商品的順序。這可以想像為，另一種縮小推薦商品範圍的方法。

在這個階段，Line團隊一樣採用類神經網路，來計算在推薦版位，使用者會點擊的商品。排名模型所處理的特徵有3種，包括使用者特徵、商品特徵，以及使用者－商品特徵（比如用戶對商品的點擊或購買次數）。

在實務上，為支援龐大的運算需求，Line採用開源大數據處理工具PySpark，以分散式運算來執行排名模型的推論工作。這一步，就像是將原本一臺機器100秒才能完成的工作，分散給100臺機器處理，1秒就能完成該工作。

階段3：再排名

完成第二階段的排名工作，篩選出使用者最有興趣到一般有興趣的商品排序後，還需要進行最後一步的調整，才推薦給使用者。

調整條件可分為三類，包括商品多樣性、商品新鮮度和商業邏輯。進一步來說，商品多樣性是指，推薦商品要包含不同類型的商品，而不是前10名都推同一類型商品給用戶，比如滑鼠。

就商品新鮮度而言，顧名思義是盡量推薦較新的商品給用戶。不過，新上架的商品缺乏足夠的資料，難以靠模型學習來篩選。於是，Line團隊改以規則式方法，讓新上架的商品，也能納入推薦商品名單內，來增加曝光度。這麼做，短期內點擊率雖會下降，但長期而言，有益於推薦系統發展。

這是因為，當使用者接收到的推薦商品，都來自自己認知範圍內，久而久之容易膩。而保留流量給新品推薦，不只能讓使用者探索興趣，也能曝光新品、累積資料，利於後續模型訓練和推薦。

最後的商業邏輯，則是指推薦商品要符合促銷活動、節假日活動或商品獲益考量。比如父親節時，提高當時時令禮品的權重。

至此，「檢索」、「排名」、「再排名」這三大階段，構成了Line購物推薦系統的核心流程。

善用開源技術提高模型處理效率

由於商品庫和用戶數量龐大，模型必須處理成千上萬個特徵，需要大量運算處理。因此，除了分散式處理特徵工程的PySpark，Line團隊還借助一些開源工具，來提高作業效率和各階段任務管理。

這包括用來支援模型分散式訓練的數據函式庫Petastorm，用來管理和追蹤模型實驗成效的MLflow，能將PyTorch模型訓練程式碼模組化的PyTorch Lighting，以及視覺化管理模型訓練排程的Airflow。

這些工具相互搭配，而且缺一不可。比如，PySpark借助多臺機器資源，來分散式執行Line購物商品和使用者特徵工程，Petastorm能快速打散Line購物累積的巨量資料並讀取，MLflow則用來追蹤推薦模型表現，比如實驗中哪些模型超參數效果最好，而PyTorch Lighning除了能將模型訓練模組化，還能簡潔記錄推薦模型資訊等。這些工具也是Line購物打造出超強推薦系統的關鍵。

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