一文總結特征增強&個性化在CTR預估中的經典方法和效果對比
在CTR預估中，主流都采用特征embedding+MLP的方式，其中特征非常關鍵。然而對于相同的特征，在不同的樣本中，表征是相同的，這種方式輸入到下游模型，會限制模型的表達能力。
為了解決這個問題，CTR預估領域提出了一系列相關工作，被稱為特征增強模塊。特征增強模塊根據不同的樣本，對embedding層的輸出結果進行一次矯正，以適應不同樣本的特征表示，提升模型的表達能力。
最近，復旦大學和微軟亞研院聯合發布了一篇特征增強工作的總結，對比了不同特征增強模塊實現方法的效果。下面給大家介紹一下幾種特征增強模塊的實現方法，以及本文進行的相關對比實驗。
論文標題：A Comprehensive Summarization and Evaluation of Feature Refinement Modules for CTR Prediction
下載地址：https://arxiv.org/pdf/2311.04625v1.pdf
1.特征增強建模思路
特征增強模塊，旨在提升CTR預估模型中Embedding層的表達能力，實現相同特征在不同樣本下的表征差異化。特征增強模塊可以用下面這個統一公式表達，輸入原始的Embedding，經過一個函數后，生成這個樣本個性化的Embedding。
這類方法的大致思路為，在得到初始的每個特征的embedding后，使用樣本本身的表征，對特征embedding做一個變換，得到當前樣本的個性化embedding。下面給大家介紹一些經典的特征增強模塊建模方法。
2.特征增強經典方法
An Input-aware Factorization Machine for Sparse Prediction（IJCAI 2019）這篇文章在embedding層之后增加了一個reweight層，將樣本初始embedding輸入到一個MLP中得到一個表征樣本的向量，使用softmax進行歸一化。Softmax后的每個元素對應一個特征，代表這個特征的重要程度，使用這個softmax結果和每個對應特征的初始embedding相乘，實現樣本粒度的特征embedding加權。
FiBiNET: Combining Feature Importance and Bilinear feature Interaction for Click-Through Rate Prediction（RecSys 2019）也是類似的思路，為每個樣本學習一個特征的個性化權重。整個過程分為squeeze、extraction、reweight三個步驟。在squeeze中，將每個特征embedding通過pooling得到一個其對應的統計標量。在extraction中，將這些標量輸入到MLP中，得到每個特征的權重。最后，使用這個權重和每個特征embedding向量相乘，得到加權后的embedding結果，相當于在樣本粒度做一個特征重要性篩選。
A Dual Input-aware Factorization Machine for CTR Prediction（IJCAI 2020）和上一篇文章類似，也是利用self-attention對特征進行一層增強。整體分為vector-wise和bit-wise兩個模塊。Vector-wise將每個特征的embedding當成序列中的一個元素，輸入到Transformer中得到融合后的特征表示；bit-wise部分使用多層MLP對原始特征進行映射。兩部分的輸入結果相加后，得到每個特征元素的權重，乘到對應的原始特征的每一位上，得到增強后的特征。
GateNet: Gating-Enhanced Deep Network for Click-Through Rate Prediction（2020）利用每個特征的初始embedding過一個MLP和sigmoid函數生成其獨立的特征權重分，同時也使用MLP對所有特征進行映射生成bit-wise的權重分，兩者融合對輸入特征進行加權。除了特征層外，在MLP的隱層，也利用類似的方法，對每個隱層的輸入進行加權。
Interpretable Click-Through Rate Prediction through Hierarchical Attention（WSDM 2020）也是利用self-attention實現特征的轉換，但是增加了高階特征的生成。這里面使用層次self-attention，每一層的self-attention以上一層sefl-attention的輸出作為輸入，每一層增加了一階高階特征組合，實現層次多階特征提取。具體來說，每一層進行self-attention后，將生成的新特征矩陣經過softmax得到每個特征的權重，根據權重對原始特征加權新的特征，再和原始特征進行一次點積，實現增加一階的特征交叉。
ContextNet: A Click-Through Rate Prediction Framework Using Contextual information to Refine Feature Embedding（2021）也是類似的做法，使用一個MLP將所有特征映射成一個每個特征embedding尺寸的維度，對原始特征做一個縮放，文中針對每個特征使用了個性化的MLP參數。通過這種方式，利用樣本中的其他特征作為上下位增強每個特征。
Enhancing CTR Prediction with Context-Aware Feature Representation Learning（SIGIR 2022）采用了self-attention進行特征增強，對于一組輸入特征，每個特征對于其他特征的影響程度是不同的，通過self-attention，對每個特征的embedding進行一次self-attention，實現樣本內特征間的信息交互。除了特征間的交互，文中也利用MLP進行bit級別的信息交互。上述生成的新embedding，會通過一個gate網絡，和原始的embedding進行融合，得到最終refine后的特征表示。
3.實驗效果
文中進行了各類特征增強方法的效果對比，整體結論為，在眾多特征增強模塊中，GFRL、FRNet-V、FRNetB 表現的最好，并且效果要優于其他的特征增強方法。
