基于Spark平臺的電子商務(wù)實(shí)時(shí)推薦系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用

蔣叢萃 陳巧靈

摘要：隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，大數(shù)據(jù)機(jī)器學(xué)習(xí)已然成為當(dāng)前研究的一項(xiàng)熱點(diǎn)。但是現(xiàn)如今的電商推薦系統(tǒng)存在著不同程度上的計(jì)算緩慢，無法根據(jù)根據(jù)用戶的實(shí)際需求進(jìn)行實(shí)時(shí)推薦。在這一背景下，本研究基于Spark平臺建設(shè)和實(shí)現(xiàn)電子商務(wù)實(shí)時(shí)推薦系統(tǒng)。相較于傳統(tǒng)的推薦系統(tǒng)，本研究的系統(tǒng)通過以Spark平臺為基礎(chǔ)，構(gòu)建了分布式日志采集和傳輸模塊，希望通過該系統(tǒng)來解決電子商務(wù)跨系統(tǒng)數(shù)據(jù)源的收集問題。其次，基于Spark平臺的矩陣分解推薦模型進(jìn)行離線訓(xùn)練，以此來提高離線訓(xùn)練的效率。最后，對電子商務(wù)網(wǎng)站的實(shí)時(shí)推薦系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：Spark平臺；實(shí)時(shí)推薦系統(tǒng)；電子商務(wù)

★基金項(xiàng)目：2020年度廣西高校中青年教師基礎(chǔ)能力提升項(xiàng)目“基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的快遞與電子商務(wù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)動(dòng)模型構(gòu)建”階段性成果（2020KY47014）；2017年度廣西高校中青年教師基礎(chǔ)能力提升項(xiàng)目“‘一帶一路戰(zhàn)略背景下廣西商務(wù)服務(wù)業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的路徑研究”階段性成果（2017KY1267）。

近幾年以來，隨著電子商務(wù)的發(fā)展，大數(shù)據(jù)成為了各個(gè)電商平臺發(fā)展的重點(diǎn)。電子商務(wù)平臺上所擁有的大量商品種類和大概的商品分類導(dǎo)致用戶在選擇商品時(shí)無法實(shí)現(xiàn)高效快速，所以，如何使用戶可以更加高效的選擇所需商品已經(jīng)成為當(dāng)前電子商務(wù)平臺的研究重點(diǎn)。在這一背景下，電子商務(wù)推薦系統(tǒng)出現(xiàn)在人們的視線中，該系統(tǒng)可以根據(jù)用戶以往的搜尋記錄準(zhǔn)確的推薦商品，提高了電商的商品轉(zhuǎn)化率。雖然傳統(tǒng)平臺的推薦系統(tǒng)已經(jīng)可以處理絕大部分的問題，但是其問題在于離線訓(xùn)練速度慢。而在Spark平臺的基礎(chǔ)上進(jìn)行研究，其計(jì)算能力更為強(qiáng)大，可以更加快速的處理并行數(shù)據(jù)。

1、基于Spark平臺的系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

1.1.1 設(shè)計(jì)理念

電商平臺中含有大量的用戶隱式行為，并且因?yàn)殡娚滔到y(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大化，導(dǎo)致系統(tǒng)的日志文件四處分散。而傳統(tǒng)的推薦系統(tǒng)無法對于用戶隱式行為日志進(jìn)行匯總，更別提進(jìn)行分析，所以無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)推薦的目的[1]。本文設(shè)計(jì)理念是采用用戶隱式行為進(jìn)行用戶評分的構(gòu)建，并基于隱式數(shù)據(jù)源，將傳統(tǒng)平臺上的推薦系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到Spark平臺，通過結(jié)合用戶實(shí)時(shí)點(diǎn)擊流，對于用戶行為進(jìn)行分析，將適合用戶的實(shí)時(shí)反饋到推薦列表。

在上圖中，基于Spark平臺的電子商務(wù)實(shí)時(shí)推薦系統(tǒng)可以分為三層，第一層為離線處理層，第二層為服務(wù)層，第三層則是實(shí)時(shí)處理層。在服務(wù)層中，系統(tǒng)會(huì)將請求下發(fā)，而采用網(wǎng)關(guān)集群前，利用HTTP服務(wù)器負(fù)載均衡之后，構(gòu)建分布式日志框架，并將分布式日志采集Agentility安裝到網(wǎng)關(guān)服務(wù)器上，以此來對于各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的日志信息進(jìn)行采集、訪問。因?yàn)殡娮由虅?wù)平臺的日志具有海量的產(chǎn)出，所以必須要有可靠地信息傳送出中間件，將其作為模型訓(xùn)練和數(shù)據(jù)源采集之間的橋梁，實(shí)現(xiàn)日志數(shù)據(jù)的統(tǒng)一下發(fā)。因?yàn)槿罩緮?shù)據(jù)中不僅含有眾多業(yè)務(wù)系統(tǒng)日志，還具有用戶點(diǎn)擊流日志，所以在進(jìn)行實(shí)時(shí)推薦的過程中，需實(shí)施統(tǒng)一的數(shù)據(jù)清洗。本系統(tǒng)基于Spark平臺中的相關(guān)技術(shù)來對于日志進(jìn)行處理，對于在固定時(shí)間間隔所收集到的數(shù)據(jù)，Spark Streaming技術(shù)能夠根據(jù)時(shí)間分片進(jìn)行處理，以此來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理的目的[2]。

其次，在離線處理層中，對于數(shù)據(jù)源中的用戶行為分級權(quán)重，該方式可以獲得用戶對商品的基本評價(jià)。傳統(tǒng)方案是通過利用離線推薦模型訓(xùn)練，但是其問題在于：抽象層次低，需要編寫冗余代碼；傳統(tǒng)平臺僅僅能夠提供兩個(gè)操作，分別為Map、 Reduce，所以在表達(dá)能力方面十分缺乏。而本研究則是通過利用Spark平臺進(jìn)行抽象，所得到的數(shù)據(jù)邏輯要更加的間斷，并且還可以提供多種操作和轉(zhuǎn)換，表達(dá)力相對較強(qiáng)。除此之外，Spark平臺相較于傳統(tǒng)平臺，其中間計(jì)算結(jié)果能夠緩存到內(nèi)存中，從而提高計(jì)算效率。

離線處理層中，系統(tǒng)需及時(shí)處理用戶行為，同時(shí)還需要與離線推薦結(jié)果相結(jié)合，從而提高電商的實(shí)時(shí)推薦效果。由于傳統(tǒng)平臺只適合應(yīng)用在批處理的場景中，基于Spark平臺針對用戶訪問，可以實(shí)時(shí)過濾針日志信息，并在過濾過程中收集所需信息。另外，通過采取混合處理的方式，對于該商品類似的商品列表可以進(jìn)行重新排序，可以使電子商務(wù)平臺得到用戶最新行為，從而提高電子商務(wù)平臺的轉(zhuǎn)化率。

基于Spark平臺的實(shí)時(shí)推薦系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)的離線推薦系統(tǒng)，能夠得到更快的訓(xùn)練速度以及反饋速度[3]。

1.1.2 實(shí)時(shí)推薦系統(tǒng)環(huán)節(jié)

在Spark Streaming端獲得數(shù)據(jù)之后，系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)聚合、傳輸以及過濾等環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)離線和實(shí)時(shí)推薦，最終返回到推薦列表中，而該推薦列表中融合了離線推薦和實(shí)時(shí)推薦結(jié)果。

首先，計(jì)算隱式評分。電子商務(wù)平臺根據(jù)配置規(guī)則來分發(fā)用戶請求，但是需要分發(fā)給多臺應(yīng)用網(wǎng)關(guān)，并通過應(yīng)用網(wǎng)關(guān)來調(diào)用各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的請求。在應(yīng)用網(wǎng)關(guān)中植入分布式日志采集工具，然后收集日志信息，將信息進(jìn)行匯集發(fā)送到消息及群眾。而集群可以接入Spark Streaming，并進(jìn)行日志過濾，在過濾期間同樣可以得到用戶的商品瀏覽和交易行為的數(shù)據(jù)，然后利用Shark來對于商品評分計(jì)算。

其次，離線推薦模型訓(xùn)練。對于隱式評分計(jì)算結(jié)束后，能夠得到用戶ID、商品ID以及評分。而這些信息同樣也是離線推薦模型的數(shù)據(jù)源，因?yàn)樵谕粋€(gè)電商平臺上，用戶的購買數(shù)據(jù)總量較低，所以采用交替最小二成算法來計(jì)算隱式因子，經(jīng)過訓(xùn)練后能夠得出離線推薦模型。

再次，生成離線推薦列表。在模型中依次放入電子商務(wù)平臺中的用戶，該步驟可以得到注冊用戶的離線推薦列表。為了可以有效的降低數(shù)據(jù)庫訪問壓力，可以將全部的推薦列表轉(zhuǎn)移到緩存系統(tǒng)[4]。

最后，形成實(shí)時(shí)推薦列表。通過Spark平臺，將日志信息進(jìn)行過濾，得到日志點(diǎn)擊流，從其中抽取商品ID和用戶ID。已經(jīng)訓(xùn)練好的離線推薦模型來對于商品根據(jù)相似程度進(jìn)行排序，經(jīng)過排序后能夠得到商品中排名靠前的商品。根據(jù)推薦列表來進(jìn)行列表的構(gòu)建工作，對于系統(tǒng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)速度加以優(yōu)化，推薦列表為用戶id和商品ID。

1.2 系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.2.1 實(shí)時(shí)采集分布式日志

如下圖二所示為分布式日志采集模塊。電子商務(wù)平臺中的實(shí)時(shí)推薦系統(tǒng)中必須要具有大量隱式的用戶行為，而其主要是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。因?yàn)樵慈罩拘畔?huì)在眾多系統(tǒng)中分布，因此需要構(gòu)建分布式系統(tǒng)，基于這一方式來進(jìn)行日志的收集工作。通過利用分布式日志收集工具Logstash來收集各業(yè)務(wù)子系統(tǒng)的日志[5]。

在下圖二中，系統(tǒng)置入應(yīng)用在日志監(jiān)控方面能夠?qū)τ谌罩疚募l(fā)生的變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，同時(shí)還可以根據(jù)偏移量來讀取最新的日志信息，最后將日志進(jìn)行緩存。

1.2.2 基于Kafka集群的數(shù)據(jù)傳輸

實(shí)時(shí)采集模塊可以采集用戶行為日志，但是日志在進(jìn)行過濾前，因?yàn)槿罩玖鞯臄?shù)量非常大，所以飲食用戶行為日志數(shù)據(jù)的收集過程中，如何保障數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、避免數(shù)據(jù)丟失問題等，成為了關(guān)鍵問題。而Kafka是一種分布式消息訂閱和發(fā)布的系統(tǒng)，基于電子商務(wù)平臺實(shí)時(shí)推薦系統(tǒng)，為了可以承載大量的用戶行為日志信息，所以選擇構(gòu)建Kafka集群，為日志過濾提供了可靠的傳輸[6]。

而Kafka集群的組成可以分為三個(gè)部分。分別是生產(chǎn)者、消費(fèi)者以及代理。其中，生產(chǎn)者意味著日志來源；消費(fèi)者代表消費(fèi)的使用者；而代理則表示消息的中間存儲(chǔ)層。其中，生產(chǎn)者回收集消息，并推送到代理中，而帶列在接收消息之后會(huì)對消息進(jìn)行本地持久化，消費(fèi)者才是消息最終的使用人員。Logstash日志監(jiān)控將會(huì)把處理好的日志傳送給Logstash日志聚合索引，最終根據(jù)實(shí)時(shí)推薦需求采取不同的過濾處理措施。

1.2.3 基于Spark Streaming的日志過濾

在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸后，系統(tǒng)可以通過Spark Streaming來統(tǒng)一過濾日志，從而具有實(shí)時(shí)推薦的日志過濾模塊。Spark Streaming能夠接收到的日志信息中的噪聲數(shù)據(jù)非常多，所以要在其中選擇有效的信息。如下表一所示為Logstash的格式化日志。在實(shí)時(shí)推薦流程中，在點(diǎn)擊流日志數(shù)據(jù)選擇商品以及用戶的ID。利用電機(jī)商品調(diào)用的接口獲取商品詳情信息，并在代理層拉取日志信息，此時(shí)將會(huì)把用戶請求調(diào)用的接口記錄下來[7]。

因?yàn)樵摫硪恢袃H僅只是Logstash所提供的前端，所以仍舊需要調(diào)用Spark Streaming對接收的日志調(diào)用filter函數(shù)，過濾出其中所含有的商品詳情方法的日志，從而得到請求日志，并在消息中對于變量字段相對應(yīng)的內(nèi)容展開解析工作，這一步驟能夠獲得商品id，從而得到關(guān)鍵信息，為電子商務(wù)平臺的實(shí)時(shí)推薦提供了數(shù)據(jù)源。

2、實(shí)驗(yàn)分析

因?yàn)镾park平臺在對于人物進(jìn)行處理時(shí)具有著良好的效果，本文基于Spark平臺構(gòu)建電子商務(wù)平臺的實(shí)時(shí)推薦系統(tǒng)。為了對于Spark平臺和傳統(tǒng)平臺在對于任務(wù)處理計(jì)算過程中的性能差異，本次對于兩種平臺在作業(yè)執(zhí)行方面的性能上進(jìn)行對比。

其中，Spark平臺在計(jì)算不同作業(yè)類型時(shí)，性能平均的提升速度為4倍。ALS模型訓(xùn)練時(shí)，由于需進(jìn)行多次迭代計(jì)算，所以，性能提升的效果十分明顯。這意味著Spark平臺的優(yōu)越性[8]。這意味著基于Spark平臺的電子商務(wù)網(wǎng)站的實(shí)時(shí)推薦系統(tǒng)可以承載日志信息，并且還可以根據(jù)用戶行為進(jìn)行及時(shí)推薦，有效的促進(jìn)網(wǎng)站的銷售提升，并且還提高了用戶的購物體驗(yàn)。

3、結(jié)語

當(dāng)前，幾乎所有的電商網(wǎng)站都在應(yīng)用推薦系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以針對用戶的需求進(jìn)行反饋，從而提高電子商務(wù)平臺的服務(wù)水平。本研究基于Spark平臺對于電商網(wǎng)站的實(shí)時(shí)推薦系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，提出來實(shí)時(shí)推薦的相關(guān)流程，并且設(shè)計(jì)了分布式日志采集、傳輸模塊。通過利用Spark平臺來設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)推薦系統(tǒng)，Spark平臺在粗粒大數(shù)據(jù)上具有非常高的運(yùn)算性能，所以具備一定程度上的可行性，并且相較于傳統(tǒng)的平臺其運(yùn)行速度明顯更高，所以在電子商務(wù)網(wǎng)站中的實(shí)時(shí)推薦系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，Spark平臺的使用價(jià)值非常高。

參考文獻(xiàn)

[1] 岑凱倫，于紅巖，楊騰霄.大數(shù)據(jù)下基于Spark的電商實(shí)時(shí)推薦系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，2016，（24）：61-69.

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作者簡介：

蔣叢萃，碩士，柳州城市職業(yè)學(xué)院講師，研究方向：電子商務(wù)、軟件開發(fā)。

陳巧靈，碩士，柳州城市職業(yè)學(xué)院講師，研究方向：物流管理。