转:基于用户投票的排名算法系列

   日期:2024-12-27    作者:b1250820 移动:http://ljhr2012.riyuangf.com/mobile/quote/69984.html

但是,很多场合需要的是"所有时段"的排名,比如"最受用户好评的产品"。

这时,时间因素就不需要考虑了。这个系列的最后两篇,就研究不考虑时间因素的情况下,如何给出排名。

一种常见的错误算法是:

  得分 = 赞成票 - 反对票

假定有两个项目,项目A是60张赞成票,40张反对票,项目B是550张赞成票,450张反对票。请问,谁应该排在前面?按照上面的公式,B会排在前面,因为它的得分(550 - 450 = 100)高于A(60 - 40 = 20)。但是实际上,B的好评率只有55%(550 / 1000),而A为60%(60 / 100),所以正确的结果应该是A排在前面。

Urban Dictionary就是这种错误算法的实例。

另一种常见的错误算法是

  得分 = 赞成票 / 总票数

如果"总票数"很大,这种算法其实是对的。问题出在如果"总票数"很少,这时就会出错。假定A有2张赞成票、0张反对票,B有100张赞成票、1张反对票。这种算法会使得A排在B前面。这显然错误。

Amazon就是这种错误算法的实例。

那么,正确的算法是什么呢?

我们先做如下设定:

  (1)每个用户的投票都是独立事件。

  (2)用户只有两个选择,要么投赞成票,要么投反对票。

  (3)如果投票总人数为n,其中赞成票为k,那么赞成票的比例p就等于k/n。

如果你熟悉统计学,可能已经看出来了,这是一种统计分布,叫做"二项分布"(binomial distribution)。这很重要,下面马上要用到。

我们的思路是,p越大,就代表这个项目的好评比例越高,越应该排在前面。但是,p的可信性,取决于有多少人投票,如果样本太小,p就不可信。好在我们已经知道,p是"二项分布"中某个事件的发生概率,因此我们可以计算出p的置信区间。所谓"置信区间",就是说,以某个概率而言,p会落在的那个区间。比如,某个产品的好评率是80%,但是这个值不一定可信。根据统计学,我们只能说,有95%的把握可以断定,好评率在75%到85%之间,即置信区间是[75%, 85%]。

这样一来,排名算法就比较清晰了:

  第一步,计算每个项目的"好评率"(即赞成票的比例)。

  第二步,计算每个"好评率"的置信区间(以95%的概率)。

  第三步,根据置信区间的下限值,进行排名。这个值越大,排名就越高。

这样做的原理是,置信区间的宽窄与样本的数量有关。比如,A有8张赞成票,2张反对票;B有80张赞成票,20张反对票。这两个项目的赞成票比例都是80%,但是B的置信区间(假定[75%, 85%])会比A的置信区间(假定[70%, 90%])窄得多,因此B的置信区间的下限值(75%)会比A(70%)大,所以B应该排在A前面。

置信区间的实质,就是进行可信度的修正,弥补样本量过小的影响。如果样本多,就说明比较可信,不需要很大的修正,所以置信区间会比较窄,下限值会比较大;如果样本少,就说明不一定可信,必须进行较大的修正,所以置信区间会比较宽,下限值会比较小。

二项分布的置信区间有多种计算公式,最常见的是"正态区间"(Normal approximation interval),教科书里几乎都是这种方法。但是,它只适用于样本较多的情况(np > 5 且 n(1 − p) > 5),对于小样本,它的准确性很差。

1927年,美国数学家 Edwin Bidwell Wilson提出了一个修正公式,被称为"威尔逊区间",很好地解决了小样本的准确性问题。

威尔逊置信区间的均值为

它的下限值为

Reddit的评论排名,目前就使用这个算法。

[参考文献]

  * How Not To Sort By Average Rating

上一篇介绍了"威尔逊区间",它解决了投票人数过少、导致结果不可信的问题。

举例来说,如果只有2个人投票,"威尔逊区间"的下限值会将赞成票的比例大幅拉低。这样做固然保证了排名的可信性,但也带来了另一个问题:排行榜前列总是那些票数最多的项目,新项目或者冷门的项目,很难有出头机会,排名可能会长期靠后。

以IMDB为例,它是世界最大的电影数据库,观众可以对每部电影投票,最低为1分,最高为10分。

系统根据投票结果,计算出每部电影的平均得分。然后,再根据平均得分,排出最受欢迎的前250名的电影。

这里就有一个问题:热门电影与冷门电影的平均得分,是否真的可比?举例来说,一部好莱坞大片有10000个观众投票,一部小成本的文艺片只有100个观众投票。这两者的投票结果,怎么比较?如果使用"威尔逊区间",后者的得分将被大幅拉低,这样处理是否公平,能不能反映它们真正的质量?

一个合理的思路是,如果要比较两部电影的好坏,至少应该请同样多的观众观看和评分。既然文艺片的观众人数偏少,那么应该设法为它增加一些观众。

在排名页面的底部,IMDB给出了它的计算方法。

  - WR, 加权得分(weighted rating)。
  - R,该电影的用户投票的平均得分(Rating)。
  - v,该电影的投票人数(votes)。
  - m,排名前250名的电影的最低投票数(现在为3000)。
  - C, 所有电影的平均得分(现在为6.9)。

仔细研究这个公式,你会发现,IMDB为每部电影增加了3000张选票,并且这些选票的评分都为6.9。这样做的原因是,假设所有电影都至少有3000张选票,那么就都具备了进入前250名的评选条件;然后假设这3000张选票的评分是所有电影的平均得分(即假设这部电影具有平均水准);最后,用现有的观众投票进行修正,长期来看,v/(v+m)这部分的权重将越来越大,得分将慢慢接近真实情况。

这样做拉近了不同电影之间投票人数的差异,使得投票人数较少的电影也有可能排名前列。

把这个公式写成更一般的形式:

  - C,投票人数扩展的规模,是一个自行设定的常数,与整个网站的总体用户人数有关,可以等于每个项目的平均投票数。
  - n,该项目的现有投票人数。
  - x,该项目的每张选票的值。
  - m,总体平均分,即整个网站所有选票的算术平均值。

这种算法被称为"贝叶斯平均"(Bayesian average)。因为某种程度上,它借鉴了"贝叶斯推断"(Bayesian inference)的思想:既然不知道投票结果,那就先估计一个值,然后不断用新的信息修正,使得它越来越接近正确的值。

在这个公式中,m(总体平均分)是"先验概率",每一次新的投票都是一个调整因子,使总体平均分不断向该项目的真实投票结果靠近。投票人数越多,该项目的"贝叶斯平均"就越接近算术平均,对排名的影响就越小。

因此,这种方法可以给一些投票人数较少的项目,以相对公平的排名。

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"贝叶斯平均"也有缺点,主要问题是它假设用户的投票是正态分布。比如,电影A有10个观众评分,5个为五星,5个为一星;电影B也有10个观众评分,都给了三星。这两部电影的平均得分(无论是算术平均,还是贝叶斯平均)都是三星,但是电影A可能比电影B更值得看。

解决这个问题的思路是,假定每个用户的投票都是独立事件,每次投票只有n个选项可以选择,那么这就服从"多项分布"(Multinomial distribution),就可以结合贝叶斯定理,计算该分布的期望值。由于这涉及复杂的统计学知识,这里就不深入了,感兴趣的朋友可以继续阅读William Morgan的How to rank products based on user input

 

(完)转载自http://www.ruanyifeng.com/

 

 

参考文献:

How to Build a Popularity Algorithm You can be Proud of

How Hacker News ranking algorithm works

How Reddit ranking algorithms work

 

 

 

How Not To Sort By Average Rating

 

 

 

 

 

 

 

威尔逊区间下限来排名:

  * How Not To Sort By Average Rating


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