深度学习在搜索业务中的探索与实践

た入场券 2023-10-18 13:36 151阅读 0赞

> 本文根据美团高级技术专家翟艺涛在2018 QCon全球软件开发大会上的演讲内容整理而成，内容有修改。

### 引言 ###

2018年12月31日，美团酒店单日入住间夜突破200万，再次创下行业的新纪录，而酒店搜索在其中起到了非常重要的作用。本文会首先介绍一下酒店搜索的业务特点，作为O2O搜索的一种，酒店搜索和传统的搜索排序相比存在很大的不同。第二部分介绍深度学习在酒店搜索NLP中的应用。第三部分会介绍深度排序模型在酒店搜索的演进路线，因为酒店业务的特点和历史原因，美团酒店搜索的模型演进路线可能跟大部分公司都不太一样。最后一部分是总结。

### 酒店搜索的业务特点 ###

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美团的使命是帮大家“Eat Better，Live Better”，所做的事情就是连接人与服务。用户在美团平台可以找到他们所需要的服务，商家在美团可以售卖自己提供的服务，而搜索在其中扮演的角色就是“连接器”。大部分用户通过美团App找酒店是从搜索开始的，搜索贡献了大部分的订单，是最大的流量入口。在美团首页点击 “酒店住宿”图标，就会进入上图右侧的搜索入口，用户可以选择城市和入住时间并发起搜索。

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酒店搜索技术团队的工作不仅有搜索排序，还有查询引导、推荐等工作，查询引导如搜索智能提示、查询纠错等。之所以还有推荐的工作，是因为很多用户在发起搜索时不带查询词，本质上属于推荐，此外还有特定场景下针对少无结果的推荐等。本文主要介绍搜索排序这方面的工作。

#### 不同搜索对比 ####

现在，大家对搜索都很熟悉，常见的有网页搜索，比如Google、百度、搜狗等；商品搜索，像天猫、淘宝、京东等；还有就是O2O（Online To Offline）的搜索，典型的就是酒店的搜索。虽然都是搜索，但是用户使用搜索的目的并不相同，包括找信息、找商品、找服务等等，不同搜索之间也存在很大的差别。

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上图对不同搜索进行了简单对比，可以从5个维度展开。首先是目标维度。因为用户是来找信息，网页搜索重点是保证查询结果和用户意图的相关性，而在商品搜索和酒店搜索中，用户的主要目的是查找商品或服务，最终达成交易，目标上有较大区别。用户使用不同搜索的目的不同，从而导致不同搜索对个性化程度的要求不同。交易属性的搜索，包括商品搜索和酒店搜索，对个性化程度的要求都比较高，因为不同用户的消费水平不同，偏好也不一样。

在技术层面上，也存在很多不同点。网页搜索会索引全网的数据，这些数据不是它自己生产，数据来源非常多样，包括新闻、下载页、视频页、音乐页等各种不同的形态，所以整个数据是非结构化的，差异也很大。这意味着网页搜索需要拥有两种技术能力，数据抓取能力和数据解析能力，它们需要抓取网页并解析形成结构化数据。在这个层面上，酒店搜索和商品搜索相对就“幸福”一些，因为数据都是商家提交的结构化数据，相对来说更加规范。

此外，酒店作为一种O2O的服务，用户在线上（Online）下单，最终需要到线下（Offline）去消费，所以就有一个位置上的约束，而位置的约束也就导致出现供给侧的约束，供给只能在某个特定位置附近。比如北京大学方圆几公里之内的酒店。这两点约束在网页搜索和商品搜索中就不用考虑，网页可以无限次的进行阅读。商品搜索得益于快递业的快速发展，在北京也可以买到来自浙江的商品，供给侧的约束比较小。

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介绍完不同搜索产品的特点，接下来看不同搜索产品的优化目标。通用搜索的优化目标是相关性，评价指标是DCG、NDCG、MAP等这些指标，要求查询结果和用户意图相关。对商品搜索来说，不同电商平台的优化目标不太一样，有的目标是最大化GMV，有的目标是最大化点击率，这些在技术上都可以实现。

而对酒店搜索而言，因为它属于O2O的业务形态，线上下单，线下消费，这就要求搜索结果必须和用户的查询意图“强相关”。这个“强相关”包括两层含义，显性相关和隐性相关。举个例子，用户搜索“北京大学”，那么他的诉求很明确，就是要找“北京大学”附近的酒店，这种属于用户明确告诉平台自己的位置诉求。但是，如果用户在本地搜索“七天”，即使用户没有明确说明酒店的具体位置，我们也知道，用户可能想找的是距离自己比较近的“七天酒店”，这时候就需要建模用户的隐性位置诉求。

美团是一个交易平台，大部分用户使用美团是为了达成交易，所以要优化用户的购买体验。刻画用户购买体验的核心业务指标是访购率，用来描述用户在美团是否顺畅的完成了购买，需要优化访购率这个指标。总结一下，酒店搜索不仅要解决相关性，尽量优化用户购买体验、优化访购率等指标，同时还要照顾到业务诉求。

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根据上面的分析，酒店搜索的整个搜索框架就可以拆分成三大模块：检索、排序以及业务规则。检索层包括查询理解和召回两部分，主要解决相关性问题。查询理解做的事情就是理解用户意图，召回根据用户意图来召回相关的酒店，两者强耦合，需要放在一起。检索的核心是语义理解，比如用户搜索“北京大学”，平台就知道用户想找的是“北京大学附近的酒店”，所以这个模块的优化方式是问题驱动，不断地发现问题、解决问题来进行迭代。

接下来，从检索模块检索出来的酒店都已经是满足用户需求的酒店了。还是上面“北京大学”的那个例子，检索模块已经检索出来几百家“北京大学”附近的酒店，这些都是和用户的查询词“北京大学”相关的，怎么把用户最有可能购买的酒店排到前面呢？这就是排序模块要做的事情。

排序模块使用机器学习和深度学习的技术提供“千人千面”的排序结果，如果是经常预定经济连锁型酒店的用户，排序模块就把经济连锁型酒店排到前面。针对消费水平比较高，对酒店要求比较高的用户，排序模块就把高档酒店排到前面，对每个用户都可以做到个性化定制。排序属于典型的技术驱动模块，优化目标是访购率，用这个技术指标驱动技术团队不断进行迭代和优化。

最后是业务层面，比如有些商家会在美团上刷单作弊，针对这些商家需要做降权处理。

#### 整体框架 ####

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上图是搜索的整体框架，这里详细描述下调用过程：

*  搜索API负责接收用户的查询词并发送给搜索控制中心。
 *  控制中心把接收到的查询请求发送到检索与意图模块，搜索词会先经过查询分析模块做用户的查询意图分析，分析完之后，会把用户的查询意图分析结果传回去给业务检索模块，业务检索模块根据意图识别结果形成查询条件，然后去基础检索端查询结果。
 *  基础检索访问索引得到查询结果后，再把结果返回给上层。
 *  业务检索模块获取基础的检索结果后，会调用一些外部服务如房态服务过滤一些满房的酒店，再把结果返回给控制中心。
 *  此时，控制中心得到的都是和用户查询意图强相关的结果，这时就需要利用机器学习技术做排序。通过预测模块对每个酒店做访购率预测，控制中心获取预测模块的排序结果后，再根据业务逻辑做一些调整，最终返回结果给搜索API。

可以看到，模块划分和前文描述的思想一致，检索模块主要解决用户意图识别和召回问题，也就是解决相关性。预测模块做访购率预测，业务逻辑放在搜索控制中心实现。接下来会介绍一下意图理解和排序模块中涉及的一些深度学习技术。

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先来看下查询理解的问题，这个模块通过数据分析和Case分析，不断的发现问题、解决问题来迭代优化。之前的评测发现少无结果的原因，主要包括以下几种：

*  地标词：比如用户搜索“望京国际研发园”，但是后台没有一家酒店包含“望京国际研发园”这几个字，其实用户想找的是望京国际研发园附近的酒店。
 *  结构化查询：比如芍药居附近7天，酒店描述信息中没有“附近”这个词，搜索体验就比较差。这种需要对查询词做成分识别，丢掉不重要的词，并且对不用类别的Term走不同的检索域。
 *  异地查询：用户在北京搜索“大雁塔”没有结果，其实用户的真实意图是西安大雁塔附近的酒店，这种需要做异地需求识别并进行异地跳转。
 *  同义词：在北京搜索“一中”和搜索“北京第一中学”，其实都是同一个意思，需要挖掘同义词。

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针对这几类问题，我们分别作了以下工作：

*  针对地标词问题，提供地标意图识别和地标策略，把地标类别的查询词改成按经纬度进行画圈检索。
 *  针对结构化查询的问题，我们对查询词做了成分识别，设计了少无结果时的多级检索架构。
 *  针对异地查询的问题，做异地意图识别和异地的跳转引导。
 *  针对语义查询的问题，做同义词和查询改写。

这里的每一个模块都用到了机器学习和深度学习的技术，本文挑选两个酒店搜索中比较特殊的问题进行介绍。

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地标问题是O2O搜索的一个典型问题，在网页搜索和商品搜索中都较少出现此类问题。当用户搜索类似“望京国际研发园”这种查询词的时候，因为搜索的相关性是根据文本计算的，需要酒店描述中有相关文字，如果酒店的描述信息中没有这个词，那就检索不出来。比如昆泰酒店，虽然就在望京国际研发园旁边，但是它的描述信息中并没有出现“望京国际研发园”，所以就无法检索出来，这会导致用户体验较差。

经过分析，我们发现有一类查询词是针对特定地点的搜索，用户的诉求是找特定地点附近的酒店，这种情况下走文本匹配大概率是没有结果的。这个问题的解法是针对这种类型的查询词，从“文本匹配”改成“坐标匹配”，首先分析查询词是不是有地标意图，如果是的话就不走文本匹配了，改走坐标匹配，检索出来这个坐标附近的酒店就可以了。这时就产生了两个问题：第一，怎么确定哪些查询词有地标意图；第二，怎么获取经纬度信息。

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针对这个问题，我们做了地标策略，步骤如下：

*  多渠道获取可能包含地标词的候选集，这些候选集包括用户少无结果的查询词，以及一些酒店提供的描述信息。
 *  对候选集合进行命名实体识别（NER，Named Entity Recognition），可以得到各个命名实体的类型，标识为“地标”类型的就是疑似地标词。
 *  把疑似地标词放到美团地图服务中获取经纬度，经过人工校验无误后，存入线上数据库中；线上来查询请求时，先会去匹配精准地标库，如果匹配成功，说明这个查询词是地标意图，这时就不走文本检索了，直接在意图服务层走经纬度检索。
 *  经过人工校验的精准地标库补充到NER模型的训练数据中，持续优化NER模型。

这里提到了NER模型，下面对它做一下详细的介绍。

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NER是命名实体识别，是机器学习中的序列标注问题，比如输入“北大附近的七天”，就会标注出来每个词的成分，这里“北大”是地标，“七天”是酒店品牌。这里的类别是根据业务特点自己定义的，酒店业务中有地标、品牌、商圈等不同的类别。与分类问题相比，序列标注问题中当前的预测标签不仅与当前的输入特征相关，还与前后的预测标签相关，即预测标签序列之间有强相互依赖关系。

解决序列标注问题的经典模型是CRF（Conditional Random Field，条件随机场），也是我们刚开始尝试的模型。条件随机场可以看做是逻辑回归的序列化版本，逻辑回归是用于分类的对数线性模型，条件随机场是用于序列化标注的对数线性模型，可以看做是考虑了上下文的分类模型。

机器学习问题的求解就是“数据+模型+特征”，数据方面先根据业务特点定义了几种实体类别，然后通过“人工+规则”的方法标注了一批数据。特征方面提取了包括词性、Term文本特征等，还定义了一些特征模板，特征模板是CRF中人工定义的一些二值函数，通过这些二值函数，可以挖掘命名实体内部以及上下文的构成特点。标注数据、模型、特征都有了，就可以训练CRF模型，这是线上NER问题的第一版模型。

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随着深度学习的发展，用Word Embedding词向量作为输入，叠加神经网络单元的方法渐渐成为NLP领域新的研究方向。基于双向LSTM（Long Short-Term Memory）+CRF的方法成为NER的主流方法，这种方法采用双向LSTM单元作为特征提取器替代原有的人工特征，不需要专门的领域知识，框架也通用。Embedding输入也有多种形式，可以是词向量，可以是字向量，也可以是字向量和词向量的拼接。

我们尝试了双向LSTM+CRF，并在实际应用中做了些改动：由于在CRF阶段已经积累了一批人工特征，实验发现把这些特征加上效果更好。加了人工特征的双向LSTM+CRF是酒店搜索NER问题的主模型。

当然，针对LSTM+CRF的方法已经有了很多的改进，比如还有一种NER的方法是融合CNN+LSTM+CRF，主要改进点是多了一个CNN模块来提取字级别的特征。CNN的输入是字级别的Embedding，通过卷积和池化等操作来提取字级别的特征，然后和词的Embedding拼接起来放入LSTM。这种方法在两个公开数据集上面取得了最好的结果，也是未来尝试的方向之一。

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为了解决少无结果的问题，我们设计了多级检索架构，如上图所示，主要分4个层次：基本检索、二次检索、核心词检索和异地检索。

*  基本检索会根据查询词的意图选择特定的检索策略，比如地标意图走经纬度检索，品牌意图只检索品牌域和商家名。
 *  基本检索少无结果会进行二次检索，二次检索也是分意图的，不同意图类型会有不同的检索策略，地标意图是经纬度检索的，二次检索的时候就需要扩大检索半径；品牌意图的查询词，因为很多品牌在一些城市没有开店，比如香格里拉在很多小城市并没有开店，这时比较好的做法，是推荐给用户该城市最好的酒店。
 *  如果还是少无结果，会走核心词检索，只保留核心词检索一遍。丢掉非核心词有多种方式，一种是删除一些运营定义的无意义词，一种是保留NER模型识别出来的主要实体类型。此外还有一个TermWeight的模型，对每个词都有一个重要性的权重，可以把一些不重要的词丢掉。
 *  在还没有结果的情况下，会选择”异地＋全国“检索，即更换城市或者在全国范围内进行检索。

多级检索架构上线后，线上的无结果率就大幅度降低了。

### 排序 ###

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排序其实是一个典型的技术问题，业界应用比较广泛的有广告排序和推荐排序，广告排序比如Google和百度的关键字广告排序，今日头条、腾讯的展示广告排序。推荐排序比如快手、抖音这些短视频平台，以及各大App、浏览器的信息流。广告排序和推荐排序优化的目标都是点击率，技术栈也比较相似，包括LR/FTRL、FM/FFM、GBDT、DNN等模型。

跟以上两种排序应用相比，酒店排序有自己的业务特点，因为美团酒店具有LBS属性和交易属性，天生自带很多连续特征，如酒店价格、酒店评分、酒店离用户的距离等，这些连续特征是决定用户购买行为的最重要因素。优化目标也不一样，大部分场景下酒店搜索的优化目标是访购率，部分场景下优化目标是点击率。在技术层面，酒店排序整体的技术栈和广告、推荐比较相似，都可以使用LR/FTRL、FM/FFM、GBDT、DNN等模型。

#### 面临的挑战 ####

具体到酒店排序工作，我们面临一些不一样的挑战，主要包括以下4点：

1.  数据稀疏。住酒店本身是一种低频行为，大部分用户一年也就住一两次，导致很多特征的覆盖率比较低。
2.  业务众多。美团酒店包括国内酒店业务、境外酒店业务，以及长租、钟点房等业务，同时有美团和点评两个不同的App。
3.  场景复杂。按照用户的位置可以分成本地和异地，按照用户的诉求可以分成商务、旅游、本地休闲等几大类，这些用户之间差异很明显。比如商务用户会有大量复购行为，典型例子是美团员工的出差场景，美团在上海和北京各有一个总部，如果美团的同学去上海出差，大概率会在公司差旅标准内选一家离公司近的酒店，从而会在同一家酒店产生大量的复购行为；但是如果是一个旅游用户，他就很少反复去同一个地方。
4.  供给约束。酒店行业供给的变化很快，一个酒店只有那么多房间，一天能提供的间夜量是固定的，全部订出的话，用户提价也不会提供新的房间，这种情况在劳动节、国庆这种节假日特别明显。

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上图右侧是排序的整体架构图，分为线下、线上和近线上三个部分。在线下部分，主要做离线的模型调优和评估，线上部分做预测。这里比较特别的是近线上部分，我们在实时层面做了大量的工作，包括用户的实时行为、酒店实时价格、实时库存等等，以应对供给变化快的特点。

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这里介绍一个业务特点导致的比较独特的问题：**模型切分**。美团酒店有很多业务场景，包括国内酒店、境外酒店、长租、钟点房等；还有两个App，美团App和大众点评App；还有搜索和筛选两种场景，搜索带查询词，筛选没有查询词，两种场景差异较大；从地理位置维度，还可以分成本地和异地两种场景。

面对这么多的业务场景，第一个问题就是模型怎么设计，是用统一的大模型，还是分成很多不同的小模型？我们可以用一个大模型Cover所有的场景，用特征来区分不同场景的差异，好处是统一模型维护和优化成本低。也可以划分很多小模型，这里有一个比较好的比喻，多个专科专家会诊，胜过一个全科医生。切分模型后，可以避免差异较大的业务之间互相影响，也方便对特殊场景进行专门的优化。

在模型切分上，主要考虑三个因素：

*  第一，业务之间的差异性。比如长租和境外差异很大，国内酒店和境外业务差异也很大，这种需要拆分。
 *  第二，细分后的数据量。场景分的越细，数据量就越小，会导致两个问题，一是特征的覆盖率进一步降低；二是数据量变小后，不利于后续的模型迭代，一些复杂模型对数据量有很高的要求。我们做过尝试，国内酒店场景下，美团和大众点评两个App数据量都很大，而且用户也很不一样，所以做了模型拆分；但是境外酒店，因为本身是新业务数据量较小，就没有再进行细分。
 *  第三，一切以线上指标为准。我们会做大量的实验，看当前数据量下怎么拆分效果更好，比如美团App的国内酒店，我们发现把搜索和筛选拆开后，效果更好；筛选因为数据量特别大，拆分成本、异地效果也更好，但是如果搜索场景拆分成本地、异地模型就没有额外收益了。最终，一切都要以线上的实际表现为准。

#### 模型演进 ####

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接下来介绍一下排序模型的演进过程，因为业务特点及历史原因，酒店搜索的排序模型走了一条不一样的演进路线。大家可以看业界其他公司点击率模型的演进，很多都是从LR/FTRL开始，然后进化到FM/FFM，或者用GBDT+LR搞定特征组合，然后开始Wide&Deep。

酒店搜索的演进就不太一样。酒店业务天生自带大量连续特征，如酒店价格、酒店和用户的距离、酒店评分等，因此初始阶段使用了对连续特征比较友好的树模型。在探索深度排序模型的时候，因为已经有了大量优化过的连续特征，导致我们的整个思路也不太一样，主要是借鉴一些模型的思想，结合业务特点做尝试，下面逐一进行介绍。

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初始阶段线上使用的模型是XGB(XGBoost, eXtreme Gradient Boosting)。作为GBDT的改进，XGB实现了非线性和自动的特征组合。树节点的分裂其实就实现了非线性，树的层次结构实现了不同特征的自动组合，而且树模型对特征的包容性非常好，树的分裂通过判断相对大小来实现，不需要对特征做特殊处理，适合连续特征。

树模型的这些特点确实很适合酒店这种连续特征多的场景，至今为止，XGB都是数据量较小场景下的主模型。但是树模型优化到后期遇到了瓶颈，比如特征工程收益变小、增大数据量没有额外收益等，此外树模型不适合做在线学习的问题愈发严重。酒店用户在劳动节、国庆节等节假日行为有较大不同，这时需要快速更新模型，我们尝试过只更新最后几棵树的做法，效果不佳。考虑到未来进一步的业务发展，有必要做模型升级。

模型探索的原则是从简单到复杂，逐步积累经验，所以首先尝试了结构比较简单的MLP(Multiple-Layer Perception)多层感知机，也就是全连接神经网络。神经网络是一种比树模型“天花板”更高的模型，“天花板”更高两层意思：第一层意思，可以优化提升的空间更大，比如可以进行在线学习，可以做多目标学习；第二层意思，模型的容量更大，“胃口”更大，可以“吃下”更多数据。此外它的表达能力也更强，可以拟合任何函数，网络结构和参数可以调整的空间也更大。但是它的优点同时也是它的缺点，因为它的网络结构、参数等可以调整的空间更大，神经网需要做很多的参数和网络结构层面的调整。

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上图是MLP的网络结构图，包含输入层、若干个隐藏层、输出层。在很长一段时间内，在特征相同的情况下，MLP效果不如XGB，所以有段时间线上使用的是XGB和MLP的融合模型。后来经过大量的网络结构调整和参数调整，调参经验越来越丰富，MLP才逐步超越XGB。这里额外说明一下，酒店搜索中有少量的ID类特征，在第一版MLP里ID类特征是直接当做连续特征处理的。比如城市ID，ID的序关系有一定的物理意义，大城市ID普遍较小，小城市开城晚一些，ID较大。

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在MLP阶段我们对网络结构做了大量实验，尝试过三种网络结构：平行结构、菱形结构、金字塔结构。在很多论文中提到三者相比平行结构效果最好，但是因为酒店搜索的数据不太一样，实验发现金字塔结构效果最好，即上图最右边的“1024-512-256”的网络结构。同时还实验了不同网络层数对效果的影响，实验发现3-6层的网络效果较好，更深的网络没有额外收益而且线上响应时间会变慢，后面各种模型探索都是基于3到6层的金字塔网络结构进行尝试。

MLP上线之后，我们开始思考接下来的探索方向。在树模型阶段，酒店搜索组就在连续特征上做了很多探索，连续特征方面很难有比较大的提升空间；同时业界的研究重点也放在离散特征方面，所以离散特征应该是下一步的重点方向。

深度排序模型对离散特征的处理有两大类方法，一类是对离散特征做Embedding，这样离散特征就可以表示成连续的向量放到神经网络中去，另一类是Wide&Deep，把离散特征直接加到Wide侧。我们先尝试了第一种，即对离散特征做Embedding的方法，借鉴的是FNN的思想。其实离散特征做Embedding的想法很早就出现了，FM就是把离散特征表示成K维向量，通过把高维离散特征表示成低维向量增加模型泛化能力。

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实际使用中，我们稍微做了一些改动，实验中发现使用FM预训练的效率不高，所以尝试了不做预训练直接把Embedding随机初始化，然后让Embedding跟随网络一起学习，实验结果发现比FM预训练效果还要好一点。最后的做法是没有用FM做预训练，让Embedding随机初始化并随网络学习，上图是线上的V3模型。

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FNN的成功上线证明离散特征Embedding这个方向值得深挖，所以我们接着实验了DeepFM。DeepFM相对于Wide&Deep的改进，非常类似于FM相对LR的改进，都认为LR部分的人工组合特征是个耗时耗力的事情，而FM模块可以通过向量内积的方式直接求出二阶组合特征。DeepFM使用FM替换了Wide&Deep中的LR，离散特征的Embedding同时“喂”给神经网和FM，这部分Embedding是共享的，Embedding在网络的优化过程中自动学习，不需要做预训练，同时FM Layer包含了一阶特征和二阶的组合特征，表达能力更强。我们尝试了DeepFM，线下有提升线上波动提升，并没有达到上线的标准，最终没有全量。

尽管DeepFM没有成功上线，但这并没有动摇我们对Embedding的信心，接下来尝试了PNN。PNN的网络重点在Product上面，在点击率预估中，认为特征之间的关系更多是一种And“且”的关系， 而非Add“加”的关系，例如性别为男且用华为手机的人，他定酒店时属于商务出行场景的概率更高。

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PNN使用了Product Layer进行显式的二阶特征组合。上图右边是PNN的网络结构图，依然对离散特征做Embedding，Embedding向量同时送往隐层和Product层，Product通过内积或者外积的方式，对特征做显式的二阶交叉，之后再送入神经网的隐层，这样可以做到显式的二阶组合和隐式的高阶特征组合。特征交叉基于乘法的运算实现，有两种方式：内积和外积。我们尝试了内积的方式，线下略有提升线上也是波动提升，没有达到上线标准，所以最终也没有全量上线。

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PNN之后我们认为Embedding还可以再尝试一下，于是又尝试了DCN（Deep&Cross Network）。DCN引入了一个Cross Network进行显式的高阶特征交叉。上图右边是论文中的图，可以看到Deep&Cross中用了两种网络，Deep网络和Cross网络，两种网络并行，输入都一样，在最后一层再Stack到一起。

Deep网络和前面几种网络一样，包括连续特征和离散特征的Embedding，Cross网络是DCN的特色，在Cross网络里面，通过巧妙的设计实现了特征之间的显式高阶交叉。看上图左下角的Cross结构示意，这里的x是每一层的输入，也就是上一层的输出。Feature Crossing部分包括了原始输入x0、本层输入x的转置、权重w三项，三项相乘其实就做了本层输入和原始输入的特征交叉，x1就包含了二阶的交叉信息，x2就包含了三阶的交叉信息，就可以通过控制Cross的层数显式控制交叉的阶数。

不得不说，DCN在理论上很漂亮，我们也尝试了一下。但是很可惜，线下有提升线上波动提升，依然未能达到上线的标准，最终未能全量上线。

经过DeepFM、PNN、DCN的洗礼，促使我们开始反思，为什么在学术上特别有效的模型，反而在酒店搜索场景下不能全量上线呢?它们在线下都有提升，在线上也有提升，但是线上提升较小且有波动。

经过认真分析我们发现可能有两个原因：第一，连续特征的影响，XGB时代尝试了600多种连续特征，实际线上使用的连续特征接近400种，这部分特征太强了; 第二，离散特征太少，离散特征只有百万级别，但是Embedding特别适合离散特征多的情况。接下来方向就很明确了：补离散特征的课。

最终，我们还是把目光转回Wide&Deep。Wide&Deep同时训练一个Wide侧的线性模型和一个Deep侧的神经网络，Wide部分提供了记忆能力，关注用户有过的历史行为，Deep部分提供了泛化能力，关注一些没有历史行为的Item。之前的工作主要集中在Deep测，对低阶特征的表达存在缺失，所以我们添加了LR模块以增加对低阶特征的表达，Deep部分和之前的V3一样。刚开始只用了少量的ID类特征，效果一般，后来加了大量人工的交叉特征，特征维度达到了亿级别后效果才得到很好的提升。下图是我们的V4模型：

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接下来介绍一下优化目标的迭代过程（后面讲MTL会涉及这部分内容）。酒店搜索的业务目标是优化用户的购买体验，模型的优化指标是用户的真实消费率，怎么优化这个目标呢? 通过分析用户的行为路径可以把用户的行为拆解成“展示->点击->下单->支付->消费”等5个环节，这其中每个环节都可能存在用户流失，比如有些用户支付完成后，因为部分商家确认比较慢，用户等不及就取消了。

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刚开始我们采用了方案1，对每一个环节建模（真实消费率=用户点击率×下单率×支付率×消费率）。优点是非常简单直接且符合逻辑，每个模块分工明确，容易确认问题出在哪里。缺点也很明显，首先是特征重复，4个模型在用户维度和商家维度的特征全部一样，其次模型之间是相乘关系且层数过多，容易导致误差逐层传递，此外4个模型也增加了运维成本。后来慢慢进化到了方案2的“End to End”方式，直接预测用户的真实消费率，这时只需要把正样本设定为实际消费的样本，一个模型就够了，开发和运维成本较小，模型间特征也可以复用，缺点就是链路比较长，上线时经常遇到AB测抖动问题。

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模型切换到神经网络后就可以做多任务学习了，之前树模型时代只预测“End to End”真实访购率，神经网络则可以通过多任务学习同时预测CTR展示点击率和CVR点击消费率。多任务学习通过硬共享的方式同时训练两个网络，特征、Embedding层、隐层参数都是共享的，只在输出层区分不同的任务。上图是酒店搜索当前线上的模型，基于Wide&Deep做的多任务学习。

#### 网络结构演进路线 ####

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上图是酒店搜索排序的深度排序模型演进路线，从MLP开始，通过对离散特征做Embedding进化到FNN，中间尝试过DeepFM、PNN、DCN等模型，后来加入了Wide层进化到Wide&Deep，现在的版本是一个MTL版的Wide&Deep，每个模块都是累加上去的。

除了上面提到的模型，我们还探索过这个:

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这是我们自己设计的混合网络，它融合了FNN、DeepFM、PNN、DCN、Wide&Deep等不同网络的优点，同时实现了一阶特征、显式二阶特征组合、显式高阶特征组合、隐式高阶特征组合等，有兴趣的同学可以尝试一下。

#### 不同模型实验结果 ####

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上图是不同模型的实验结果，这里的BP是基点（Basis Point），1BP=0.01%。XGB是Baseline，MLP经过很长时间的调试才超过XGB，MLP和XGB融合模型的效果也很好，不过为了方便维护，最终还是用FNN替换了融合模型。Wide&Deep在开始阶段，提升并没有特别多，后来加了组合特征后效果才好起来。我们Embedding上面的尝试，包括DeepFM、Deep&Cross等，线下都有提升，线上波动有提升，但是未能达到上线的标准，最终未能全量。

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在特征预处理方面对连续特征尝试了累计分布归一化、标准化，以及手工变换如根号变换、对数变换等；累积分布归一化其实就是做特征分桶，因为连续特征多且分布范围很广，累积分布归一化对酒店搜索的场景比较有效。

离散特征方面尝试了特征Embedding及离散特征交叉组合，分别对应FNN和 Wide&Deep。这里特别提一下缺失值参数化，因为酒店业务是一种低频业务，特征覆盖率低，大量样本存在特征缺失的情况，如果对缺失特征学一个权重，非缺失值学一个权重效果较好。

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参数调优方面分别尝试了激活函数、优化器等。激活函数尝试过Sigmoid、ReLU、Leaky\_ReLU、ELU等；优化器也实验过Adagrad、Rmsprop、Adam等；从实验效果看，激活函数ReLU+Adam效果最好。刚开始时，加了Batch Normalization层和Dropout层，后来发现去掉后效果更好，可能和酒店搜索的数据量及数据特点有关。网络结构和隐层数方面用的是3到6层的金字塔网络。学习率方面的经验是学习率小点比较好，但是会导致训练变慢，需要找到一个平衡点。

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下面介绍深度排序模型线上Serving架构的演化过程，初始阶段组内同学各自探索，用过各种开源工具如Keras、TensorFlow等，线上分别自己实现，预测代码和其他代码都放一起，维护困难且无法复用。

后来组内决定一起探索，大家统一使用TensorFlow，线上用TF-Serving，线上线下可以做到无缝衔接，预测代码和特征模块也解耦了。现在则全面转向MLX平台，MLX是美团自研的超大规模机器学习平台，专为搜索、推荐、广告等排序问题定制，支持百亿级特征和流式更新，有完善的线上Serving架构，极大地解放了算法同学的生产力。

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最后介绍一下我们对搜索排序技术节奏的一些理解，简单来说就是在不同阶段做不同的事情。

在上图中，横轴表示技术深度，越往右技术难度越大，人力投入越大，对人的要求也越高。纵轴是业务阶段。业务阶段对技术的影响包括两方面，数据量和业务价值。数据量的大小，可以决定该做什么事情，因为有些技术在数据量小的时候意义不大；业务价值就更不用说了，业务价值越大越值得“重兵投入”。

*  起步阶段：起步阶段，还没有数据，这时候做简单排序就好，比如纯按价格排序或者距离排序，目的是让整个流程快速地跑起来，能提供最基本的服务。比如2017年，美团的长租业务当时就处于起步阶段。
 *  业务初期：随着业务的发展，就进入了业务发展初期，订单数慢慢增长，也有了一些数据，这时候可以增加一些启发式规则或者简单的线性模型，检索模型也可以加上。但是由于数据量还比较小，没必要部署很复杂的模型。
 *  稳定成长期：业务进一步发展后，就进入了稳定成长期，这时候订单量已经很大了，数据量也非常大了，这段时间是“补课”的时候，可以把意图理解的模块加上，排序模型也会进化到非线性模型比如XGB，会做大量的特征工程，实时特征以及实时模型，在这个阶段特征工程收益巨大。
 *  技术瓶颈期：这个阶段的特点是基本的东西都已经做完了，在原有的技术框架下效果提升变的困难。这时需要做升级，比如将传统语义模型升级成深度语义模型，开始尝试深度排序模型，并且开始探索强化学习、多模型融合、多目标学习等。

中国有句俗话叫“杀鸡焉用牛刀”，比喻办小事情，何必花费大力气，也就是不要小题大做。其实做技术也一样，不同业务阶段不同数据量适合用不同的技术方案，没有必要过度追求先进的技术和高大上的模型，根据业务特点和业务阶段选择最匹配的技术方案才是最好的。我们认为，**没有最好的模型，只有合适的场景**。

### 总结 ###

酒店搜索作为O2O搜索的一种，和传统的搜索排序相比有很多不同之处，既要解决搜索的相关性问题，又要提供“千人千面”的排序结果，优化用户购买体验，还要满足业务需求。通过合理的模块划分可以把这三大类问题解耦，检索、排序、业务三个技术模块各司其职。在检索和意图理解层面，我们做了地标策略、NER模型和多级检索架构来保证查询结果的相关性；排序模型上结合酒店搜索的业务特点，借鉴业界先进思想，尝试了多种不同的深度排序模型，走出了一条不一样的模型演进路线。同时通过控制技术节奏，整体把握不同业务的技术选型和迭代节奏，对不同阶段的业务匹配不同的技术方案，只选对的，不选贵的。

### 参考文献 ###

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 *  \[11\] Ruoxi Wang et al. Deep & Cross Network for Ad Click Predictions. ADKDD2017.

### 作者简介 ###

*  艺涛，美团高级技术专家，2016年加入美团，现负责美团酒店业务搜索排序技术。2010年毕业于中科院计算所，曾在网易有道等公司工作，先后从事网页搜索、购物搜索、计算广告等方向的研发工作。曾荣获“Kaggle卫星图像分类大赛”亚军，QCon明星讲师。

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