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美团外卖美食知识图谱的迭代及应用
菜品是外卖交易过程的核心要素，对菜品的理解也是实现外卖供需匹配的重点。今天我们将一次推送三篇文章，系统地介绍了美团外卖美食知识图谱的构建和应用。《美团外卖美食知识图谱的迭代及应用》会介绍外卖知识图谱的体系全貌，包括菜品类目、标准菜品、美食基础属性和美食业务主题属性。《外卖商品的标准化建设与应用》将重点介绍外卖菜品标准化建设思路、技术方案和业务应用。由于外卖的业务特点是搭配成单，而《外卖套餐搭配的探索和应用》一文会针对性地介绍外卖套餐搭配技术的迭代以及应用实践。希望对从事相关工作的同学能够带来一些启发或者帮助。
本文系外卖美食知识图谱系列的第一篇文章，这篇文章系统地介绍了美团外卖美食知识图谱的标签体系结构，包括菜品类目标签、标准菜品名、美食基础属性（食材、口味等）和美食业务主题属性（商家招牌、类目经典等）。在技术层面，举例对标签体系的具体构建方法进行介绍，例如基于BERT预训练的分类模型。在应用方面，介绍了美食知识图谱在美团外卖业务的具体应用，包括支撑套餐搭配的菜品表征、提升搜索和商家推荐等业务的用户体验。
1. 背景
知识图谱，旨在描述真实世界中存在的各种实体和实体之间的关系。在美团外卖业务中，美食商品是美团向用户提供服务的基础，美食知识图谱的建设，可以帮助我们向用户提供更加准确、更加丰富、更加个性化的美食服务。另外，美团外卖业务向用户提供“到家”吃饭的服务，到店餐饮业务则向用户提供“到店”吃饭的服务，而外卖和到店的商家和菜品有相当程度的重合，菜品数据的对齐，为我们进行线上（外卖场景）线下（到店场景）数据的对比分析也提供了一个很好的“抓手”。
本文介绍了外卖美食知识图谱的建设，基于对外卖业务数据（外卖交易数据、商家录入的商品标签信息、专业描述PGC、用户评论UGC、商品图片等）的挖掘和分析，形成了针对外卖美食的分类体系（美食类目标签）和标准化体系（标准菜品名标签），并进一步针对不同类型的美食商品，构建包含口味、食材等众多美食基础属性体系。同时，依托美团外卖的业务特性，构建美食商品在外卖业务中涉及的主题属性体系，例如商家招牌、商家主营、类目经典等。目前，外卖美食知识图谱的标签结构如下图1所示：
外卖美食知识图谱包含以下四种维度的标签（以“宫保鸡丁”为例，如下图2所示）：
- 类目标签：包括主食、小吃、菜品等类目，并在每个类目下，形成了层级化的三百多种细分类目。例如“宫保鸡丁”的类目是“菜品”。类目标签是美食商品的基础分类信息，根据类目的不同，美食商品的基础属性也不同。例如“菜品”类目存在“荤素”、“菜系”之分，而“酒水饮品”类目则没有这种属性标签。
- 标准菜品名标签：标准菜品名标签主要为标准商品信息，例如“宫保鸡丁（招牌必点）”的标准商品是“宫保鸡丁”。因商家输入商品的多样性，标准菜标签的建设，实现了相同美食的聚合。
- 基础属性：根据美食商品的类目不同，构建包括美食的食材、菜系、口味、制作方法、荤素等基础属性。例如“宫保鸡丁”的菜系是“川菜”，食材有“鸡胸”和“花生”，荤素标签是“荤”。基础属性的挖掘对我们理解商品起到关键作用，在商品的筛选、展示、商品表征等业务需求方面，提供基本的数据特征。
- 主题属性：主题属性主要体现美食的业务主题，包括美食在外卖的交易行为、美食在商家的定位、美食在用户反馈中的好评度等。例如某商家的“宫保鸡丁（招牌必点）”是该商家的“招牌菜”。
菜品对齐，涉及到菜品数据，来自外卖在线菜品、点评推荐菜品、美团商家套餐等。
2. 需求及挑战
目前，外卖美食知识图谱已经应用于美团外卖的多个场景，例如推荐、搜索、套餐搭配、运营分析等。业务的深入发展，对美食知识图谱的建设和迭代也提出了更加复杂的要求，例如：
- 美食商品越来越多样，相应的美食知识图谱则需要越来越精细和准确。例如美食知识图谱的类目标签从零开始，建设了包含一百多种类目的类目标签体系。但随着业务发展，部分类目存在明显的可细化空间。
- 图谱标签的挖掘，偏向于静态标签的挖掘，对于相同图谱标签下的美食，缺少业务相关的主题属性描述。例如同样包含“花生”的“酒鬼花生”，相比“宫保鸡丁”，更能代表“花生”相关的美食。
- 外卖美食知识图谱主要描述外卖美食商品，而同一商家的美食商品，也可能会出现在该店的线下收银等业务中。通过对齐不同业务的美食商品，可以在美食实体层面，完善美食知识图谱对商家美食的描述，从而指导商品和商家运营。
为满足业务需求，我们对类目标签和基础属性进行了迭代和优化；同时，构建了业务相关的主题属性。另外，我们将外卖菜品和到餐菜品进行了实体对齐。其中，挖掘主题属性，即挖掘业务相关的图谱知识，是一个需要综合考虑外卖业务和商品本身属性的复杂过程。外卖菜品和到餐菜品的对齐，则需要综合考虑菜品多样性表述和菜品主体归一。
外卖美食知识图谱的迭代难点主要体现在以下几点：
- 业务相关的主题属性挖掘，并没有现成的体系可以参考，在构建过程中，涉及大量的分析和体系设计工作。
- 主题属性的挖掘，最重要的是需要从用户的需求出发，分析用户对商品的需求点，并将其反映在商品的图谱层面，形成相应的主题属性标签。同时，商家的商品信息是一个动态变化的过程，例如销量、供给、商品标签等，前后两天的信息可能就会完全不同。因此业务性主题属性的挖掘，一方面需要建设相对完善的体系，另一方面也需要适配业务数据的动态变化过程，也就在图谱挖掘和需求匹配上带来了极大的挑战。
- 商家录入菜品时，对菜品存在多样性表述，例如同一道菜在分量、口味、食材等方面存在的差异。菜品对齐时，则需要对这些多样性表述进行平衡，例如是否忽略分量因素等。但目前并没有现成的对齐标准可以参考。
3. 外卖美食知识图谱的迭代
因篇幅受限，本文主要对其中菜品类目，不同类目、口味、食材、荤素、做法下的经典美食，健康餐等图谱标签的挖掘进行介绍。其中，在图谱标签挖掘中涉及到的数据来源和采用的技术，大致如下表所示：
3.1 菜品类目
菜品类目标签的挖掘，主要解决美食菜品是什么类别的问题。实现这一目标的挑战有两方面：首先是类目体系如何建立，其次是如何将商品链接到相应的类目节点。在最开始的体系构建时，我们从美食商品的特点以及业务的具体需求出发，从零开始建立起包含一百多种类别的层次化类别体系，部分实例如图3（左）所示。同时，构建基于CNN+CRF的分类模型，对美食商品进行类目分类，如图4（左）所示。
然而，随着业务的发展，已有分类目已经无法支持现有业务的需求。例如：原先的类目体系，对热菜描述不够详细，譬如没有区分热菜的做法等。为此，我们与外卖的供给规划部合作，将类目体系扩充到细分的三百多种类目标签，划分更加详细，覆盖也更加全面，部分实例如图3（右）所示。
类目的细分，要求模型更加精确。在进行类目识别时，可用的数据包括菜品名、商家店内侧边栏分类名称、商家名等。考虑到可使用的信息大多为文本信息，并且，商家录入的文本并没有一定的规范，菜品名也多种多样，为提高模型精度，我们将原先的CNN+CRF的分类模型进行了升级，采用模型容量更大的BERT预训练+Fine-Tuning的模型。模型结构如下图4（右）所示。
3.2 不同类目、口味、食材、荤素、做法下的经典美食标签
我们在建设主题属性时，首先在基础属性标签维度，综合考虑商品的销量和供给情况，对菜品进行选优。例如类目下的经典美食等。
类目经典美食等指的是销量较高、供给量丰富的类目美食商品，例如主食经典美食、小吃经典美食。口味、食材、做法经典美食标签等也是相似的定义。
在建设过程中，我们发现，假如直接在商品维度进行识别，因为商品的更新频率相对较高，对新录入的暂时没有销量或者暂时销量低的美食商品不友好，销量水平需要考虑在线时间的影响。因此我们使用标准菜品进行类目、口味经典等的识别，并通过标准菜品，泛化到具体的美食商品上。
其中，“标准菜品”借用其它类电商业务中的“标品”概念，虽然绝大部分菜品的生产都不是标准化的过程，但是这里我们只关注主要的共性部分，忽略次要的差异部分。例如“西红柿鸡蛋”、“番茄炒蛋”都是同一类菜品。从结果上看，目前我们聚合出来的“标准菜品”达到几十万的量级，并且能够覆盖大部分美食商品。
借助标准菜品，我们将类目、口味、食材、荤素、做法等标签聚合到标准菜品维度，并将销量、供给量进行标准菜品维度计算，这样就解决了商品在线时间长短的问题。在具体打标过程中，例如类目经典，我们基于销量和供给，在类目维度对标准菜进行排序，并选择Top n%标准菜进行打标，作为类目经典下的商品。例如在“面食”类目下，“西红柿鸡蛋面”的销量和供给量均在Top n%的水平，因此就认为“西红柿鸡蛋面”是一个面食类经典美食。
3.3 健康餐
这里的健康餐主要指低脂低卡餐，即低卡路里、低脂肪、高纤维、制作简单、原汁原味、健康营养的食物，一般为蔬菜水果（如罗勒、甘蓝、秋葵、牛油果等），富含优质蛋白的肉类（如三文鱼、虾、贝类、鸡胸等），谷物（主要以粗粮为主，如燕麦、高粱、藜麦等）。烹饪方法也坚持“少油，少盐，少糖”的原则，主要做法为蒸、煮、少煎、凉拌等。
健康餐的识别，主要挑战在于本身的样本较少，但是因为健康餐的特殊性，商家在进行商品录入时，一般会对其进行描述，例如指出这个美食商品是“健康”的、“低卡”的、“健身”类型的，因此我们构建了一个分类模型，对健康餐进行识别。可使用的数据，包括商品名、商家导航栏、商家名称、商家对商品的描述等。而商家类目与商品的类目处于迭代状态，因此并没有对这部分信息进行使用。
识别过程如下：
- 训练数据构建：因健康餐本身的占比相对较少，因此首先总结和健康餐相关的关键词，使用关键词进行文本匹配，采样概率相对较高的健康餐数据，进行外包数据标注。此处，我们总结出“沙拉、谷物饭、谷物碗、低油、低卡、无糖、减脂、减肥、轻食、轻卡”等关键词。
- 模型构建：同一个商品因其中使用的配料不同，在健康餐识别方面也会不同，例如菜名为“招牌沙拉”的商品，假如沙拉中添加了芝士，则有可能商品就不会被识别成健康餐。为了综合考虑商家录入的商品信息，使用商品名、商家名、导航栏名称、商家录入的商品描述等。这四种数据为不同尺度的数据源，商品名等为相对较短的文本，因此在模型构建时，考虑使用类似Text-CNN[1]的结构进行字级别的特征提取；商品描述则是相对较长的文本，因此在构建时，考虑使用类似Transformer[3]的结构进行特征提取，使用Multi-head Attention的机制，提取长文本中，“字”层面的特征。具体结构如下：
- 采用了两种结构：Multihead-attention（Transformer）和Text-CNN。实验发现，采用两种结构联合的方式，比采用单一结构准确率高。
- 在建模时，均使用字级别特征处理，避免因为分词造成的误差，同时也避免未登录词的影响。
- 数据迭代增强：因为使用关键词进行样本构建，在模型训练时，模型会朝着包含这些关键词的方向学习，因此存在漏召回的情况。在这里，我们进行了一定的训练数据增强，例如在评估时，选取可识别出健康餐的商家，对该商家中漏召回的数据进行训练数据补充；同时，对部分特征明显的关键词，进行补充并扩充正例。通过对训练样本的多次扩充，最终完成健康餐的高准确率识别。
3.4 菜品实体对齐
考虑到同一商家菜品在不同业务线的菜品名可能略有差异，我们设计了一套菜品名匹配的算法，通过拆解菜品名称的量词、拼音、前后缀、子字符串、顺序等特征，利用美食类目识别、标准菜品名抽取、同义关系匹配等进行菜品实体对齐。例如：碳烧鸽=炭烧鸽、重庆辣子鸡=重庆歌乐山辣子鸡、茄子肉泥盖饭=茄子肉泥盖浇饭、番茄炒蛋=西红柿炒蛋等。目前，形成如下图的菜品归一体系：
4. 应用
这里对外卖美食知识图谱的应用，进行举例说明。主要涉及套餐搭配、美食商品展示等。
4.1 套餐搭配-表征菜品
为满足用户的搭配成单需求，进行套餐搭配技术的探索。套餐搭配技术的关键在于，对美食商品的认知，而外卖美食知识图谱，则提供了最全面的数据基础。我们基于同商家内的商品信息和历史成单信息，对商品的搭配关系进行拟合，参考指针网络[2]等结构，构建了基于Multi-Head Attention[3]的Enc-Dec模型，具体的模型结构如下：
① Encoder：对商家菜单进行建模，因菜单为无序数据，因此采用Attention的方式进行建模。商品的信息主要包括商品名、商品图谱标签、交易统计数据等三部分。
a. 对菜名、商品标签分别进行Self-Attention计算，得到菜名和商品标签对应的向量信息，然后与交易统计数据进行Concat，作为商品的初步表示。
b. 对商品的初步表示进行Self-Attention计算，以对同商家的商品有所感知。
② Deocoder：对搭配关系进行学习，基于当前已选择的商品，对下一个可能的搭配进行预估。
a. 在搭配输出时，使用Beam-Search进行多种搭配结果的输出。
b. 为了保证输出搭配中的商品的多样性，添加Coverage机制[2]。
③ 训练之后，将Encoder部分分离，进行离线调度，可实现每天的向量产出。
具体的模型结构如下图7所示：
基于外卖美食知识图谱构建的套餐搭配模型，在多个入口（“满减神器”、“对话点餐”、“菜品详情页”等）取得转化的提升。
4.2 交互式推荐
通过分析外卖用户的需求，发现用户存在跨店相似商品对比的需求，为打破商家界限的选购流程特点，提供便捷的跨店对比决策方式。交互式推荐，通过新的交互模式，打造推荐产品的突破点。在用户的交互过程中，根据用户的历史偏好、实时的点击行为，向用户推荐可能喜欢的美食商品。如下图8（左）所示，在向用户进行同类美食的推荐时，美食知识图谱中的标准菜品标签提供了主要的数据支撑。
4.3 搜索
搜索作为外卖核心流量入口，承载了用户明确的外卖需求。用户通过输入关键词，进行菜品检索。在实际使用中，从搜索的关键词类型看，可能是某个具体的菜品，也可能是某种食材、某种菜系。在美食知识图谱中，图谱标签的高准确率和高覆盖，有助于提升搜索入口的用户体验，最新的实验也表明了这一点（新增部分食材、菜系、功效等标签，在搜索的线上实验效果正向）。
5. 未来规划
5.1 场景化标签的挖掘
美食与我们的生活息息相关，美团外卖每天为千万用户提供美食方面的服务。然而，用户的需求是多种多样的，在不同的环境、不同的场景下，对美食的需求也不尽相同。目前美食知识图谱挖掘，在场景相关的标签较为缺失，例如某些节气、节日等图谱知识；特定天气情况下的图谱知识；特定人群（增肌人群、减肥人群）等的图谱知识。接下来我们会在场景化标签的挖掘方面进行探索。
在挖掘方法方面，目前的挖掘数据主要为文本信息。在商品图片、描述、结构化标签等信息的融合方面，挖掘不够深入，模型的效果也有待提升。因此在多模态识别模型方面，我们也会进行相应的探索。
5.2 基于图谱的推荐技术研究
美团外卖在理解美食的基础上，向用户进行美食推荐，以更好地满足用户对美食的需求。外卖美食知识图谱和外卖业务数据，作为实现这一点的数据基础，包含上亿的节点信息和十几亿的关系数据。通过对用户的商品搜索、点击、购买等行为进行建模分析，可以更加贴合用户的需求，向用户进行商品推荐，例如，将美食知识图谱和外卖行为数据融合，以用户为起点，进行随机游走，向用户推荐相关的美食。在接下来的图谱应用方面的探索中，我们也会更加深入的探索基于美食知识图谱和用户行为的推荐技术。
6. 参考文献
[1] Kim Y. Convolutional neural networks for sentence classification[J]. arXiv preprint arXiv:1408.5882, 2014.
[2] See A, Liu P J, Manning C D. Get to the point: Summarization with pointer-generator networks[J]. arXiv preprint arXiv:1704.04368, 2017.
[3] Vaswani A, Shazeer N, Parmar N, et al. Attention is all you need[C]//Advances in neural information processing systems. 2017: 5998-6008.
[4] Hamilton W, Ying Z, Leskovec J. Inductive representation learning on large graphs[C]//Advances in Neural Information Processing Systems. 2017: 1024-1034.
7. 作者简介
杨林、郭同、海超、懋地等，均来自美团外卖技术团队。
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