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美团点评联盟广告的场景化定向排序机制
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前言
在美团点评的联盟广告投放系统（DSP）中，广告从召回到曝光的过程需要经历粗排、精排和竞价及反作弊等阶段。其中精排是使用CTR预估模型进行排序，由于召回的候选集合较多，出于工程性能上的考虑，不能一次性在精排过程中完成候选集的全排序，因此在精排之前，需要对候选广告进行粗排，来过滤、筛选出相关性较高的广告集合，供精排使用。
本文首先会对美团点评的广告粗排机制进行概要介绍，之后会详细阐述基于用户、天气、关键词等场景特征的广告粗排策略。
广告粗排机制简介
广告粗排框架对引擎端召回的若干广告进行排序，并将排序的结果进行截断，截断后的候选集会被传递给广告精排模块处理。
粗排是为了尽可能在候选广告集合里找到与流量相关性较高的广告，一般以有效转化（通常包括点击后发生后续行为、电话、预约、购买等）为目标。流量因素通常包含媒体、用户（用户包含用户画像、历史搜索、历史点击等各类用户行为）因素。此外，还可包含流量外因素，如LBS、当前实时天气特征等。
考虑到不同流量所覆盖的特征不尽相同：如有的流量包含大量丰富的用户画像，而有的流量无用户画像，但有标识性较为明显的媒体特征，如P2P、母婴类媒体等，因此对于不同流量，会使用不同的粗排策略，以更好地应用流量特征。
下面将根据不同场景详细介绍各类粗排机制的离线模型，以及线上应用方案。
基于用户画像的广告粗排
用户兴趣对于广告转化有着显著影响。在用户画像基础上，向不同兴趣的用户推荐不同类型的广告，对广告的点击和转化皆能带来较大提升。下面先对用户画像进行简要介绍，之后阐述我们是如何应用用户画像完成广告定向的。
用户画像
用户画像也称用户标签。美团点评的用户画像与用户的站内行为息息相关。用户的原始行为多为用户对店铺的浏览、点击、购买、点评、收藏等，用户画像主要是基于这些用户行为产出的统计型画像。除了原始行为，我们还整合了其他团队的数据，包含通过频繁集挖掘出的用户预估标签，以及一些产品上自定义标签等。此外，联盟广告独有的ADX数据源也被使用进来，ADX日均约数十亿次请求，涵盖了文学、金融、教育、母婴等各类媒体，我们将媒体带来的部分用户信息进行清洗，并整合到用户画像，从而提升用户画像的覆盖率和丰富性。融合以上所有数据源信息，我们产出了针对联盟广告的用户画像。
在策略应用的同时，考虑到产品投放，用户标签体系的设计采用了树状结构，以便于投放选择。
标签体系分为五大类：
- 与目前美团点评的商户分类体系强相关（因为广告主都来自于这些产品分类）的兴趣体系，如“美食/火锅”兴趣人群，“亲子/乐园”兴趣人群等。
- 自然属性，如用户的年龄、性别、常驻城市等。
- 社会属性，如职业、婚恋状态、受教育程度等。
- 心理认知，消费水平、时尚偏好等。
- 根据某些需求衍生的自定义标签，标签可以根据后续需求不断新增。
在工程方面，用户画像工程每日例行化运行一次，离线处理各数据源，并进行合并，产出设备ID粒度（IMEI或IDFA）的标准化用户标签。用户标签结果会从Hive表导入Redis缓存，以供线上加载使用。
离线建模
用户定向包含了两层含义：
- 策略应用，针对用户的不同兴趣，对召回的广告进行权重调整，以筛选出最适合用户的广告。
- 产品投放，广告精准定向，即某些广告只投放具有某些兴趣的人群，如幼儿教育的广告，只投放给家里有小孩的人群，以获取更好的投放效果。
本文所述的用户定向，仅指策略应用。
在用户定向上，我们使用了频繁集挖掘方案，因为用户标签与商户分类较为相似，直观上讲，规则的收益可能好于模型。使用频繁集方案，一方面可以挖掘出规则考虑不到的关联关系；另一方面，它的可解释性较强，且后期可以方便地进行人工干预。
我们抽取一段时间的用户点击历史数据，来挖掘用户兴趣与广告商户分类的关联关系。同时，考虑到转化（包含电话、预约、购买等种种行为）是一种强行为，我们将其等同于多次点击行为，进行升采样（如一次电话等于两次点击，等等）。之后使用Spark的ML库来进行频繁集挖掘。
数据处理上，每条点击纪录会将广告商户的一级、二级、三级分类分别与用户标签关联，即一条记录会拆分成多份，分别使用不同级别的分类与用户标签关联，这样保证在计算频繁集的时候，各个层级分类都不会被遗漏。通过Spark的ML库找出大量频繁集后，剔除掉仅包含广告分类或仅包含用户标签的，仅保留两者共存集合。同时我们限制了用户标签在频繁项中的数量，使其不超过两个，以保证规则可以覆盖较多线上用户。接着，我们对标签与广告分类的关系进行打分，广告分类A与兴趣标签B的打分为：
。
举例见下表：
“美食/火锅”更为大众化，因此访问量远大于“亲子/儿童乐园”，上列访问量虽为虚构，但与实际认知相符。上列表格想要说明的是，像“美食/火锅”这样的广告分类，可能与很多用户标签的共生次数都很高，但由于它本身是大众化的分类，因此分母取值也很大，则实际关联打分就会很小（除非是强相关兴趣）。
用这种方式打分，可以筛选出指定标签下关联度较高的广告二级分类。
得到全部的频繁集及相应打分后，可线下进行人工筛选，剔除掉明显不符合认知的频繁项集。最终结果作为离线模型产出，写入MySQL。
检索端加载
检索端每天定时加载一次离线结果到内存中。对于实时广告请求，先从Redis读取当前用户设备的用户画像，然后根据用户实时位置等条件召回几百条广告后，对于当前流量中有用户画像的，根据离线训练结果，对广告进行打分及排序，排序后会根据线上的设置进行截断。用户定向的整体应用框架如下：
在业务引擎端，我们会进行A/B分流实验，随机划分一定百分比的流量作为实验流量，用于进行用户定向实验。之后，分析一段时间的累积实验结果，与base分流作对比，以检测用户定向策略带来的转化率提升，同时反馈给上游频繁集模型，用于干预调整离线产出模型。
基于天气场景特征的广告粗排
实时天气情况对用户有一定影响。直观上来说，炎热的天气下，用户会更倾向于点击游泳馆的广告；而寒冷的天气下，飘着热气的星巴克广告会更受欢迎。有些广告行业则跟天气的关系不大，如非实时消费的结婚、摄影、亲子类广告。下面将介绍我们基于天气场景的离线模型及在线打分方案。
数据准备
天气基础数据包括温度、雨量、雪量、天气现象（大雨、雾霾等）、风力等级等。我们需要的天气数据，并不需要实时更新，原因如下：
① 从应用角度讲，由于天气情况在短时间内比较稳定，并不需要每时每刻都抓取天气数据；② 第三方媒体对DSP（Demand-Side Platform）的响应时间有严格限制，如果每次广告请求都去请求天气数据，对广告引擎的性能将造成较大影响。因此我们以小时粒度来保存天气数据，即在确定的某个城市、某个小时内，天气情况是固定的。
天气数据包含两种：
① 线下模型使用的历史天气数据；② 线上检索使用的当前天气数据。
两者在相同特征上的数据取值涵义要保证一致，即特征的一致性。美团配送团队对基础天气数据进行清洗和加工，每日提供未来72小时内的天气预报数据，同时保存了稳定的历史数据，与我们的需求完全吻合，因为我们使用了该数据。
离线建模
天气特征的离线模型选用了AdaBoost模型，该模型可使用若干简单的弱分类器训练出一个强大的分类器，且较少出现过拟合现象。考虑到要在线上检索端加载弱分类器进行计算，基础的弱分类器不能太过复杂（以免影响线上性能），基于以上考虑我们选用了AdaBoost常用的树桩模型（即深度为1的决策树）。
选定模型后，首先需要对原始数据进行处理，将其处理成适合决策树分类的特征。我们选定温度、湿度、降水量、降雪量、天气情况等特征。以温度举例，将其作为连续变量处理，对于特征为温度的决策树，训练合适的分割点，将温度归类到合适的叶子节点上；而对于天气情况icon-code，由于其仅有几个取值（正常、一般恶劣、非常恶劣等），因此当做离散值对待，进行one-hot编码，散列到有限的几个数值上（如1、2、3）。
在树桩模型中，左右叶子节点分别对离散值进行排列组合（如左子树取1、3，右子树取2等），直到左右子树的均方误差值之和为最小。当然，对于离散值较多的情况，出于性能上考虑，多以连续值对待，并训练合适的分割点分离左右子树。
对特征进行处理后，可以应用模型对特征进行迭代处理。我们以转化为目标，搜集一段时间的历史点击数据，对数据进行特征化处理，最终训练出合适的离线模型。直观上来讲，天气对不同行业的转化影响有显著差异。某些行业对天气更为敏感，如餐饮、运动等，而有些行业则对天气不敏感，如亲子、结婚（因为转化一般不发生在当下）等，因此我们对不同的广告分类分别做训练，每个行业训练一个模型。
考虑到在检索端需要对广告和天气的特征关系进行打分，因此分类模型不能完全满足我们的需求。最终我们选取了AdaBoost的改进版Gentle AdaBoost，有关该模型的论述网上有很多（根据文献1，在采用树桩模型时，该模型效果好于传统的离散AdaBoost），本文不再对其进行数学说明。算法大致流程如下图所示：
另外说明一下我们对该模型的一些工程处理，我们去掉了最后的感知器模型，直接使用回归函数的和作为打分。在每次迭代过程中，我们会保留当前错误率，当迭代达到一定次数，而错误率仍大于给定阈值时，则直接舍弃对该行业的训练，即在天气场景定向中，不对该行业的广告打分。
工程上，我们使用Spark进行特征处理和模型训练，并将最终结果写入在线缓存Tair中。其中key为一级及二级行业，value即为AdaBoost模型的多轮迭代结果，同时保留了最后一轮迭代的错误率。保留错误率的原因是在线上检索端加载模型时，可以动态配置错误率阈值，根据模型的错误率超过阈值与否来决定是否对广告打分。另外，考虑到线上加载迭代模型会牺牲性能，我们将迭代轮次控制在100次以内。
天气场景的离线数据和线上数据模型如下图所示：
经过Gentle AdaBoost训练出的多棵树模型，以JSON格式写入Tair中；线上在获取ADX请求后，根据Tair中已经写好的天气预报信息，加载当前小时当前城市的天气情况，检索端根据当前天气和模型，对广告进行打分和排序。
线上优化
广告检索端需要从Tair读取离线模型，来完成广告打分。由于第三方媒体对DSP响应时间要求较高，在线上做迭代模型的加载，是一个较为耗时的操作，因此需要做一些优化处理。我们一共做了三层优化处理：
- 模型缓存：对于检索端召回的几百条广告，对广告一级/二级分类进行缓存处理，对某条广告打分后，其对应的二级分类及相应模型加入缓存，而后续遇到来自同样二级行业的广告，将直接使用缓存模型。
- 打分缓存：由于我们使用了小时级的天气数据，因此对于指定的城市，在指定的小时内，天气状况完全一致，当广告一级/二级行业确定后，模型对于该广告的打分是确定的。因此我们对广告行业+城市的打分进行缓存处理，且每个整点清空一次缓存。对于已经打分过的城市+广告行业，可以直接从缓存中读取并使用打分结果。
- 性能与打分的折中：使用了前面两种缓存方案后，性能仍无法得到足够保证，此时我们需要考虑一个折中方案，牺牲一部分广告打分，以换取性能的提升。即我们使用动态配置的阈值来控制每次检索请求中模型迭代的轮次。举个例子，阈值设为200次，在整点时刻，前五个召回的广告的行业各不相同，且使用的模型分别迭代80、90、60、60、30次结束，则本次请求中我们只对前三个广告打分（80+90+60<200），并将广告打分进行缓存。后续召回广告，其二级分类若能命中缓存，则打分，否则不打分。在第二次广告请求过来时，同样沿用这个策略，对已经缓存的广告打分直接加载，否则迭代模型进行打分，直到达到迭代阈值200为止。通过打分缓存机制，可以保证前面牺牲掉的广告行业被逐步打分。使用该优化策略，可以完全确保上线后的性能，通过调整迭代轮次的阈值，控制打分与性能的折中关系。
通过以上三层优化处理机制，保证了AdaBoost这样的迭代模型可以在线上被加载使用。另外，我们还会考察离线模型中的错误率，通过线上动态调整阈值，舍弃一些错误率较高的模型，以达到效果的最优化。模型上线后，我们进行A/B testing，以检测使用天气场景模型带来的转化率提升。
基于关键词特征的广告粗排
用户在美团点评站内搜索的关键词，强烈地表达了用户的短期偏好。基于关键词定向（Query Targeting）是许多广告精准定向的利器。尤其对于闭环条件下的应用，如百度凤巢，淘宝的直通车，当用户在站内进行搜索，可以直接根据搜索词展示相关广告，引导用户在站内转化。一般来说，关键词定向的效果都非常出色。联盟的关键词定向，是通过对用户近期搜索词的分析，识别出用户感兴趣的店铺及店铺分类，进而在站外App为用户投放相关广告。下面将介绍联盟广告基于关键词特征的广告排序机制。
离线模型
离线模型需要根据用户搜索词分析出用户的偏好，对于大多数搜索引擎来说，需要使用NLP的相关技术和复杂的基础特征建设工作。对于美团点评的关键词搜索场景，由于大部分搜索词与美团点评店铺及店铺分类强相关（大部分搜索词甚至直接是店铺名称），且新词搜索量增长幅度不大，同时考虑到开发成本，我们的关键词定向舍弃了基础特征构建的方案，而是直接采用一套合理的离线分析模型，来构建搜索词和店铺分类的关系。
我们选用了TF/IDF模型，来构建关键词和用户偏好的关系。用这个方案原因是文章-词模型与词-店铺模型非常相似。该方案主要用于计算店铺分类（或商圈）与关键词的相关程度，也是对其打分的依据。该模型相关资料很多，不再做原理性阐述，此处仅举一例如下：
用户搜索词为“潮汕火锅”，计算“美食/火锅”的商家分类与该关键词的相似程度。
假设：
c1 = 搜索“潮汕火锅”后的全部点击数，c2 = 搜索“潮汕火锅”后点击“美食/火锅”类目店铺的全部点击数，c3 = 搜索词总数，c4 = 搜索点击“美食/火锅”类目的词总数。则：
由此计算出店铺分类与关键词的关系，取topN（根据存储大小及不同店铺对同一词的TF-IDF差距拟定）个店铺分类。
单店及商圈计算方法与此类似，它们的计算值会同时与店铺分类的TF-IDF进行比较，不作区分。（此处有一点需注意：如果用户搜索“中山公园 火锅”，可以预见店铺分类与商圈会同等重要，则最终产出两条独立打分规则，分别挂在店铺分类和商圈下面）。
我们使用Spark来构建离线模型，提取用户的搜索词和搜索后点击的店铺及店铺分类，运用上述方案来计算每个搜索词的关联店铺及店铺分类，设置阈值，保留分数较大的分类结果。
为了提升线上命中率，我们使用了点评分词系统，对长度较长的搜索词进行分词，同时保存原始词和切分后基础词的TF-IDF结果。为了方便线上快速检索，结果同样保存在Tair中。以检索词为key，关联店铺分类和店铺的TF-IDF打分作为value进行保存。
实时流计算
对于关键词定向，与用户定向的一个区别在于前者时效性要求很高，因此需要使用实时计算系统来处理用户行为，并将最后的结果保存在Tair集群。首先通过Kafka订阅用户行为实时流，以五分钟为时间片处理用户行为，查找用户ID和搜索词，如果搜索词过长，则进行分词，接着从Tair中查找出与该搜索词相关的店铺及店铺分类和打分（离线模型给出）。接下来会Tair中查找该用户ID是否有历史结果，若有，则读出，对之前的打分进行衰减（衰减方案见下文），并与当前新的打分进行合并；否则，将新的数据及时间戳写入Tair。该方案的流程图如下：
比较重要的部分是合并新来的数据与Tair里的老数据，合并时，如果新数据包含老数据中某些店铺（店铺分类），就直接使用新数据中的店铺（店铺分类）权重；否则，对老数据中的店铺（店铺分类）权重进行衰减，若衰减后权重小于给定的阈值，则直接将这个店铺（店铺分类）从合并数据中剔除。
衰减方案根据时间进行衰减。默认半衰期（即衰减权重从1衰减到0.5的时间长度）为72小时（不同的店铺分类给予不同的半衰期），使用牛顿冷却定律，参数计算公式为： 0.5 = 1 × e-α*时间间隔 ，解出α，并带入下面公式得到实际权重为：
其中，w为老权重，w'为新权重。
检索端排序
检索端接收到广告请求，根据当前获取的用户ID，从Tair中读取用户偏好的店铺分类，与召回的广告进行匹配，当广告分类与召回广告匹配成功，则可将Tair读出的分数进行时间衰减后，作为该广告的最终打分。检索端采用与实时流同样的时间衰减方案，以保证一致性。举例如下：
用户A在早上8:30有火锅类搜索行为，Spark Streaming处理后进入Tair，假设此时最新时间戳为8:30，而该用户在11：00搜索亲子类商铺，Spark Streaming处理该条记录后，之前的火锅权重需要衰减，同时时间戳更新为11:00，假设此时立即有广告检索请求命中该用户，则此时用户火锅类偏好权重为11:00时权重；假设下午16:00有ADX请求命中该用户，则用户火锅类权重需要根据16:00到11:00的时间间隔继续衰减。
除了上述三种定向策略，还有其他基于上下文的定向，重定向等，它们方案各异，但大致思路与前述方案类似，本文不再详述。
定向汇总
在经过上述各类定向场景分别打分之后，需要对每个场景打分进行综合，因为不同的广告行业在不同场景下的重要性是不同的。如餐饮行业更注重距离和天气，而丽人、亲子等行业较注重媒体和用户画像。因此，不同行业下，各个定向打分的权重是不同的。我们使用模型的方式对各个场景打分进行权重的训练和预测。
综合打分我们采用了LR模型，分不同广告行业，以点击为样本，转化为模型，以各个场景下的前期打分为特征，进行混合打分权重的离线建模。
公式如下：
其中θ是向量，
其中x0,x1......,xn 是各个场景定向下的具体打分，打分分布在[0,1]之间。
冷启动时，对每个场景打分给予一个默认权重，积累一定量数据后，使用离线模型训练出各个广告行业下的θ向量，并在引擎端加载使用。引擎端加载各个场景的广告打分，并根据广告行业加载打分权重，最终完成每个广告与当前的流量综合打分。
总结
场景化定向综合考虑了当前流量的种种场景因素（用户、天气、媒体等），分别根据业务需求设计了不同的模型来构建广告打分机制，并对单个场景的广告打分进行综合。通过这种场景化的广告粗排机制，对召回的广告进行排序和筛选，可以保留相关性较强的广告，以用于后续的CTR排序和处理。从实际的A/B testing来看，使用了场景化排序机制的流量，其点击率和转化率的提升效果都较为显著。
展望未来，如何丰富各类场景特征（如天气、媒体的更多特征），引入更多的场景因素（如所处环境周边店铺、当前时间用户行为等），尝试不同的模型方案，都是下一步的可探索方向。
参考文献
- Friedman J, Hastie T, Tibshirani R.(2000), Additive Logistic Regression: A Statistical View of Boosting, Annals of Statistics, 28, 337-307.
招聘
美团点评广告联盟团队招聘各类数据挖掘、算法，以及Java后台开发的技术人才，有兴趣的同学可以发送简历到suxin03#meituan.com。
作者简介
马莹，美团点评高级算法工程师，2012年毕业于浙江大学，同年加入百度联盟研发部。2016年加入美团点评联盟广告部门，长期从事广告行业策略算法研究开发工作。专注于计算广告、用户画像、数据挖掘等方向。
一凡，美团点评高级算法工程师，现负责美团点评广告平台联盟广告网盟方向。2011年毕业于华中科技大学，毕业后先后就职于百度、腾讯，2014年加入点评平台，2016年加入美团点评联盟广告部，长期致力于计算广告算法优化、推荐算法、大数据挖掘等方向。
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