用C语言实现求Logit-Log3P算法参数的方法,列出算法求值公式

Logit-Log3P算法是一种常用的物品推荐算法，其参数需要通过数据拟合求出。以下是用C语言实现求解Logit-Log3P算法参数的方法：

1. 定义Logit-Log3P算法求值公式如下：

$$p_{ui} = \frac{1}{1 + e^{-\alpha_u \cdot \beta_i - \gamma_i}}$$

其中，$p_{ui}$表示用户$u$对物品$i$的偏好概率，$\alpha_u$和$\beta_i$分别表示用户$u$和物品$i$的隐向量，$\gamma_i$表示物品$i$的偏置项。

2. 定义损失函数为平方误差损失函数，即：

$$L = \sum_{(u,i) \in R_{train}} (r_{ui} - p_{ui})^2 + \lambda(\|\alpha_u\|^2 + \|\beta_i\|^2 + \|\gamma_i\|^2)$$

其中，$R_{train}$表示训练集，$r_{ui}$表示用户$u$对物品$i$的真实评分，$\lambda$是正则项系数，用于控制模型的复杂度。

3. 使用梯度下降法对损失函数进行优化，求解参数$\alpha_u$，$\beta_i$和$\gamma_i$的值。具体实现过程可以参考以下代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>

#define N_USERS 100  // 用户数
#define N_ITEMS 500  // 物品数
#define N_FACTORS 10  // 隐变量维度
#define N_ITERATIONS 10000  // 迭代次数
#define LEARNING_RATE 0.01  // 学习率
#define LAMBDA 0.1  // 正则项系数

float alpha[N_USERS][N_FACTORS];  // 用户隐向量
float beta[N_ITEMS][N_FACTORS];  // 物品隐向量
float gamma[N_ITEMS];  // 物品偏置项
float r[N_USERS][N_ITEMS];  // 用户对物品的真实评分
float p[N_USERS][N_ITEMS];  // 用户对物品的预测评分
float e[N_USERS][N_ITEMS];  // 误差项
float mse[N_ITERATIONS];  // 平均平方误差

// 初始化参数
void init_params() {
    for (int i = 0; i < N_USERS; i++) {
        for (int j = 0; j < N_FACTORS; j++) {
            alpha[i][j] = 0.01 * rand() / RAND_MAX;
        }
    }
    for (int i = 0; i < N_ITEMS; i++) {
        gamma[i] = 0.01 * rand() / RAND_MAX;
        for (int j = 0; j < N_FACTORS; j++) {
            beta[i][j] = 0.01 * rand() / RAND_MAX;
        }
    }
}

// 预测评分
float predict(int u, int i) {
    float sum = 0;
    for (int j = 0; j < N_FACTORS; j++) {
        sum += alpha[u][j] * beta[i][j];
    }
    return 1 / (1 + exp(-sum - gamma[i]));
}

// 计算误差
float compute_error() {
    float error = 0;
    for (int u = 0; u < N_USERS; u++) {
        for (int i = 0; i < N_ITEMS; i++) {
            if (r[u][i] > 0) {
                p[u][i] = predict(u, i);
                e[u][i] = r[u][i] - p[u][i];
                error += e[u][i] * e[u][i];
            }
        }
    }
    return error / N_USERS;
}

// 更新参数
void update_params() {
    for (int u = 0; u < N_USERS; u++) {
        for (int j = 0; j < N_FACTORS; j++) {
            float sum = 0;
            for (int i = 0; i < N_ITEMS; i++) {
                if (r[u][i] > 0) {
                    sum += e[u][i] * beta[i][j];
                }
            }
            alpha[u][j] += LEARNING_RATE * (sum - LAMBDA * alpha[u][j]);
        }
    }
    for (int i = 0; i < N_ITEMS; i++) {
        float sum1 = 0, sum2 = 0;
        for (int u = 0; u < N_USERS; u++) {
            if (r[u][i] > 0) {
                sum1 += e[u][i] * alpha[u][j];
            }
        }
        for (int j = 0; j < N_FACTORS; j++) {
            sum2 += beta[i][j] * beta[i][j];
        }
        gamma[i] += LEARNING_RATE * (sum1 - LAMBDA * gamma[i]);
        for (int j = 0; j < N_FACTORS; j++) {
            float sum3 = 0;
            for (int u = 0; u < N_USERS; u++) {
                if (r[u][i] > 0) {
                    sum3 += e[u][i] * alpha[u][j];
                }
            }
            beta[i][j] += LEARNING_RATE * (sum3 - LAMBDA * beta[i][j]);
        }
    }
}

// 训练模型
void train_model() {
    for (int iter = 0; iter < N_ITERATIONS; iter++) {
        mse[iter] = compute_error();
        update_params();
    }
}

int main() {
    // 初始化数据
    for (int u = 0; u < N_USERS; u++) {
        for (int i = 0; i < N_ITEMS; i++) {
            r[u][i] = 0;
        }
    }
    for (int i = 0; i < N_ITEMS; i++) {
        gamma[i] = 0;
        for (int j = 0; j < N_FACTORS; j++) {
            beta[i][j] = 0;
        }
    }
    for (int u = 0; u < N_USERS; u++) {
        for (int i = 0; i < N_ITEMS; i++) {
            if (rand() % 100 < 5) {
                r[u][i] = rand() % 5 + 1;
            }
        }
    }

    // 训练模型
    init_params();
    train_model();

    // 输出结果
    for (int u = 0; u < N_USERS; u++) {
        for (int i = 0; i < N_ITEMS; i++) {
            if (r[u][i] > 0) {
                printf("%d,%d,%f\n", u, i, predict(u, i));
            }
        }
    }
    for (int iter = 0; iter < N_ITERATIONS; iter++) {
        printf("%d,%f\n", iter, mse[iter]);
    }

    return 0;
}

需要注意的是，为了避免过拟合，我们在更新参数时采用了L2正则化方法，即将参数的平方加入到损失函数中，并在更新时对其进行惩罚。