Incorporating Social Relationship discovered from User's Behavior into Collaborative Filtering

Nowadays, social network is a huge communication platform for providing people to connect with one another and to bring users together to share common interests, experiences, and their daily activities. Users spend hours per day in maintaining personal information and interacting with other people via posting, commenting, messaging, games, social events, and applications. Due to the growth of user's distributed information in social network, there is a great potential to utilize the social data to enhance the quality of recommender system. There are some researches focusing on social network analysis that investigate how social network can be used in recommendation domain. Among these researches, we are interested in taking advantages of the interaction between a user and others in social network that can be determined and known as social relationship. Furthermore, mostly user's decisions before purchasing some products depend on suggestion of people who have either the same preferences or closer relationship. For this reason, we believe that user's relationship in social network can provide an effective way to increase the quality in prediction user's interests of recommender system. Therefore, social relationship between users encountered from social network is a common factor to improve the way of predicting user's preferences in the conventional approach. Recommender system is dramatically increasing in popularity and currently being used by many e-commerce sites such as Amazon.com, Last.fm, eBay.com, etc. Collaborative filtering (CF) method is one of the essential and powerful techniques in recommender system for suggesting the appropriate items to user by learning user's preferences. CF method focuses on user data and generates automatic prediction about user's interests by gathering information from users who share similar background and preferences. Specifically, the intension of CF method is to find users who have similar preferences and to suggest target user items that were mostly preferred by those nearest neighbor users. There are two basic units that need to be considered by CF method, the user and the item. Each user needs to provide his rating value on items i.e. movies, products, books, etc to indicate their interests on those items. In addition, CF uses the user-rating matrix to find a group of users who have similar rating with target user. Then, it predicts unknown rating value for items that target user has not rated. Currently, CF has been successfully implemented in both information filtering and e-commerce applications. However, it remains some important challenges such as cold start, data sparsity, and scalability reflected on quality and accuracy of prediction. In order to overcome these challenges, many researchers have proposed various kinds of CF method such as hybrid CF, trust-based CF, social network-based CF, etc. In the purpose of improving the recommendation performance and prediction accuracy of standard CF, in this paper we propose a method which integrates traditional CF technique with social relationship between users discovered from user's behavior in social network i.e. Facebook. We identify user's relationship from behavior of user such as posts and comments interacted with friends in Facebook. We believe that social relationship implicitly inferred from user's behavior can be likely applied to compensate the limitation of conventional approach. Therefore, we extract posts and comments of each user by using Facebook Graph API and calculate feature score among each term to obtain feature vector for computing similarity of user. Then, we combine the result with similarity value computed using traditional CF technique. Finally, our system provides a list of recommended items according to neighbor users who have the biggest total similarity value to the target user. In order to verify and evaluate our proposed method we have performed an experiment on data collected from our Movies Rating System. Prediction accuracy evaluation is conducted to demonstrate how much our algorithm gives the correctness of recommendation to user in terms of MAE. Then, the evaluation of performance is made to show the effectiveness of our method in terms of precision, recall, and F1-measure. Evaluation on coverage is also included in our experiment to see the ability of generating recommendation. The experimental results show that our proposed method outperform and more accurate in suggesting items to users with better performance. The effectiveness of user's behavior in social network particularly shows the significant improvement by up to 6% on recommendation accuracy. Moreover, experiment of recommendation performance shows that incorporating social relationship observed from user's behavior into CF is beneficial and useful to generate recommendation with 7% improvement of performance compared with benchmark methods. Finally, we confirm that interaction between users in social network is able to enhance the accuracy and give better recommendation in conventional approach.

사용자 행동 기반의 사회적 관계를 결합한 사용자 협업적 여과 방법

소셜 네트워크는 사용자들의 공통된 관심사, 경험, 그리고 일상 생활들을 함께 공유하기 위해 소셜 네트워크 상 사람들을 서로 연결시켜주는 거대한 커뮤니케이션 플랫폼이다. 소셜 네트워크상의 사용자들은 포스팅, 댓글, 인스턴스 메시지, 게임, 소셜 이벤트 외에도 다양한 애플리케이션을 통해 다른 사용자들과 소통하고 개인 정보 관리하는데 많은 시간을 소비한다. 소셜 네트워크 상의 풍부한 사용자 정보는 추천시스템이 추천 성능을 향상시키기 위해 필요한 큰 잠재력이 되었다. 대부분의 사용자들은 어떤 상품을 구매하기 전 가까운 관계이거나 같은 성향을 가진 사람들의 의견을 반영하여 의사 결정을 하게 된다. 그러므로 소셜 네트워크에서의 사용자 관계는 추천시스템을 위한 사용자 선호도 예측을 효율적으로 높이는데 중요한 요소라 할 수 있다. 일부 연구자들은 소셜 네트워크에서의 사용자와 다른 사용자들 사이의 상호작용 즉, 소셜 관계(social relationship)와 같은 소셜 데이터가 추천시스템에서 추천의 질에 어떠한 영향을 미치는가를 연구하고 있다. 추천시스템은 아마존, 이베이, Last.fm과 같은 큰 규모의 전자상거래 사이트 또한 채택하여 사용되는 시스템으로, 추천시스템을 위한 방법으로는 협업적 여과 방법과 내용 기반 여과 방법이 있다. 협업적 여과 방법은 사용자들의 선호도 학습에 의해 사용자가 아직 평가하지 않은 아이템 중 선호할 수 있는 아이템을 정확하게 제안하기 위한 추천시스템 방법 중 하나이다. 협업적 여과는 사용자들의 데이터에 초점을 맞춘 방법으로 유사한 배경과 선호도를 가지는 사용자들로부터 정보를 수집하여 사용자들의 선호도 예측을 자동으로 발생시킨다. 특히 협업적 여과는 근접한 이웃 사용자들에 의해서 목적 사용자가 선호할 수 있는 아이템을 제시하는 것으로 유사한 이웃 사용자를 찾는 것이 중요하다. 좋은 이웃 사용자 발견은 사용자와 아이템을 고려하는 방법이 일반적이다. 각 사용자는 아이템 즉, 영화, 상품, 책 등에 자신의 선호도를 나타내기 위하여 평가 값을 입력하고, 시스템은 이를 바탕으로 사용자-평가 행렬을 구축한다. 이 사용자-평가 행렬은 목적 사용자와 유사하게 아이템을 평가한 사용자 그룹을 찾기 위한 것으로, 목적 사용자가 아직 평가하지 않은 아이템에 대하여 사용자-평가 매트릭스를 통해 그 평가 값을 예측한다. 현재 이 협업적 여과 방법은 전자상거래와 정보 검색에서 적용되어 개인화 시스템에 효율적으로 사용되고 있다. 하지만 초기 사용자 문제, 데이터 희박성 문제와 확장성 그리고 예측 정확도 향상 등 해결해야 할 과제가 여전히 남아 있다. 이러한 문제들을 해소하기 위해 많은 연구자들은 하이브리드, 신뢰기반, 소셜 네트워크 기반 협업적 여과와 같은 다양한 방법을 제안하였다. 본 논문에서는 전통적인 협업적 여과 방식의 예측 정확도와 추천 성능을 향상시키기 위해 소셜 네트워크에 존재하는 소셜 관계를 이용한 협업적 여과 시스템을 제안한다. 소셜 관계는 소셜 네트워크 서비스 중 하나인 페이스북 사용자들이 남긴 포스팅과 사용자의 소셜 네트워크 친구와 의견 교류 중 남긴 코멘트와 같은 사용자 행동을 기반으로 정의된다. 소셜 관계를 구축하기 위해 소셜 네트워크 사용자의 포스팅과 댓글을 추출하고, 추출된 텍스트에 불용어 및 특수 기호 제거와 스테밍 등 전처리를 수행하였다. 특징 벡터는 TF-IDF를 이용하여 전처리된 텍스트에 나타난 각 단어에 대한 특징 점수를 계산함으로써 구축된다. 본 논문에서 이웃 사용자를 결정하기 위해 사용되는 사용자 간 유사도는 특징 벡터를 이용한 사용자 행동 유사도와 사용자의 영화 평가를 기반으로 한 전통적 방법의 유사도를 결합하여 계산된다. 제안하는 시스템은 목표 사용자와 제안한 방법을 통해 결정된 이웃 사용자 집단을 기반으로 목표 사용자가 평가하지 않은 아이템에 대한 선호도를 예측하고 Top-N 아이템을 선별하여 사용자에게 아이템을 추천하게 된다. 본 논문에서 제안하는 방법을 확인하고 평가하기 위하여 IMDB에서 제공하는 영화 정보 기반으로 영화 평가 시스템을 구축하였다. 예측 정확도를 평가하기 위해 MAE 값을 이용하여 제안하는 알고리즘이 얼마나 정확한 추천을 수행하는지에 대한 예측 정확도를 측정하였다. 그리고 정확도, 재현율 및 F1값 등을 활용하여 시스템의 성능을 평가하였으며, 시스템의 추천 품질은 커버리지를 이용하여 평가되었다. 실험 결과로부터 본 논문에서 제안한 시스템이 보다 더 정확하고 좋은 성능으로 사용자에게 아이템을 추천하는 것을 볼 수 있었다. 특히 소셜 네트워크에서 사용자 행동을 기반으로 한 소셜 관계를 이용함으로써 추천 정확도를 6% 향상시킴을 보였다. 또한 벤치마크 알고리즘과의 성능비교 실험을 통해 7% 향상된 추천 성능의 결과를 보여준다. 그러므로 사용자의 행동으로부터 관찰된 소셜 관계를 CF방법과 결합한 제안한 방법이 정확한 추천시스템을 위해 유용하며, 추천시스템의 성능과 품질을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.