亿级日搜索量的美团如何构建高效的搜索系统？
众所周知，美团为用户提供了全方位的生活服务，包括外卖、出行、甚至是零售和生鲜等方面。
面对纷繁复杂的服务与选项，用户怎样才能快速地找到自己想要的结果呢？这就需要美团平台的搜索服务来帮忙。
2018 年 11 月 30 日-12 月 1 日，由 51CTO 主办的 WOT 全球人工智能技术峰会在北京粤财 JW 万豪酒店隆重举行。
本次峰会以人工智能为主题，来自美团的高级算法技术专家蒋前程在推荐搜索专场，从美团搜索的主要特点，以及他们是如何使用自己的算法模型去应对挑战等方面，向大家介绍《美团 O2O 服务搜索的深度学习实践》。
美团搜索业务现状
目前，美团搜索覆盖了平台 40% 的交易，具有所谓千万级的 POI（Point of Interest，兴趣点）和亿级别的 SPU（Standard Product Unit，标准化产品单元），而且用户每天的搜索频次（即：日 PV），也能达到亿级。
那么，美团搜索具体涉及到哪些方面呢？如上图所示，除了左图上方的首页搜索栏，其下方的各个业务频道里的搜索服务，也是由我们团队来负责的。
因此，我们搜索的服务目标可分为许多种，包括：主体 POI，每个 POI 下不同业务所提供的不同服务，如：买单服务、外卖服务、传统团购业务、预付业务、以及酒店预付业务等。
作为美团搜索的平台，我们的使命是把用户流量进行高效的分发，并且在分发内容的基础上尽量提升他们的搜索体验。
在保持用户黏性的同时，我们不但要提高用户的交易效率，而且要为他们的决策提供更多的信息帮助。
另一方面，对于商家而言，我们需要把更优质的用户流量导向他们，从而带来更高的转化效率。这便是我们作为美团入口的各项使命。
美团搜索的特点和挑战
下面我们来讨论一下 O2O 的搜索与其他网页及电商的搜索，有什么相同与相异之处，以及我们面临着哪些挑战。
首先，就目标而言，我们的业务种类繁多，而且每种业务在不同的发展阶段有着不同的优化目标：有的需要优化点击率、有的需要优化转化率、有的需要优化 GMV（Gross Merchandise Volume，成交总额）。
因此对于我们平台而言，利用现有的大流量、服务好业务方、提高效率、加固平台的交易，便是我们的整体大目标。
其次，对于用户而言，他们需要根据不同的用户属性搜索到个性化的结果。另外，我们也需要根据搜索时的时间和空间等场景的不同，提供差别化的结果。
再次，对于商家而言：
异构性非常大。每个业务及其字段的关注点都有所不同。由于他们所提供的服务存在着差异性，因此其数据和检索层面，也与传统搜索存在着巨大的差异。
非标属性。从平台上的餐饮店铺可以看到，商家的菜品本身就是一些非标准化的产品。这与电视和空调之类的标准品，有着本质上的区别。
可见，用户与商家之间是通过实时性相关联的。也就是说用户的需求会随着所处位置，以及早中晚餐的时间会有所不同。
而商家的运能也会随着一天中的不同时段，以及是否下雨等天气因素有所变化。因此，这些都被视为美团搜索的特点和挑战。
总结而言，我们搜索服务的愿景便是：让更多人更便捷地找到更多他们想要的生活服务。
其中“找到更多想要的”，可以通过智能匹配技术来实现；而“更便捷地找到”，则需要有个性化的排序。面对这两条关键路径，我们在深度学习方面进行了如下探索。
美团搜索深度学习探索实践
智能匹配
一般说来，用户的意图表达分为显式和隐式两种输入类型：
显式就是他直接通过筛选条件所传递的搜索要求。
隐式则包括用户的搜索时间、地理位置和个人偏好。
因此，智能匹配就要求我们通过搜索结果，展现出用户需要的集合。
那么如何才能做好智能匹配呢？我们总结起来会涉及到如下两个方面：
用户意图的匹配。
多维度的匹配。
就用户意图而言，虽然搜索的是同一条词汇，但是不同种类用户的期望结果会有所不同。
例如：“北京南站”一词：
对于北京本地常住的用户来说，他们搜索的目的居多是出自餐饮外卖需求。
对于北京本地但少去的用户来说，他们搜索的目的居多是出自公交换乘需求。
对于外地游客来说，他们搜索的目的居多是出自火车与住宿需求。
因此，这就要求我们针对不同“背景”的用户展现不一样的内容。
可见，用户的意图可以大致分为两个维度：
场景意图，即基于用户的隐式条件，我们要探究其需求是以美食为主、酒店为主、还是以旅游为主。这是业务级别上的需求。
成分分析，即针对用户的显式输入，我们要分析其中间的有效成分，并籍此制定出有针对性的标准。
业务识别
下面我来看看业务识别的基本流程。首先，我们要有一个行业知识库，或称为词表。
接着，我们挖掘出一些通用的词汇，以保证每个词都能对应某个需求，以及 Top 的相关问题。
在系统上线之后，我们通过迭代来匹配用户的反馈，包括他们的点击、下单、品类等业务分布。然后，我们得出此类需求分布的概率，并执行各种召回。
当然，这种简单统计行为的泛化能力是存在一些问题的。如果用户的行为特征反馈并不充分的话，他们的需求也就不太明确。
此时我们自然而然地想到了使用各种机器学习模型，对文本和用户行进行向量化，通过诸如 FastText 或 CNN 之类的分类模型，对用户的各种特征予以分类，从而得到用户的意图，并解决泛化的问题。
不过我们也曾经发现：通过机器学习所得到的分布，虽然对整体而言是合理的，但是对于某些用户却并不合理。
因此，我们最近采用了一些强化学习的方法：在细微之处，我们探索性地为用户提供业务需求的入口，从而收集到用户后续的反馈。
通过此类迭代，我们可以识别出用户在某方面的业务需求是否强烈。
至此，我们是否可以认为整体的业务已经识别清楚了呢？其实，我们不难发现：在用户仅输入单个词语进行搜索的情况下，平台基于大量用户数据所统计出来的需求分布，并不一定能够准确地反映出用户的意图。
另外，用户的历史意图是否会影响他的实时意图呢？面对此类时序化的问题，我们需要基于此前他在我们系统中发生过的搜索行为，采用大数据统计来提取相关特征，利用 RNN 模型去预测他的下一个行为。
当然，我们也会参照上述一些非业务方面的因素。
成分分析
第二个方面是成分分析。考虑到用户可能会搜索各种短语，如：“中关村火锅”，其中，“中关村”是地址，“火锅”是品类，那么我们需要做好针对性的检索。
例如：我们将地址信息转化成地图上的坐标画圈，将品类信息转呈到已有成品类的检索中，进而实现成分分析和智能匹配的完美结合。
由于成分识别实际上是一个序列标注的问题，因此我们起初采用的是传统的 CRF 模型。
虽然该模型的精度与召回尚可，但是它对于语义的理解，以及相关性的考虑是不够的，而且它需要人工进行特征提取与数据标注。因此，我们想到了使用基于 LS 的深度学习与 CRF 结合的方法。
初期，由于数据量太小，算法不能很好地学习到各种标签的正确性，因此效果不如 CRF。
于是，我们采用了如下的方法来扩充数据量：
我们将已训练的 CRF 模型扩展出更多的语料，使之将预测出来的结果作为标志数据。
对于已总结的数据库，我们根据用户反馈的规则，挖掘出更多的数据。
通过各种扩充，待样本增长了百万级的规模时，我们再运用深度学习模型进行实体识别。
在实体识别的过程中，我们所用到的输入特征包括：值向量特征，以及以前 CRF 所用到的人工特征，通过 BiLSTM 再进行 CIF，最后达到了实体识别。而由此所产生的效果相对于 CRF，已经有了大幅的提升。
当然根据业务属性，由于商家的名称以及微信地址都是五花八门的，因此我们无法做到及时的全面覆盖，召回也就不那么的理想。
前面提到的是用户意图在智能匹配上的作用。下面我们来看为何要进行多维匹配。
例如：某个用户输入了“减肥餐”，那么我们仅仅使用文本匹配予以返回显然是不够的。
他的潜在需求，可能还包括：低油、低脂、轻食、蔬菜、水果等一系列方面。因此，这就产生了需求之间的语义 Gap。
为了弥补该 Gap，我们需要建立向量化的召回框架结构，由上方的示意图可见，我们将文本数据和用户行为序列数据，导入语义模型，处理完毕后得到了 Query、POI、User 三者的向量，再根据这些向量执行召回。
如今，该框架已经能够被在线使用到了。
语义模型
下面我们来介绍一下美团在语义模型方面的具体尝试。
首先是 DSSM 模型。我们在其原生模型的基础上进行了一些修改。在输入方面，我们采用的是文档（Doc）和查询（Query）的双塔结构。此处，我们已经做好了文本的过滤（包括低频次的过滤）。
通常情况下，系统会经过两个隐藏层。而在此处，我们改进为：让第二层将第一层向量选出来的隐性层转到第三层，以便数据能够更好地向下传递。
而在输出层，我们会更细腻地考虑两者之间的权重。我们会做一个相似度的矩阵，同时将这两个向量传递到最后的输出层，以线性加权的方式得到最终的分数，这便是我们在 DSSM 语义模型上的探索。
前面我们讨论了监督的模型，其实我们也尝试了一些非监督的模型。非监督模型主要是基于用户的行为序列。
例如：用户会在某个查询会话中会点击多处（POI1、POI2），那么我们就将此序列当成一个文档。
相比前面提及的主要体现在文本上的模型，此处则更偏向于推荐的思想。如果用户既点了 A，又点了 B，那么两者之间就存在相似性，因此我们采用了单独的模型来训练此类序列。
而且，我们在输入层不只是把 POI 进行了向量化，还将与 POI 相关的品类信息、GU 哈希信息等都拼接成额外的向量。这便是我们所做的简单的改动。
上图右侧是一个向量的展现，可见系统能够把一些相关的信息学习出来，以便我们进行各种相关性的召回。
针对上述智能匹配技术，我们总结起来有两个方面：
怎么做好用户的意图识别。
怎么实现多维度匹配，即：在传统文本匹配的基础上，加入了向量化召回的思路。
个性化排序
在完成了用户匹配之后，我们帮用户搜到大量的匹配结果。那么，我们势必需要通过个性化排序，来优先显示用户最需要的结果信息。
如上图所示，排序的整体流程为：
我们使用召回层进行简单的粗排，它适用于一些简单的特征，即通过线性模型对结果进行初步过滤。
把少量的结果送到模型层，执行点击率和转化率的预估。
在业务层会有一些可解释性、业务规则的排序。
其中，模型层的演进过程是：线性模型→决策树模型（如 GBDT）→PairWise 模型→实时模型→深度学习，以满足个性化的特征。
下面，我们来重点讨论实时模型和深度学习的实现方式。
为了更好地满足用户的需求。我们有两种实时化的方向：
许多公司会将包括实时行为、实时库存、实时转化等在内的特征放入模型，以进行实时更新。
通过在线学习，拼接各种实时流，实时更新参数，根据模型的评估，判断是否要替换成新训练的模型。
实时特征
同时，在提取实时特征的过程中，我们需要将用户实时的数据，如：点击流、下单流等请求数据缓存到 Storm 里。
接着，基于这些数据，我们需要提取到用户的实时行为特征，包括：品类偏好、价格偏好、距离偏好等。
另外，我们会对序列区分不同的时段，并逐一“兑换”特征，当然，我们也会考虑该用户会话（Session）内部的 01 特征。结合业务特点的挖掘，我们最终把实时特征提取了出来。
深度模型
对于美团而言，深度模型的需求源自如下三个方面：
场景非常复杂，每个业务的需求都存在着巨大差异。
前面提到的树模型虽然有较好的泛化能力，但是缺少针对用户行为的记忆能力。
需要对一些稀疏特征，以及特征组合进行处理。
因此，基于业务和工程师的实际需求，我们有必要采用深度学习模型。
上图是我们的深度学习框架。其特点在于如下三个方面：
能够更好地在线支持超大规模的数据和模型，如：几十个 G 的模型。
能够方便地支持多种模型的定义。
能够很好地支持流式模式的训练与上线。
简单来看，该模型也分为三个部分：
离线训练，即Base模型，是从日志数据表里提取特征，通过训练，将参数存到离线集群之中。
流式训练，将实时收集到的数据作为日志予以拼接，通过特征的提取，最后执行训练。
在线预测，通过实时优先级对模型进行评估。如果通过，则更新到 PS 在线集群里进行预测。
有了上述框架的感念，我们再来看看在该深度模型上的探索路径。起初，我们直接将 Dense 特征拿过来，扔到简单的 MLP 里执行快速迭代。
凭借着更强的特征拟合能力，我们能够实时地迭代出参数的模型，进而实现了在线式的实时更新。因此，相比之前的树模型，深度学习模型的效果有了明显的提升。
而针对稀疏特征，我们采用了如下两种方法：
直接用模型去学习和训练 Embedding 特征，进而输入到模型之中。
通过 Wide 记录模型来实现深度学习。
如上图所示，在特征组合方面，我们尝试了一些知名的模型。其实它们之间并无明显的优劣势，就看哪个更适合业务项目罢了。
例如：PNN 是将特征作为一个组合放在了输入层；DeepFM 则多了一个 FM 值；而 DCN 是做到了特征高阶的模型。
因此，我们在不同的业务场景中，都尝试了上述这些模型。一旦发现效果较好，我们就会将其替换成当前业务的主模型。
总的说来，我们现在的主体模型是：流式的深度学习模型。从上图的各项指标可以看出，其整体效果都有了正向的提升。
未来展望
展望未来，我们会在如下两大方面继续个性化排序的探索：
智能匹配。在深度上，我们会深耕成分分析、用户意图、以及业务预测等方面。
在广度上，我们会针对文本匹配效果不佳的场景，补充一些向量召回，进而实现根据用户的不同属性，达到多维度个性化召回的效果。
排序模型。类似于阿里的 DIEN 模型，我们会对用户的兴趣进行单独建模，进而与我们的排序模型相组合。
考虑到各种品类的相关性、文本的相关性、以及实际业务场景的不确定性，我们将在深度学习中尝试多目标的联合优化。
作者：蒋前程，美团高级算法技术专家
编辑：陈峻、陶家龙、孙淑娟
来源：有投稿、寻求报道意向技术人请联络 editor@51cto.com
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