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基于用户的协同过滤推荐算法实现（Java电商平台）

news 来源：原创 2025/6/14 7:39:27

在电商平台中，基于用户的协同过滤推荐算法是一种常见的推荐系统方法。它通过分析用户之间的相似性来推荐商品。以下是一个简单的实现思路和示例代码，使用Java语言。

实现思路

数据准备：收集用户的评分数据，通常以用户-商品评分矩阵的形式存储。
计算相似度：使用余弦相似度或皮尔逊相关系数等方法计算用户之间的相似度。
生成推荐：根据相似用户的评分，预测目标用户对未评分商品的评分，并进行推荐。

1. 算法核心思想

基于用户的协同过滤通过以下步骤工作：

计算用户之间的相似度
找到与目标用户最相似的K个用户
根据这些相似用户的喜好预测目标用户可能喜欢的商品
推荐预测评分最高的N个商品

2.Java实现代码

import java.util.*;public class UserBasedCF {// 用户-商品评分矩阵private Map<Integer, Map<Integer, Double>> userItemRatingMatrix;// 用户相似度矩阵private Map<Integer, Map<Integer, Double>> userSimilarityMatrix;// 商品-用户倒排表private Map<Integer, Set<Integer>> itemUserInverseTable;public UserBasedCF() {userItemRatingMatrix = new HashMap<>();userSimilarityMatrix = new HashMap<>();itemUserInverseTable = new HashMap<>();}/*** 添加用户评分数据* @param userId 用户ID* @param itemId 商品ID* @param rating 评分*/public void addRating(int userId, int itemId, double rating) {// 添加到用户-商品矩阵userItemRatingMatrix.putIfAbsent(userId, new HashMap<>());userItemRatingMatrix.get(userId).put(itemId, rating);// 添加到商品-用户倒排表itemUserInverseTable.putIfAbsent(itemId, new HashSet<>());itemUserInverseTable.get(itemId).add(userId);}/*** 计算用户之间的相似度（使用皮尔逊相关系数）*/public void calculateUserSimilarities() {// 获取所有用户列表Set<Integer> users = userItemRatingMatrix.keySet();for (int u1 : users) {userSimilarityMatrix.putIfAbsent(u1, new HashMap<>());Map<Integer, Double> u1Ratings = userItemRatingMatrix.get(u1);for (int u2 : users) {if (u1 == u2) continue;Map<Integer, Double> u2Ratings = userItemRatingMatrix.get(u2);// 计算两个用户的共同评分商品Set<Integer> commonItems = new HashSet<>(u1Ratings.keySet());commonItems.retainAll(u2Ratings.keySet());if (commonItems.size() < 2) {// 共同评分商品太少，相似度为0userSimilarityMatrix.get(u1).put(u2, 0.0);continue;}// 计算皮尔逊相关系数double sum1 = 0, sum2 = 0;double sum1Sq = 0, sum2Sq = 0;double pSum = 0;for (int item : commonItems) {double r1 = u1Ratings.get(item);double r2 = u2Ratings.get(item);sum1 += r1;sum2 += r2;sum1Sq += Math.pow(r1, 2);sum2Sq += Math.pow(r2, 2);pSum += r1 * r2;}int n = commonItems.size();double num = pSum - (sum1 * sum2 / n);double den = Math.sqrt((sum1Sq - Math.pow(sum1, 2) / n) * (sum2Sq - Math.pow(sum2, 2) / n));double sim = (den == 0) ? 0 : num / den;userSimilarityMatrix.get(u1).put(u2, sim);}}}/*** 为目标用户推荐商品* @param userId 目标用户ID* @param k 相似用户数量* @param n 推荐商品数量* @return 推荐商品ID列表*/public List<Integer> recommendItems(int userId, int k, int n) {if (!userItemRatingMatrix.containsKey(userId)) {return Collections.emptyList();}// 获取目标用户已评分的商品Set<Integer> ratedItems = userItemRatingMatrix.get(userId).keySet();// 获取相似用户并按相似度排序List<Map.Entry<Integer, Double>> similarUsers = new ArrayList<>(userSimilarityMatrix.get(userId).entrySet());similarUsers.sort((a, b) -> b.getValue().compareTo(a.getValue()));// 取前k个相似用户if (similarUsers.size() > k) {similarUsers = similarUsers.subList(0, k);}// 计算推荐商品的预测评分Map<Integer, Double> itemPredictions = new HashMap<>();for (Map.Entry<Integer, Double> entry : similarUsers) {int similarUser = entry.getKey();double similarity = entry.getValue();// 获取相似用户评过但目标用户未评的商品Map<Integer, Double> similarUserRatings = userItemRatingMatrix.get(similarUser);for (Map.Entry<Integer, Double> ratingEntry : similarUserRatings.entrySet()) {int item = ratingEntry.getKey();if (!ratedItems.contains(item)) {double rating = ratingEntry.getValue();// 加权评分itemPredictions.merge(item, similarity * rating, Double::sum);}}}// 对预测评分进行归一化处理for (Map.Entry<Integer, Double> entry : similarUsers) {int similarUser = entry.getKey();double similarity = entry.getValue();Map<Integer, Double> similarUserRatings = userItemRatingMatrix.get(similarUser);for (int item : itemPredictions.keySet()) {if (similarUserRatings.containsKey(item)) {itemPredictions.put(item, itemPredictions.get(item) / Math.abs(similarity));}}}// 按预测评分排序并返回前n个商品List<Map.Entry<Integer, Double>> sortedItems = new ArrayList<>(itemPredictions.entrySet());sortedItems.sort((a, b) -> b.getValue().compareTo(a.getValue()));List<Integer> recommendations = new ArrayList<>();for (int i = 0; i < Math.min(n, sortedItems.size()); i++) {recommendations.add(sortedItems.get(i).getKey());}return recommendations;}// 测试代码public static void main(String[] args) {UserBasedCF recommender = new UserBasedCF();// 模拟用户评分数据recommender.addRating(1, 101, 5.0);recommender.addRating(1, 102, 3.0);recommender.addRating(1, 103, 2.5);recommender.addRating(2, 101, 2.0);recommender.addRating(2, 102, 2.5);recommender.addRating(2, 103, 5.0);recommender.addRating(2, 104, 2.0);recommender.addRating(3, 101, 2.5);recommender.addRating(3, 104, 4.0);recommender.addRating(3, 105, 4.5);recommender.addRating(3, 107, 5.0);recommender.addRating(4, 101, 5.0);recommender.addRating(4, 103, 3.0);recommender.addRating(4, 104, 4.5);recommender.addRating(4, 106, 4.0);recommender.addRating(4, 107, 2.0);// 计算用户相似度recommender.calculateUserSimilarities();// 为用户1推荐2个商品List<Integer> recommendations = recommender.recommendItems(1, 2, 2);System.out.println("为用户1推荐的商品: " + recommendations);}
}

3. 代码说明

数据结构:
- userItemRatingMatrix: 存储用户对商品的评分
- userSimilarityMatrix: 存储用户之间的相似度
- itemUserInverseTable: 商品到用户的倒排表，加速计算
核心方法:
- addRating(): 添加用户评分数据
- calculateUserSimilarities(): 计算用户相似度(使用皮尔逊相关系数)
- recommendItems(): 为目标用户生成推荐列表
推荐过程:
- 找到与目标用户最相似的K个用户
- 收集这些相似用户评价过但目标用户未评价的商品
- 计算这些商品的预测评分(加权平均)
- 返回评分最高的N个商品作为推荐