Bias characterization, assessment, and mitigation in location-based recommender systems

Location-Based Social Networks stimulated the rise of services such as Location-based Recommender Systems. These systems suggest to users points of interest (or venues) to visit when they arrive in a specific city or region. These recommendations impact various stakeholders in society, like the users who receive the recommendations and venue owners. Hence, if a recommender generates biased or polarized results, this affects in tangible ways both the experience of the users and the providers’ activities. In this paper, we focus on four forms of polarization, namely venue popularity, category popularity, venue exposure, and geographical distance. We characterize them on different families of recommendation algorithms when using a realistic (temporal-aware) offline evaluation methodology while assessing their existence. Besides, we propose two automatic approaches to mitigate those biases. Experimental results on real-world data show that these approaches are able to jointly improve the recommendation effectiveness, while alleviating these multiple polarizationsOpen Access funding provided thanks to the CRUE-CSIC agreement with Springer Nature. This work has been funded by the Ministerio de Ciencia e Innovación (reference PID2019-108965GB-I00) and by the European Social Fund (ESF), within the 2017 call for predoctoral contract

Considering temporal aspects in recommender systems: a survey

Under embargo until: 2023-07-04The widespread use of temporal aspects in user modeling indicates their importance, and their consideration showed to be highly effective in various domains related to user modeling, especially in recommender systems. Still, past and ongoing research, spread over several decades, provided multiple ad-hoc solutions, but no common understanding of the issue. There is no standardization and there is often little commonality in considering temporal aspects in different applications. This may ultimately lead to the problem that application developers define ad-hoc solutions for their problems at hand, sometimes missing or neglecting aspects that proved to be effective in similar cases. Therefore, a comprehensive survey of the consideration of temporal aspects in recommender systems is required. In this work, we provide an overview of various time-related aspects, categorize existing research, present a temporal abstraction and point to gaps that require future research. We anticipate this survey will become a reference point for researchers and practitioners alike when considering the potential application of temporal aspects in their personalized applications.acceptedVersio

Applying reranking strategies to route recommendation using sequence-aware evaluation

Venue recommendation approaches have become particularly useful nowadays due to the increasing number of users registered in location-based social networks (LBSNs), applications where it is possible to share the venues someone has visited and establish connections with other users in the system. Besides, the venue recommendation problem has certain characteristics that differ from traditional recommendation, and it can also benefit from other contextual aspects to not only recommend independent venues, but complete routes or venue sequences of related locations. Hence, in this paper, we investigate the problem of route recommendation under the perspective of generating a sequence of meaningful locations for the users, by analyzing both their personal interests and the intrinsic relationships between the venues. We divide this problem into three stages, proposing general solutions to each case: First, we state a general methodology to derive user routes from LBSNs datasets that can be applied in as many scenarios as possible; second, we define a reranking framework that generate sequences of items from recommendation lists using different techniques; and third, we propose an evaluation metric that captures both accuracy and sequentiality at the same time. We report our experiments on several LBSNs datasets and by means of different recommendation quality metrics and algorithms. As a result, we have found that classical recommender systems are comparable to specifically tailored algorithms for this task, although exploiting the temporal dimension, in general, helps on improving the performance of these techniques; additionally, the proposed reranking strategies show promising results in terms of finding a trade-off between relevance, sequentiality, and distance, essential dimensions in both venue and route recommendation tasksThis work has been funded by the Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (reference: TIN2016-80630-P) and by the European Social Fund (ESF), within the 2017 call for predoctoral contract

Eliciting Touristic Profiles: A User Study on Picture Collections

Eliciting the preferences and needs of tourists is challenging, since people often have difficulties to explicitly express them, especially in the initial phase of travel planning. Recommender systems employed at the early stage of planning can therefore be very beneficial to the general satisfaction of a user. Previous studies have explored pictures as a tool of communication and as a way to implicitly deduce a traveller's preferences and needs. In this paper, we conduct a user study to verify previous claims and conceptual work on the feasibility of modelling travel interests from a selection of a user's pictures. We utilize fine-tuned convolutional neural networks to compute a vector representation of a picture, where each dimension corresponds to a travel behavioural pattern from the traditional Seven-Factor model. In our study, we followed strict privacy principles and did not save uploaded pictures after computing their vector representation. We aggregate the representations of the pictures of a user into a single user representation, i.e., touristic profile, using different strategies. In our user study with 81 participants, we let users adjust the predicted touristic profile and confirm the usefulness of our approach. Our results show that given a collection of pictures the touristic profile of a user can be determined.Comment: Accepted at UMAP 2020 (full paper

Exploring attributes, sequences, and time in Recommender Systems: From classical to Point-of-Interest recommendation

Tesis Doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Escuela Politécnica Superior, Departamento de Ingenieria Informática. Fecha de lectura: 08-07-2021Since the emergence of the Internet and the spread of digital communications throughout the world, the amount of data stored on the Web has been growing exponentially. In this new digital era, a large number of companies have emerged with the purpose of ltering the information available on the web and provide users with interesting items. The algorithms and models used to recommend these items are called Recommender Systems. These systems are applied to a large number of domains, from music, books, or movies to dating or Point-of-Interest (POI), which is an increasingly popular domain where users receive recommendations of di erent places when they arrive to a city. In this thesis, we focus on exploiting the use of contextual information, especially temporal and sequential data, and apply it in novel ways in both traditional and Point-of-Interest recommendation. We believe that this type of information can be used not only for creating new recommendation models but also for developing new metrics for analyzing the quality of these recommendations. In one of our rst contributions we propose di erent metrics, some of them derived from previously existing frameworks, using this contextual information. Besides, we also propose an intuitive algorithm that is able to provide recommendations to a target user by exploiting the last common interactions with other similar users of the system. At the same time, we conduct a comprehensive review of the algorithms that have been proposed in the area of POI recommendation between 2011 and 2019, identifying the common characteristics and methodologies used. Once this classi cation of the algorithms proposed to date is completed, we design a mechanism to recommend complete routes (not only independent POIs) to users, making use of reranking techniques. In addition, due to the great di culty of making recommendations in the POI domain, we propose the use of data aggregation techniques to use information from di erent cities to generate POI recommendations in a given target city. In the experimental work we present our approaches on di erent datasets belonging to both classical and POI recommendation. The results obtained in these experiments con rm the usefulness of our recommendation proposals, in terms of ranking accuracy and other dimensions like novelty, diversity, and coverage, and the appropriateness of our metrics for analyzing temporal information and biases in the recommendations producedDesde la aparici on de Internet y la difusi on de las redes de comunicaciones en todo el mundo, la cantidad de datos almacenados en la red ha crecido exponencialmente. En esta nueva era digital, han surgido un gran n umero de empresas con el objetivo de ltrar la informaci on disponible en la red y ofrecer a los usuarios art culos interesantes. Los algoritmos y modelos utilizados para recomendar estos art culos reciben el nombre de Sistemas de Recomendaci on. Estos sistemas se aplican a un gran n umero de dominios, desde m usica, libros o pel culas hasta las citas o los Puntos de Inter es (POIs, en ingl es), un dominio cada vez m as popular en el que los usuarios reciben recomendaciones de diferentes lugares cuando llegan a una ciudad. En esta tesis, nos centramos en explotar el uso de la informaci on contextual, especialmente los datos temporales y secuenciales, y aplicarla de forma novedosa tanto en la recomendaci on cl asica como en la recomendaci on de POIs. Creemos que este tipo de informaci on puede utilizarse no s olo para crear nuevos modelos de recomendaci on, sino tambi en para desarrollar nuevas m etricas para analizar la calidad de estas recomendaciones. En una de nuestras primeras contribuciones proponemos diferentes m etricas, algunas derivadas de formulaciones previamente existentes, utilizando esta informaci on contextual. Adem as, proponemos un algoritmo intuitivo que es capaz de proporcionar recomendaciones a un usuario objetivo explotando las ultimas interacciones comunes con otros usuarios similares del sistema. Al mismo tiempo, realizamos una revisi on exhaustiva de los algoritmos que se han propuesto en el a mbito de la recomendaci o n de POIs entre 2011 y 2019, identi cando las caracter sticas comunes y las metodolog as utilizadas. Una vez realizada esta clasi caci on de los algoritmos propuestos hasta la fecha, dise~namos un mecanismo para recomendar rutas completas (no s olo POIs independientes) a los usuarios, haciendo uso de t ecnicas de reranking. Adem as, debido a la gran di cultad de realizar recomendaciones en el ambito de los POIs, proponemos el uso de t ecnicas de agregaci on de datos para utilizar la informaci on de diferentes ciudades y generar recomendaciones de POIs en una determinada ciudad objetivo. En el trabajo experimental presentamos nuestros m etodos en diferentes conjuntos de datos tanto de recomendaci on cl asica como de POIs. Los resultados obtenidos en estos experimentos con rman la utilidad de nuestras propuestas de recomendaci on en t erminos de precisi on de ranking y de otras dimensiones como la novedad, la diversidad y la cobertura, y c omo de apropiadas son nuestras m etricas para analizar la informaci on temporal y los sesgos en las recomendaciones producida

Metric Optimization and Mainstream Bias Mitigation in Recommender Systems

The first part of this thesis focuses on maximizing the overall recommendation accuracy. This accuracy is usually evaluated with some user-oriented metric tailored to the recommendation scenario, but because recommendation is usually treated as a machine learning problem, recommendation models are trained to maximize some other generic criteria that does not necessarily align with the criteria ultimately captured by the user-oriented evaluation metric. Recent research aims at bridging this gap between training and evaluation via direct ranking optimization, but still assumes that the metric used for evaluation should also be the metric used for training. We challenge this assumption, mainly because some metrics are more informative than others. Indeed, we show that models trained via the optimization of a loss inspired by Rank-Biased Precision (RBP) tend to yield higher accuracy, even when accuracy is measured with metrics other than RBP. However, the superiority of this RBP-inspired loss stems from further benefiting users who are already well-served, rather than helping those who are not. This observation inspires the second part of this thesis, where our focus turns to helping non-mainstream users. These are users who are difficult to recommend to either because there is not enough data to model them, or because they have niche taste and thus few similar users to look at when recommending in a collaborative way. These differences in mainstreamness introduce a bias reflected in an accuracy gap between users or user groups, which we try to narrow.Comment: PhD Thesis defended on Nov 14, 202

Personality-based recommendation: human curiosity applied to recommendation systems using implicit information from social networks

Tesis por compendioEn el día a día, las personas suelen confiar en recomendaciones, tradicionalmente aportadas por otras personas (familia, amigos, etc.) para sus decisiones más variadas. En el mundo digital esto no es diferente, dado que los sistemas de recomendación están presentes en todas partes y de modo transparente. El principal objetivo de estos sistemas es el de ayudar en el proceso de toma de decisiones, generando recomendaciones de su interés y basadas en sus gustos. Dichas recomendaciones van desde productos en sitios web de comercio electrónico, como libros o lugares a visitar, además de qué comer o cuánto tiempo uno debe caminar al día para tener una vida sana, con quién salir o a quién seguir en las redes sociales. Esta es un área en ascensión. Por un lado, tenemos cada vez más usuarios en internet cuya vida está digitalizada, dado que lo que se hace en el "mundo real" está representado en cierto modo en el "mundo digital". Por otro lado, sufrimos una sobrecarga de información, que puede mitigarse mediante el uso de un sistema de recomendación. Sin embargo, estos sistemas también enfrentan algunos problemas, como el problema del arranque en frío y su necesidad de ser cada vez más "humanos", "personalizados" y "precisos" para satisfacer las exigencias de usuarios y empresas. En este desafiante escenario, los sistemas de recomendación basados en la personalidad se están estudiando cada vez más, ya que son capaces de enfrentar esos problemas. Algunos proyectos recientes proponen el uso de la personalidad humana en los recomendadores, ya sea en su conjunto o individualmente por rasgos. Esta tesis está dedicada a este nuevo área de recomendación basada en la personalidad, centrándose en uno de sus rasgos más importantes, la curiosidad. Además, para explotar la información ya existente en internet, obtendremos de forma implícita información de las redes sociales. Por lo tanto, este trabajo tiene como objetivo proporcionar una mejor experiencia al usuario final a través de un nuevo enfoque que ofrece una alternativa a algunos de los retos identificados en los sistemas de recomendación basados en la personalidad. Entre estas mejoras, el uso de las redes sociales para alimentar los sistemas de recomendación reduce el problema del arranque en frío y, al mismo tiempo, proporciona datos valiosos para la predicción de la personalidad humana. Por otro lado, la curiosidad no ha sido utilizada por ninguno de los sistemas de recomendación estudiados; casi todos han usado la personalidad general de un individuo a través de los Cinco Grandes rasgos de la personalidad. Sin embargo, los estudios psicológicos confirman que la curiosidad es un rasgo relevante en el proceso de elegir un item, cuestión directamente relacionada con los sistemas de recomendación. En resumen, creemos que un sistema de recomendación que mida implícitamente la curiosidad y la utilice en el proceso de recomendar nuevos ítems, especialmente en el sector turístico, podría claramente mejorar la capacidad de estos sistemas en términos de precisión, serendipidad y novedad, permitiendo a los usuarios obtener niveles positivos de satisfacción con las recomendaciones. Esta tesis realiza un estudio exhaustivo del estado del arte, donde destacamos trabajos sobre sistemas de recomendación, la personalidad humana desde el punto de vista de la psicología tradicional y positiva y finalmente cómo se combinan ambos aspectos. Luego, desarrollamos una aplicación en línea capaz de extraer implícitamente información del perfil de usuario en una red social, generando predicciones de uno o más rasgos de su personalidad. Finalmente, desarrollamos el sistema CURUMIM, capaz de generar recomendaciones en línea con diferentes propiedades, combinando la curiosidad y algunas características sociodemográficas (como el nivel de educación) extraídas de Facebook. El sistema ha sido probado y evaluado en el contexto turístico por usuarios rEn el dia a dia, les persones solen confiar en recomanacions, tradicionalment aportades per altres persones (família, amics, etc.) per a les seues decisions més variades. En el món digital això no és diferent, atès que els sistemes de recomanació estan presents a tot arreu i de manera transparent. El principal objectiu d'aquests sistemes és el d'ajudar en el procés de presa de decisions, generant recomanacions del seu interès i basades en els seus gustos. Aquestes recomanacions van des de productes en pàgines web de comerç electrònic, com a llibres o llocs a visitar, a més de què menjar o quant temps una persona ha de caminar al dia per a tindre una vida sana, amb qui eixir o a qui seguir en les xarxes socials. Aquesta és una àrea en ascensió. D'una banda, tenim cada vegada més usuaris en internet la vida de les quals està digitalitzada, atès que el que es fa en el "món real" està representat en certa manera en el "món digital". D'altra banda, patim una sobrecàrrega d'informació, que pot mitigar-se mitjançant l'ús d'un sistema de recomanació. No obstant això, aquests sistemes també enfronten alguns problemes, com el problema de l'arrencada en fred i la seua necessitat de ser cada vegada més "humans", "personalitzats" i "precisos" per a satisfer les exigències d'usuaris i empreses. En aquest desafiador escenari, els sistemes de recomanació basats en la personalitat s'estan estudiant cada vegada més, ja que són capaços d'enfrontar eixos problemes. Alguns projectes recents proposen l'ús de la personalitat humana en els recomendadors, ja siga en el seu conjunt o individualment per trets. Aquesta tesi està dedicada a aquest nou àrea de recomanació basada en la personalitat, centrant-se en un dels seus trets més importants, la curiositat. A més, per a explotar la informació ja existent en internet, obtindrem de forma implícita informació de les xarxes socials. Per tant, aquest treball té com a objectiu proporcionar una millor experiència a l'usuari final a través d'un nou enfocament que ofereix una alternativa a alguns dels reptes identificats en els sistemes de recomanació basats en la personalitat. Entre aquestes millores, l'ús de les xarxes socials per a alimentar els sistemes de recomanació redueix el problema de l'arrencada en fred i, al mateix temps, proporciona dades valuoses per a la predicció de la personalitat humana. D'altra banda, la curiositat no ha sigut utilitzada per cap dels sistemes de recomanació estudiats; quasi tots han usat la personalitat general d'un individu a través dels Cinc Grans trets de la personalitat. No obstant això, els estudis psicològics confirmen que la curiositat és un tret rellevant en el procés de triar un item, qüestió directament relacionada amb els sistemes de recomanació. En resum, creiem que un sistema de recomanació que mesure implícitament la curiositat i la utilitze en el procés de recomanar nous ítems, especialment en el sector turístic, podria clarament millorar la capacitat d'aquests sistemes en termes de precisió, sorpresa i novetat, permetent als usuaris obtindre nivells positius de satisfacció amb les recomanacions. Aquesta tesi realitza un estudi exhaustiu de l'estat de l'art, on destaquem treballs sobre sistemes de recomanació, la personalitat humana des del punt de vista de la psicologia tradicional i positiva i finalment com es combinen tots dos aspectes. Després, desenvolupem una aplicació en línia capaç d'extraure implícitament informació del perfil d'usuari en una xarxa social, generant prediccions d'un o més trets de la seua personalitat. Finalment, desenvolupem el sistema CURUMIM, capaç de generar recomanacions en línia amb diferents propietats, combinant la curiositat i algunes característiques sociodemogràfiques (com el nivell d'educació) extretes de Facebook. El sistema ha sigut provat i avaluat en el context turístic per usuaris reals. Els resultats demostren la seua capacitat perIn daily life, people usually rely on recommendations, traditionally given by other people (family, friends, etc.) for their most varied decisions. In the digital world, this is not different, given that recommender systems are present everywhere in such a way that we no longer realize. The main goal of these systems is to assist users in the decision-making process, generating recommendations that are of their interest and based on their tastes. These recommendations range from products in e-commerce websites, like books to read or places to visit to what to eat or how long one should walk a day to have a healthy life, who to date or who one should follow on social networks. And this is an increasing area. On the one hand, we have more and more users on the internet whose life is somewhat digitized, given than what one does in the "real world" is represented in a certain way in the "digital world". On the other hand, we suffer from information overload, which can be mitigated by the use of recommendation systems. However, these systems also face some problems, such as the cold start problem and their need to be more and more "human", "personalised" and "precise" in order to meet the yearning of users and companies. In this challenging scenario, personality-based recommender systems are being increasingly studied, since they are able to face these problems. Some recent projects have proposed the use of the human personality in recommenders, whether as a whole or individually by facet in order to meet those demands. Therefore, this thesis is devoted to this new area of personality-based recommendation, focusing on one of its most important traits, the curiosity. Additionally, in order to exploit the information already present on the internet, we will implicitly obtain information from social networks. Thus, this work aims to build a better experience for the end user through a new approach that offers an option for some of the gaps identified in personality-based recommendation systems. Among these gap improvements, the use of social networks to feed the recommender systems soften the cold start problem and, at the same time, it provides valuable data for the prediction of the human personality. Another found gap is that the curiosity was not used by any of the studied recommender systems; almost all of them have used the overall personality of an individual through the Big Five personality traits. However, psychological studies confirm that the curiosity is a relevant trait in the process of choosing an item, which is directly related to recommendation systems. In summary, we believe that a recommendation system that implicitly measures the curiosity and uses it in the process of recommending new items, especially in the tourism sector, could clearly improve the capacity of these systems in terms of accuracy, serendipity and novelty, allowing users to obtain positive levels of satisfaction with the recommendations. This thesis begins with an exhaustive study of the state of the art, where we highlight works about recommender systems, the human personality from the point of view of traditional and positive psychology and how these aspects are combined. Then, we develop an online application capable of implicitly extracting information from the user profile in a social network, thus generating predictions of one or more personality traits. Finally, we develop the CURUMIM system, able to generate online recommendations with different properties, combining the curiosity and some sociodemographic characteristics (such as level of education) extracted from Facebook. The system is tested and assessed within the tourism context by real users. The results demonstrate its ability to generate novel and serendipitous recommendations, while maintaining a good level of accuracy, independently of the degree of curiosity of the users.Menk Dos Santos, A. (2018). Personality-based recommendation: human curiosity applied to recommendation systems using implicit information from social networks [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/114798TESISCompendi

Estudio de métodos de detección de patrones de movimiento para sistemas de recomendación turístico

El turismo representa una gran fuente de ingresos para muchas ciudades alrededor del mundo, y ha visto multiplicada su popularidad gracias a la facilidad con la que se pueden exponer en internet. En estos tiempos es poco habitual llegar a una nueva ciudad, o incluso a una ya conocida, sin tener una mínima planificación de dónde ir. Es por ello que muchas aplicaciones como FourSquare, dedican gran parte de sus esfuerzos a mostrar de la manera más precisa los lugares de interés más relacionados con los intereses del usuario y ofrecérselos cuando intente planificar una ruta en su viaje o un próximo destino. Este Trabajo de Fin de Grado consiste en utilizar toda la información obtenida de aplicaciones como FourSquare o Yelp, donde los usuarios registran su acceso a una localización, y a partir de esta inferir cómo se desplaza el usuario y con qué otros usuarios comparte trayectorias. Esto nos permitirá encontrar usuarios comunes, no necesariamente conocidos, los cuales se utilizarán para proporcionar recomendaciones más precisas. A lo largo del trabajo se ha estudiado una gran cantidad de algoritmos de análisis de trayectorias, como Flock, Convoy, ST-DBSCAN, Dynamic Time Warping o Hausdorff. Además, se ha propuesto un algoritmo base para tomarlo como referencia. Del mismo modo se han evaluado todos los rendimientos de los algoritmos adaptados al dataset utilizado para tratar de ver cuál encajará mejor en una relación de eficiencia y rendimiento. Todos los resultados obtenidos se han utilizado para crear un recomendador basado en vecinos próximos utilizando las salidas proporcionadas por los diferentes métodos de estudios de trayectorias, comparándolas con las salidas por otros recomendadores sin utilizar estas aproximaciones. Gracias a este estudio, se han publicado dos artículos de investigación cortos en sendas conferencias, reconociendo la novedad de estas aproximaciones. Por último, este trabajo ha permitido abrir un campo de estudio aún muy novedoso dando pie a futuras investigaciones. Se ha comprobado que la aproximación de las recomendaciones mediante el estudio de trayectorias es un ámbito con un gran potencial y abrirá paso a mejores recomendaciones en el futuro