An analysis of popularity biases in recommender system evaluation and algorithms

Abstract

Tesis doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Escuela Politécnica Superior, Departamento de Ingeniería Informática. Fecha de Lectura: 03-10-2019Las tecnologías de recomendación han ido progresivamente extendiendo su presencia en las aplicaciones y servicios de uso diario. Los sistemas de recomendación buscan realizar sugerencias individualizadas de productos u opciones que los usuarios puedan encontrar interesantes o útiles. Implícita en el concepto de recomendación está la idea de que las sugerencias más satisfactorias para cada usuario son aquellas que tienen en cuenta sus gustos particulares, por lo que cabría esperar que los algoritmos de recomendación más eficaces sean los más personalizados. Sin embargo, se ha observado recientemente que recomendar simplemente los productos más populares no resulta una estrategia mucho peor que los mejores y más sofisticados algoritmos personalizados, y más aún, que estos tienden a sesgar sus recomendaciones hacia opciones mayoritarias. Por todo ello, es rele-vante entender en qué medida y bajo qué circunstancias es la popularidad una señal real-mente efectiva a la hora de recomendar, y si su aparente efectividad se debe a la existencia de ciertos sesgos en las metodologías de evaluación offline actuales, como todo parece indicar, o no. En esta tesis abordamos esta cuestión desde un punto de vista plenamente formal, identificando los factores que pueden determinar la respuesta y modelizándolos en térmi-nos de dependencias probabilísticas entre variables aleatorias, tales como la votación, el descubrimiento y la relevancia. De esta forma, caracterizamos situaciones concretas que garantizan que la popularidad sea efectiva o que no lo sea, y establecemos las condiciones bajo las cuales pueden existir contradicciones entre el acierto observado y el real. Las principales conclusiones hacen referencia a escenarios simplificados prototípicos, más allá de los cuales el análisis formal concluye que cualquier resultado es posible. Para profun-dizar en el escenario general sin suposiciones tan simplificadas, estudiamos un caso parti-cular donde el descubrimiento de ítems es consecuencia de la interacción entre usuarios en una red social. Además, en esta tesis proporcionamos una explicación formal del sesgo de populari-dad que presentan los algoritmos de filtrado colaborativo. Para ello, desarrollamos una versión probabilística del algoritmo de vecinos próximos kNN. Dicha versión evidencia además la condición fundamental que hace que kNN produzca recomendaciones perso-nalizadas y se diferencie de la popularidad pura