mahout算法源码分析之Itembased Collaborative Filtering（一）PreparePreferenceMatrixJob

Mahout版本：0.7，hadoop版本：1.0.4，jdk：1.7.0_25 64bit。

本篇分析RecommenderJob的源码，这个类也是继承了AbstractJob，所以也会覆写其run方法，点开这个run方法，可以看到和其他的job类都一样，刚开始都是基本参数的默认值设置和获取；然后到了第一个job，在这个job之前有一个shouldRunNextPhase()函数，点开这个函数看到下面的源码：

protected static boolean shouldRunNextPhase(Map<String, List<String>> args, AtomicInteger currentPhase) {
    int phase = currentPhase.getAndIncrement();
    String startPhase = getOption(args, "--startPhase");
    String endPhase = getOption(args, "--endPhase");
    boolean phaseSkipped = (startPhase != null && phase < Integer.parseInt(startPhase))
        || (endPhase != null && phase > Integer.parseInt(endPhase));
    if (phaseSkipped) {
      log.info("Skipping phase {}", phase);
    }
    return !phaseSkipped;
  }

其中phase是获取当前的phase值的，关于phase的相关概念可以参考： mahout中phase的含义，这里可以看到主要是根据phase和startPhase、endPhase的值做比较，然后返回true或者false，因为在实战中是按默认值的（startPhase和endPhase都没有设置），所以RecommenderJob中的这个函数都是返回true的。

看第一个job的调用：

if (shouldRunNextPhase(parsedArgs, currentPhase)) {
      ToolRunner.run(getConf(), new PreparePreferenceMatrixJob(), new String[]{
              "--input", getInputPath().toString(),
              "--output", prepPath.toString(),
              "--maxPrefsPerUser", String.valueOf(maxPrefsPerUserInItemSimilarity),
              "--minPrefsPerUser", String.valueOf(minPrefsPerUser),
              "--booleanData", String.valueOf(booleanData),
              "--tempDir", getTempPath().toString()});

      numberOfUsers = HadoopUtil.readInt(new Path(prepPath, PreparePreferenceMatrixJob.NUM_USERS), getConf());
    }

这里看到调用的job主类是PreparePreferenceMatrixJob，然后这个job的输入参数有输入、出、maxPrefsPerUser、minPrefsPerUser、booleanData、tempDir。那么就打开主类PreparePreferenceMatrixJob，来看看。这个PreparePreferenceMatrixJob同样实现了AbstractJob类，那么直接看run方法吧。在run中的参数设置里有一个ratingShift，这个在调用的时候没有使用，所以按照默认，设置为0.0。大致浏览一下发现一共有三个prepareJob，所以这个主类会产生3个job。下面来一个个来看：

（1）//convert items to an internal index

Job itemIDIndex = prepareJob(getInputPath(), getOutputPath(ITEMID_INDEX), TextInputFormat.class,
            ItemIDIndexMapper.class, VarIntWritable.class, VarLongWritable.class, ItemIDIndexReducer.class,
            VarIntWritable.class, VarLongWritable.class, SequenceFileOutputFormat.class);

输入格式：userid，itemid，value

先看mapper：

protected void map(LongWritable key,
                     Text value,
                     Context context) throws IOException, InterruptedException {
    String[] tokens = TasteHadoopUtils.splitPrefTokens(value.toString());
    long itemID = Long.parseLong(tokens[transpose ? 0 : 1]);
    int index = TasteHadoopUtils.idToIndex(itemID);
    context.write(new VarIntWritable(index), new VarLongWritable(itemID));
  }

在map中，首先获得itemID，在tokens中tokens[1]即是itemID了，至于当transpose为true的时候就要选择tokens[0]作为itemID这个应该是其他的应用吧，由于在调用的时候没有设置这个参数，所以这里按照默认值为false，所以选择tokens[1]作为itemID。然后看到index和itemID的转换使用的是TasteHadoopUtils.idToIndex()函数，看到这个函数返回的是return 0x7FFFFFFF & Longs.hashCode(id);所以当这个数在int可以表示的数范围内（小于2147483647）时候就会返回这个数本身了，比如实战中的项目101，返回的index也是101。

再看reducer：

protected void reduce(VarIntWritable index,
                        Iterable<VarLongWritable> possibleItemIDs,
                        Context context) throws IOException, InterruptedException {
    long minimumItemID = Long.MAX_VALUE;
    for (VarLongWritable varLongWritable : possibleItemIDs) {
      long itemID = varLongWritable.get();
      if (itemID < minimumItemID) {
        minimumItemID = itemID;
      }
    }
    if (minimumItemID != Long.MAX_VALUE) {
      context.write(index, new VarLongWritable(minimumItemID));
    }
  }

总感觉这里没啥必要，reducer返回的还是101-->101，或者这里应该有什么说法的？

输出文件是ITEMID_INDEX，输出格式<key,value>   :   VarintWritable-->VarLongWritable  

所以这个job就分析完了。

（2）//convert user preferences into a vector per user

Job toUserVectors = prepareJob(getInputPath(), getOutputPath(USER_VECTORS), TextInputFormat.class,
            ToItemPrefsMapper.class, VarLongWritable.class, booleanData ? VarLongWritable.class : EntityPrefWritable.class,
            ToUserVectorsReducer.class, VarLongWritable.class, VectorWritable.class, SequenceFileOutputFormat.class);

输入格式：userid，itemid，value

看mapper：（ToItemPrefsMapper继承ToEntityPrefsMapper，而ToItemPrefsMapper是空的，所以看ToEntityPrefsMapper）

public void map(LongWritable key,
                  Text value,
                  Context context) throws IOException, InterruptedException {
    String[] tokens = DELIMITER.split(value.toString());
    long userID = Long.parseLong(tokens[0]);
    long itemID = Long.parseLong(tokens[1]);
    if (itemKey ^ transpose) {
      // If using items as keys, and not transposing items and users, then users are items!
      // Or if not using items as keys (users are, as usual), but transposing items and users,
      // then users are items! Confused?
      long temp = userID;
      userID = itemID;
      itemID = temp;
    }
    if (booleanData) {
      context.write(new VarLongWritable(userID), new VarLongWritable(itemID));
    } else {
      float prefValue = tokens.length > 2 ? Float.parseFloat(tokens[2]) + ratingShift : 1.0f;
      context.write(new VarLongWritable(userID), new EntityPrefWritable(itemID, prefValue));
    }
  }

这么些代码，最主要的就是最后两句了，一句是求评分值，但是这里的加上ratingShift不知道是干啥的？虽然ratingShift是0.0。最后输出就是userID-->[itemID,prefValue]

再看reducer：

protected void reduce(VarLongWritable userID,
                        Iterable<VarLongWritable> itemPrefs,
                        Context context) throws IOException, InterruptedException {
    Vector userVector = new RandomAccessSparseVector(Integer.MAX_VALUE, 100);
    for (VarLongWritable itemPref : itemPrefs) {
      int index = TasteHadoopUtils.idToIndex(itemPref.get());
      float value = itemPref instanceof EntityPrefWritable ? ((EntityPrefWritable) itemPref).getPrefValue() : 1.0f;
      userVector.set(index, value);
    }

    if (userVector.getNumNondefaultElements() >= minPreferences) {
      VectorWritable vw = new VectorWritable(userVector);
      vw.setWritesLaxPrecision(true);
      context.getCounter(Counters.USERS).increment(1);
      context.write(userID, vw);
    }
  }

首先说下为啥mapper输出的value是EntityPrefWritable，但是这里的Iterable接收的时候使用的是VarLongWritable，因为前者继承后者。然后就是用户所有的评分都写入一个vecotr，使用itemid作为vector的下标，prefValue作为值；最后判断一下，如果vector含有的item个数大于或等于minPreference（这里看出这个参数的意义了吧）就输出，否则不输出。另外，就是设置了一个Counters.USERS计数器，用来统计用户的个数。

这个job的输出为：USER_VECTORS，格式为：<key,value>   :   userid-->vector[itemid:prefValue,itemid:prefValue,...]

随后代码获得了用户的个数：

int numberOfUsers = (int) toUserVectors.getCounters().findCounter(ToUserVectorsReducer.Counters.USERS).getValue();
    HadoopUtil.writeInt(numberOfUsers, getOutputPath(NUM_USERS), getConf());

（3）//build the rating matrix

Job toItemVectors = prepareJob(getOutputPath(USER_VECTORS), getOutputPath(RATING_MATRIX),
            ToItemVectorsMapper.class, IntWritable.class, VectorWritable.class, ToItemVectorsReducer.class,
            IntWritable.class, VectorWritable.class);

输入是第二个job的输出，格式为：<key,value>   :  userid-->vector[itemid:prefValue,itemid:prefValue,...]

先看mapper：

protected void map(VarLongWritable rowIndex, VectorWritable vectorWritable, Context ctx)
      throws IOException, InterruptedException {
    Vector userRatings = vectorWritable.get();

    int numElementsBeforeSampling = userRatings.getNumNondefaultElements();
    userRatings = Vectors.maybeSample(userRatings, sampleSize);
    int numElementsAfterSampling = userRatings.getNumNondefaultElements();

    int column = TasteHadoopUtils.idToIndex(rowIndex.get());
    VectorWritable itemVector = new VectorWritable(new RandomAccessSparseVector(Integer.MAX_VALUE, 1));
    itemVector.setWritesLaxPrecision(true);

    Iterator<Vector.Element> iterator = userRatings.iterateNonZero();
    while (iterator.hasNext()) {
      Vector.Element elem = iterator.next();
      itemVector.get().setQuick(column, elem.get());
      ctx.write(new IntWritable(elem.index()), itemVector);
    }

    ctx.getCounter(Elements.USER_RATINGS_USED).increment(numElementsAfterSampling);
    ctx.getCounter(Elements.USER_RATINGS_NEGLECTED).increment(numElementsBeforeSampling - numElementsAfterSampling);
  }

其中的userRatings = Vectors.maybeSample(userRatings, sampleSize);函数，由于sampleSize没有设置，所以取到的数是Integer的最大值，那么maybeSample就会返回原始值，vector中的非默认项的个数肯定是小于Integer的最大值的：

public static Vector maybeSample(Vector original, int sampleSize) {
    if (original.getNumNondefaultElements() <= sampleSize) {
      return original;
    }
    Vector sample = original.like();
    Iterator<Vector.Element> sampledElements =
        new FixedSizeSamplingIterator<Vector.Element>(sampleSize, original.iterateNonZero());
    while (sampledElements.hasNext()) {
      Vector.Element elem = sampledElements.next();
      sample.setQuick(elem.index(), elem.get());
    }
    return sample;
  }

map函数中column就是userid，然后输出是elem.index()就是itemID，而itemVector.get().setQuick(column, elem.get())其实就是设置itemVecotor为[userID:prefValue]的格式，这样的话mapper输出就是 itemID-->vector[userID:prefValue]；同时还有两个计数器，因为numElementsBeforeSampling - numElementsAfterSampling=0，所以计数器Elements.USER_RATINGS_NEGLECTED就一直是零。

再看reducer：

  

protected void reduce(IntWritable row, Iterable<VectorWritable> vectors, Context ctx)
      throws IOException, InterruptedException {
    VectorWritable vectorWritable = VectorWritable.merge(vectors.iterator());
    vectorWritable.setWritesLaxPrecision(true);
    ctx.write(row, vectorWritable);
  }

merge函数就是把mapper的输出变换成下面的形式：itemID-->vector[userID:prefValue，userID:prefVlaue,...]；

所以这个job的输出是：RATING_MATRIX，格式为：<key,value>   :   itemID-->vector[userID:prefValue，userID:prefVlaue,...]；

额 ，好吧，那个sampleSize是有值的，而非默认的Integer的最大值：

if (hasOption("maxPrefsPerUser")) {
      int samplingSize = Integer.parseInt(getOption("maxPrefsPerUser"));
      toItemVectors.getConfiguration().setInt(ToItemVectorsMapper.SAMPLE_SIZE, samplingSize);
    }

这个值也是可以设置的，所以现在你知道maxPrefsPerUser的值的用处了。但是这个值的默认是100，实战总的item才7，所以numElementsBeforeSampling - numElementsAfterSampling=0不变。

好了，这个job也分析完了。

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