上下文感知下的個(gè)性化旅游推薦系統(tǒng)初探

張偉偉，趙 飛，王 敦

（1.湘潭大學(xué) 旅游管理學(xué)院，湖南 湘潭 411105；2.國家基礎(chǔ)地理信息中心，北京 100830；3.湖北財(cái)稅職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430064）

上下文感知下的個(gè)性化旅游推薦系統(tǒng)初探

張偉偉1，趙 飛2，王 敦3

（1.湘潭大學(xué) 旅游管理學(xué)院，湖南 湘潭 411105；2.國家基礎(chǔ)地理信息中心，北京 100830；3.湖北財(cái)稅職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430064）

為了將用戶感興趣的旅游信息主動(dòng)推薦給用戶，通過引入上下文感知技術(shù)，提出了旅游推薦系統(tǒng)中的上下文模型，借助上下文敏感的地球空間信息服務(wù)設(shè)計(jì)了上下文感知下的個(gè)性化旅游推薦系統(tǒng)的原型架構(gòu)。

上下文感知；個(gè)性化推薦系統(tǒng)；旅游信息服務(wù)；空間信息服務(wù)

普適計(jì)算通過感知顯式或隱式包含在事物間的各種聯(lián)系[1]，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)行為的調(diào)整。存在于事物間的聯(lián)系被稱為上下文，能感知用戶上下文信息進(jìn)而調(diào)整系統(tǒng)行為，稱為上下文感知技術(shù)。其目標(biāo)是將由通信和計(jì)算機(jī)構(gòu)成的信息空間與人們生活和工作的物理空間融為一體，支持用戶“隨時(shí)隨地”并“透明”地獲得符合其個(gè)性化需求的信息服務(wù)，要求計(jì)算設(shè)備能感知用戶所處的環(huán)境及其變化，并做出相應(yīng)動(dòng)作。但是，隨著普適計(jì)算的發(fā)展，用戶不斷被龐大的信息淹沒，人們?cè)趯で笠环N將用戶感興趣的信息主動(dòng)推薦給用戶的服務(wù)模式[2]。

個(gè)性化推薦被認(rèn)為是目前解決信息過載最有效的工具之一。個(gè)性化推薦系統(tǒng)已在很多領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，如網(wǎng)絡(luò)商品推薦、音樂推薦等。此類系統(tǒng)明確（提問）或暗示（挖掘用戶的在線活動(dòng)日志）用戶需求，并提供各種產(chǎn)品和服務(wù)，如前往目的地、興趣點(diǎn)、事件或活動(dòng)等。近年來，研究者設(shè)計(jì)了很多旅游推薦系統(tǒng)，某些已運(yùn)行于主要的旅游門戶網(wǎng)站。但大多數(shù)推薦系統(tǒng)都沒有考慮上下文對(duì)推薦結(jié)果的影響，推薦結(jié)果沒有隨上下文信息的改變而更新，如時(shí)間、位置以及活動(dòng)的參與者等。

1 上下文與個(gè)性化旅游推薦系統(tǒng)

個(gè)性化推薦研究直到20世紀(jì)90年代才被作為一個(gè)獨(dú)立的概念提出來[3]，通過捕捉用戶對(duì)于不同項(xiàng)目的偏好程度來計(jì)算每個(gè)項(xiàng)目的權(quán)重，按分?jǐn)?shù)先后順序推薦給用戶。對(duì)于旅游推薦系統(tǒng)來說，相應(yīng)的項(xiàng)目即為旅游——目的地、路線及相應(yīng)的旅游花銷，例如，Mary去武漢歸元寺旅游的權(quán)重為7(總權(quán)重為10)，那么，就可相應(yīng)設(shè)置為Rtourism(Mary,GuiYuanSi) = 7。這種推薦方式通過用戶顯式操作或系統(tǒng)隱式計(jì)算，在User、Item所組成的一個(gè)二維空間中推薦相應(yīng)的項(xiàng)目。絕大多數(shù)推薦集中在推薦項(xiàng)目給用戶或考慮項(xiàng)目的相應(yīng)用戶群，推薦的項(xiàng)目并沒有考慮到上下文信息。當(dāng)前的旅游推薦系統(tǒng)對(duì)用戶的查詢條件的理解，僅停留在語法或語義層，并沒有達(dá)到語用層。

鑒于此，本文在旅游推薦系統(tǒng)中加入上下文模型，相應(yīng)的推薦權(quán)重公式為[4]：

式中，User和Tourist Contents分別為用戶本體模型和旅游內(nèi)容本體模型；Context為與該旅游推薦系統(tǒng)相關(guān)的上下文信息；Rating為相應(yīng)的權(quán)重。各項(xiàng)具體內(nèi)容如下：

1）User。系統(tǒng)推薦旅游內(nèi)容的用戶，包含用戶的ID、姓名、住址、年齡、性別、專業(yè)、旅游興趣愛好及旅游目的。定義為User(UserID, Name, Address, Age,Gender, Profession, Interest, Tourism purpose)。

2）Tourist Contents。系統(tǒng)所包含的旅游內(nèi)容，包含住宿、餐飲、購物、景點(diǎn)、歷史/文化、節(jié)日/事件、交通運(yùn)輸、氣象、娛樂和位置。定義為Tourist Contents(Accommodation, Food, Shopping, Attractions,History/Culture, Festival/Event, Transportation, Weather,Entertainment and Location)。

3）Context。相關(guān)的上下文信息，包含空間上下文[5]和旅游上下文，具體為：①地理位置，包括用戶當(dāng)前所在的位置、用戶所感興趣的區(qū)域以及區(qū)域的建筑、道路結(jié)構(gòu)等；②時(shí)間，包括當(dāng)前時(shí)間、過去某個(gè)時(shí)間、將來某個(gè)時(shí)間（涉及空間信息的推演）；③天氣狀況，雨天、晴天或多云；④用戶狀態(tài)，年齡、性別、從事領(lǐng)域、興趣、知識(shí)水平、用戶目的以及所使用的交通工具等；⑤設(shè)備環(huán)境，傳感器、接收器；⑥參與者，即同行者，如單獨(dú)出游、朋友、女友/男友、家庭、同事和其他。其本體模型定義為Tourist Context=（identity, state, location, time, companion） ,其中 identity表示上下文信息的來源；state 表示傳感器信息源的狀態(tài)；location 和time 分別是上下文發(fā)生的地點(diǎn)和時(shí)間。通過這種結(jié)構(gòu)，可統(tǒng)一定義空間信息上下文信息。如Marry一個(gè)人乘公交去歸元寺，可表示為：（Marry,Take a bus, GuiYuanSi, Now, Alone）。

上述旅游推薦系統(tǒng)中的空間上下文模型為用戶、旅游內(nèi)容、上下文所組成的三維空間，系統(tǒng)根據(jù)相應(yīng)用戶的文化、年齡、收入等個(gè)人統(tǒng)計(jì)信息以及當(dāng)前的情感狀態(tài)決定其旅游偏好，如果景點(diǎn)信息的呈現(xiàn)正好符合了用戶當(dāng)前的旅游偏好，用戶就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)初步的旅游意圖，然后根據(jù)相應(yīng)的空間上下文——天氣、交通、時(shí)間景觀屬性等，自動(dòng)計(jì)算出旅游項(xiàng)目的權(quán)重推薦給用戶。用戶交互式地選取推薦結(jié)果，系統(tǒng)根據(jù)用戶上下文動(dòng)態(tài)推送空間信息服務(wù)，便于用戶確定旅游線路。

2 原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于旅游推薦系統(tǒng)中的上下文模型，本文借助上下文敏感的地球空間信息服務(wù)[6]設(shè)計(jì)了上下文感知下的個(gè)性化旅游推薦系統(tǒng)的原型架構(gòu)（如圖1所示）。系統(tǒng)分為旅游上下文、上下文感知中間件、推薦服務(wù)模塊、旅游信息服務(wù)模塊以及地球空間信息服務(wù)模塊5個(gè)部分。

圖1 上下文感知下的個(gè)性化旅游推薦系統(tǒng)架構(gòu)圖

各實(shí)體的功能描述如下：

1）旅游上下文，存儲(chǔ)了推薦的多維上下文信息，本文為用戶、旅游內(nèi)容（服務(wù)）、上下文等三維信息。該上下文是和服務(wù)注冊(cè)緊密配合的，當(dāng)服務(wù)提供者在服務(wù)注冊(cè)中心注冊(cè)其服務(wù)時(shí)，服務(wù)上下文會(huì)主動(dòng)分配其上下文屬性。服務(wù)提供者也可在服務(wù)上下文模塊（這里的服務(wù)特指旅游信息）注冊(cè)新的上下文屬性。

2）上下文感知中間件，包括用戶請(qǐng)求分發(fā)、上下文信息管理、服務(wù)注冊(cè)以及相關(guān)地圖服務(wù)推送等。請(qǐng)求分發(fā)記錄用戶的信息及交互操作，相應(yīng)地實(shí)時(shí)改變旅游上下文，并記錄到上下文模型中。上下文管理即管理旅游上下文信息，并對(duì)上下文信息進(jìn)行初步過濾。

3）推薦服務(wù)模塊。一個(gè)完整的推薦系統(tǒng)由3個(gè)部分組成：收集用戶信息的行為記錄模塊, 分析用戶喜好的模型分析模塊和推薦算法模塊。其中, 推薦算法模塊是推薦系統(tǒng)中最為核心的部分。本文采用協(xié)作過濾推薦算法，是目前推薦系統(tǒng)中使用最多的個(gè)性化推薦技術(shù)。該技術(shù)往往被應(yīng)用在電子商務(wù)環(huán)境中為用戶推薦商品信息，沒有對(duì)用戶上下文進(jìn)行定義。在旅游推薦系統(tǒng)中，上下文環(huán)境是動(dòng)態(tài)變化的，用戶的旅游行為也會(huì)因?yàn)榄h(huán)境中上下文信息的變化而發(fā)生改變。本文基于旅游上下文模型，結(jié)合協(xié)作過濾推薦算法，給出個(gè)性化旅游推薦算法的初步設(shè)計(jì)。

4）旅游信息服務(wù)模塊，提供給用戶旅游信息交互界面，并依據(jù)相應(yīng)的推薦服務(wù)，選擇出用戶感興趣的旅游景點(diǎn)及適宜的旅游路線，進(jìn)一步提供用戶交互刷選。

5）地球空間信息服務(wù)模塊。服務(wù)種類為WMS、WFS、WCS和WPS；服務(wù)內(nèi)容為遙感影像、電子地圖、興趣點(diǎn)服務(wù)、空間信息查詢服務(wù)和路徑查詢服務(wù)等。

地球空間信息服務(wù)模塊、上下文感知中間件參考文獻(xiàn)[6]，文章主要探討旅游上下文模型、推薦服務(wù)模塊以及相應(yīng)的旅游信息服務(wù)模塊。

2.1 旅游上下文建模

個(gè)性化旅游推薦系統(tǒng)中的用戶模型不是對(duì)用戶個(gè)體的一般性描述，而是一種面向算法的、具有特定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的、形式化的用戶描述。相應(yīng)地，用戶建模是指從有關(guān)用戶興趣和行為的信息(瀏覽內(nèi)容、瀏覽行為、背景知識(shí)等)中歸納出可計(jì)算的用戶模型的過程。只有在高質(zhì)量的用戶模型的基礎(chǔ)上，才能實(shí)現(xiàn)個(gè)性化信息服務(wù)系統(tǒng)所追求的各種目標(biāo)。用戶模型的表示方法是指用戶的信息需要或興趣如何存儲(chǔ)。用戶模型的表示提供了一種結(jié)構(gòu)化的模型存儲(chǔ)形式，它決定了用戶模型反映用戶真實(shí)信息的能力和可計(jì)算能力，同時(shí)也在一定程度上限制了用戶建模方法的選取。它往往和系統(tǒng)采用的知識(shí)表示方法密切相關(guān)。本文在用戶建模過程中加入上下文信息，對(duì)旅游推薦系統(tǒng)進(jìn)行上下文建模，其模型如圖2所示。

圖2對(duì) User×Tourist Contents×Context三維旅游上下文模型進(jìn)行了說明，用戶維度包含用戶基本信息及旅游偏好等，旅游服務(wù)維度為在系統(tǒng)中注冊(cè)的旅游服務(wù)，具體包括住宿、餐飲、購物、景點(diǎn)、歷史/文化、節(jié)日/事件、交通運(yùn)輸、氣象、娛樂和位置等，上下文維度即為上文所述的Tourist Context模型。系統(tǒng)根據(jù)某個(gè)用戶在特定的上下文推薦相應(yīng)的旅游服務(wù)，其權(quán)重即為R(u,t,c)。

圖2 用戶上下文User×Tourist Contents×Context建模

2.2 個(gè)性化推薦方法

個(gè)性化旅游推薦就是根據(jù)旅游上下文信息，將候選的旅游興趣點(diǎn)及相應(yīng)的旅游線路、其他旅游服務(wù)通過一定的規(guī)則進(jìn)行打分、排序，并結(jié)合空間信息服務(wù)，形成不同粒度的多維信息（空間信息、上下文信息、旅游信息以及多媒體信息）服務(wù)鏈的過程。常用的推薦算法為基于內(nèi)容的推薦算法和協(xié)作過濾推薦算法。協(xié)作過濾推薦[7]是目前推薦系統(tǒng)中使用最多的個(gè)性化推薦技術(shù)，它基于鄰居用戶的評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)得到目標(biāo)用戶的推薦，個(gè)性化程度高。其最大優(yōu)點(diǎn)是對(duì)推薦對(duì)象沒有特殊要求，能處理非結(jié)構(gòu)化的復(fù)雜對(duì)象，如書店、音樂、餐館等。傳統(tǒng)協(xié)作過濾算法流程大體分為4步：首先輸入用戶—服務(wù)評(píng)分矩陣；然后選擇用戶相似性度量方法；再形成最近用戶鄰居集合；最后產(chǎn)生推薦數(shù)據(jù)。

但該技術(shù)沒有對(duì)用戶上下文進(jìn)行定義。將旅游上下文引入到協(xié)作過濾推薦算法中后，原來的二維評(píng)分矩陣變?yōu)橛脩?上下文-旅游服務(wù)三維矩陣（見圖2），使服務(wù)選擇更加復(fù)雜，評(píng)分矩陣更加稀疏，但推薦更加精確。引入上下文相似度后三維協(xié)作過濾推薦模型處理有3種方法（見圖3）：①上下文初過濾，即在給用戶推薦前先根據(jù)當(dāng)前上下文信息對(duì)旅游服務(wù)、空間信息服務(wù)進(jìn)行初次篩選，形成推薦服務(wù)候選集，將三維模型降為二維，然后根據(jù)傳統(tǒng)的協(xié)作過濾算法進(jìn)行推薦；②上下文后過濾，先不考慮上下文信息，根據(jù)用戶—旅游服務(wù)二維矩陣來初步推薦，形成結(jié)果集，再進(jìn)一步用上下文信息過濾，形成基于上下文的推薦服務(wù)；③通過擴(kuò)展二維推薦算法，一開始即把上下文、用戶考慮進(jìn)去，進(jìn)行推薦，該方法算法比較復(fù)雜，但結(jié)果最為精確。

圖3 引入上下文后的3種推薦模式示意圖

2.3 旅游信息服務(wù)

旅游信息服務(wù)，包含用戶交互界面和系統(tǒng)所推薦的旅游服務(wù)內(nèi)容——旅游興趣點(diǎn)、旅行路線以及住宿、餐飲、購物等信息，進(jìn)一步提供用戶交互篩選。

以一位青年男性用戶外出旅行為例，首先用戶登入系統(tǒng)，填寫基本信息及專業(yè)、興趣、旅游目的等，然后收集各類上下文信息并建模，通過上下文感知尋找合適的空間信息服務(wù)、旅游信息服務(wù)；最后結(jié)合用戶—上下文—旅游信息三維矩陣，依據(jù)協(xié)作過濾推薦模型進(jìn)行推薦。該過程中實(shí)時(shí)記錄用戶狀態(tài)及上下文信息，并實(shí)時(shí)推薦旅游信息。主要的網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)要素服務(wù)、路徑查詢服務(wù)（導(dǎo)航服務(wù)）以及坐標(biāo)轉(zhuǎn)化服務(wù)通過請(qǐng)求地球空間信息服務(wù)中間件獲得。

3 結(jié) 語

要實(shí)現(xiàn)旅游信息化，旅游信息共享是最終目標(biāo)[8]。在旅游信息系統(tǒng)的開發(fā)方面，國外側(cè)重于從推薦系統(tǒng)角度來嘗試建立各種旅行信息系統(tǒng)，這些系統(tǒng)一般僅提供一些旅游資源信息的查詢和推薦，并不能提供空間分析功能, 沒有充分利用GIS技術(shù)；國內(nèi)側(cè)重于從GIS角度出發(fā)，利用各種GIS技術(shù)（WebGIS、虛擬現(xiàn)實(shí)），建立各種旅游地理信息系統(tǒng)[9]，這些系統(tǒng)能提供用戶興趣點(diǎn)查詢、路徑查詢等，但沒有從根本上實(shí)現(xiàn)個(gè)性化、智能化服務(wù)。為此，本文引入上下文感知技術(shù)，對(duì)旅游推薦系統(tǒng)中的上下文進(jìn)行建模，借助上下文敏感的地球空間信息服務(wù)設(shè)計(jì)了上下文感知下的個(gè)性化旅游推薦系統(tǒng)的原型架構(gòu)，并闡述了上下文建模的過程，以及引入上下文后的個(gè)性化空間信息服務(wù)、旅游信息服務(wù)的推薦模式。具體上下文本體模型構(gòu)建，推薦算法優(yōu)化及推薦結(jié)果評(píng)價(jià)是后續(xù)研究中亟待解決的問題。

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Research on Personalized Tourist Recommendation System Based on Context-awareness

byZHANG Weiwei

In this paper, we argued that relevant contextual information did matter in tourist recommender systems and that it was important to take this information into account when providing recommendations.We discussed the general notion of context and how it could be modeled in tourist recommender systems. Finally, we presented the architecture of a prototype system for context-aware recommenders based the geospatial information service and promising directions for future research.

context-aware, recommendation system, tourism services,geospatial information service

P208

B

1672-4623（2014）02-0024-04

10.11709/j.issn.1672-4623.2014.02.010

2013-07-03。

項(xiàng)目來源：湖南省教育廳社科資助項(xiàng)目（2010null03011）；湘潭大學(xué)博士科研啟動(dòng)資助項(xiàng)目（09ly06001)。

張偉偉，博士，講師，碩士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)槁糜涡畔⑾到y(tǒng)與空間信息可視化。