Spring Boot整合协同过滤算法，实现个性化推荐

news2025/2/15 14:42:19

1. 引言

在这篇文章中，我们将展示如何使用 Spring Boot 框架与 协同过滤算法 相结合来构建一个简单的推荐系统。推荐系统广泛应用于电商、电影推荐、社交平台等领域。协同过滤算法通过分析用户行为，找出相似的用户或者物品，从而实现个性化推荐。

2. 环境搭建

在开始编码之前，我们需要先搭建开发环境。

2.1 Spring Boot 环境配置

使用 Spring Initializr 创建一个 Spring Boot 项目。
选择必要的依赖：Spring Web, Spring Data JPA, H2 Database（用于测试）等。
下载并解压项目，然后导入到 IDE 中（如 IntelliJ IDEA 或 Eclipse）。

2.2 安装协同过滤算法的 Java 实现

协同过滤算法可以通过多种方式实现，如基于用户的协同过滤和基于物品的协同过滤。我们可以使用第三方库，如 Apache Mahout 或自己实现一个简单的版本。

3. 协同过滤算法基础

协同过滤可以分为两大类：

基于用户的协同过滤：通过寻找与目标用户兴趣相似的其他用户来推荐物品。
基于物品的协同过滤：通过分析物品之间的相似性来为用户推荐相似的物品。

在我们的例子中，我们将使用 基于用户的协同过滤 算法。

4. 项目结构设计

为了实现推荐系统，我们首先设计数据库模型和项目结构。

4.1 数据库模型设计

我们需要设计以下几个实体类：

User：用户实体，存储用户信息。
Item：物品实体，存储商品或物品信息。
Rating：评分实体，存储用户对物品的评分。

@Entity
public class User {
    @Id
    private Long id;
    private String name;
    // Getters and Setters
}

@Entity
public class Item {
    @Id
    private Long id;
    private String name;
    // Getters and Setters
}

@Entity
public class Rating {
    @Id
    private Long id;
    private Long userId;
    private Long itemId;
    private Double rating;
    // Getters and Setters
}

4.2 Repository 层

我们使用 Spring Data JPA 来操作数据库：

public interface UserRepository extends JpaRepository<User, Long> {
}

public interface ItemRepository extends JpaRepository<Item, Long> {
}

public interface RatingRepository extends JpaRepository<Rating, Long> {
    List<Rating> findByUserId(Long userId);
    List<Rating> findByItemId(Long itemId);
}

5. 实现协同过滤算法

接下来，我们实现协同过滤算法。为了简化，我们仅使用 基于用户的协同过滤。

5.1 相似度计算

我们使用 余弦相似度 来计算用户之间的相似度。

public class CosineSimilarity {

    public static double calculate(List<Rating> userRatings, List<Rating> otherUserRatings) {
        Map<Long, Double> userRatingMap = userRatings.stream().collect(Collectors.toMap(Rating::getItemId, Rating::getRating));
        Map<Long, Double> otherUserRatingMap = otherUserRatings.stream().collect(Collectors.toMap(Rating::getItemId, Rating::getRating));

        double dotProduct = 0.0;
        double userMagnitude = 0.0;
        double otherUserMagnitude = 0.0;

        for (Long itemId : userRatingMap.keySet()) {
            if (otherUserRatingMap.containsKey(itemId)) {
                dotProduct += userRatingMap.get(itemId) * otherUserRatingMap.get(itemId);
                userMagnitude += Math.pow(userRatingMap.get(itemId), 2);
                otherUserMagnitude += Math.pow(otherUserRatingMap.get(itemId), 2);
            }
        }

        return dotProduct / (Math.sqrt(userMagnitude) * Math.sqrt(otherUserMagnitude));
    }
}

5.2 推荐算法实现

基于余弦相似度，我们可以为一个用户推荐与他最相似的用户喜欢的物品。

@Service
public class RecommendationService {

    @Autowired
    private RatingRepository ratingRepository;
    @Autowired
    private UserRepository userRepository;

    public List<Item> recommendItems(Long userId) {
        List<Rating> userRatings = ratingRepository.findByUserId(userId);
        List<User> allUsers = userRepository.findAll();

        List<Double> similarities = new ArrayList<>();
        Map<Long, List<Rating>> userRatingsMap = new HashMap<>();

        // 计算所有用户与目标用户的相似度
        for (User user : allUsers) {
            if (user.getId().equals(userId)) continue;

            List<Rating> otherUserRatings = ratingRepository.findByUserId(user.getId());
            double similarity = CosineSimilarity.calculate(userRatings, otherUserRatings);
            similarities.add(similarity);
            userRatingsMap.put(user.getId(), otherUserRatings);
        }

        // 找到相似度最高的用户
        Long mostSimilarUserId = similarities.indexOf(Collections.max(similarities));
        List<Rating> mostSimilarUserRatings = userRatingsMap.get(mostSimilarUserId);

        // 推荐该用户没有评分的物品
        Set<Long> recommendedItems = new HashSet<>();
        for (Rating rating : mostSimilarUserRatings) {
            if (userRatings.stream().noneMatch(r -> r.getItemId().equals(rating.getItemId()))) {
                recommendedItems.add(rating.getItemId());
            }
        }

        // 从数据库获取推荐物品
        List<Item> items = recommendedItems.stream()
                .map(itemId -> itemRepository.findById(itemId).orElse(null))
                .collect(Collectors.toList());

        return items;
    }
}

6. 前端展示

前端部分我们使用 Spring Boot 提供的 RESTful API 来展示推荐的物品。

6.1 Controller 层

@RestController
@RequestMapping("/api/recommendations")
public class RecommendationController {

    @Autowired
    private RecommendationService recommendationService;

    @GetMapping("/{userId}")
    public List<Item> getRecommendations(@PathVariable Long userId) {
        return recommendationService.recommendItems(userId);
    }
}