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Google內部案例分享 | 是如何構建定制化TensorFlow預測系統的?

Batkid / 2751人閱讀

摘要:預測事件本質上是我們通過機器學習預測系統,創造出來的一個假想事件,并根據預測閾值的不同,可以在下載安裝及最終付費之間做優化調節。目前,此機器學習系統已在行業內上線,每天會分析預測上百萬用戶,幫助他們優化游戲內及廣告體驗。

近年來,移動端游戲隨著智能手機技術的發展,越來越成為人們娛樂休閑的新模式。據 NewZoo 數據調查研究發現,全球手機端游戲已達到 21 億玩家規模,呈 14% 同比年增長趨勢,其中大部分玩家有在游戲中付費的經歷。

對于 SLG 策略類型手機游戲,由于前期用戶需要時間了解及熟練游戲操作,即使有付費傾向,一般也會比較滯后。這種滯后為游戲的內部運營,市場投放效果的衡量及優化帶來了很大挑戰。本文基于一款日活 600 萬的明星 SLG 游戲,根據游戲內用戶的 500+ 個特征行為,對未付費用戶在下載安裝后 28 天內是否會轉化為付費用戶加以預測。

文章盡量避免涉及過多的技術細節,主要從系統架構的角度加以闡述,如何自動化一套機器學習預測系統并與 Google UAC (通用應用廣告平臺) 相結合,最終提高 7 倍轉化率,2.6 倍投資回報率,降低 63% 付費用戶獲取成本。

數據準備

數據包括兩部分, 預測目標 Y 及用戶參數 X,其中用戶參數 X 又分為狀態參數 Xs 和行為參數 Xb。

原始數據符合如下模板:

其中,每行數據為每一位用戶每天的行為參數匯總和狀態快照。如若用戶當天未登錄,則不需記錄當天狀態或行為。如果用戶前 n-1 天未付費,在第 n 天發生付費轉化,則該用戶有 n 行數據 (假設用戶每天登陸)。

狀態參數 (當天零點快照) 包括但不限于,游戲內人物等級,游戲內金幣數量,登陸游戲手機品牌,登陸游戲地點等。

行為參數包括但不限于 (推薦四種對預測付費最重要的行為,其他行為越多越好):

付費相關類行為:打開付費窗口,點擊付費按鈕(還未確認付費成功)

游戲幣購買物品:這里物品可縮小范圍到游戲的核心追求品類,如皮膚,武器等

社交行為:是否加入公會,在團隊發言次數,社交賬號分享等

打折類行為:打開打折商店等

對原始數據處理后,得到如下數據 (假設模型目標是基于未付費用戶下載后 7 天行為預測下載后 28 天內是否會付費):

預測目標 Y:如果用戶下載游戲后 28 天內發生付費轉化,則為 1,否則為 0

用戶參數 X:假設原始數據中對于用戶 i, 有 j 行數據,經過處理后每個用戶只有一行數據

注 1:推薦取 7 天以內行為作預測基礎,這樣可以在用戶下載安裝 APP 后七天內產生預測,進而及時把預測信號發送給 Google UAC 廣告投放平臺,便于 UAC 平臺內的機器學習。

注 2:推薦取 28 天內的付費作預測目標,這樣便于在一個月內完成預測效果及 Google UAC 廣告平臺投放效果的衡量。

數據清洗與特征工程

對數據進行清洗

用 0 填充所有缺失值

以列為單位,標準化變形。sklearn.preprocessing.StandardScaler

主成分分析 PCA:降維到原緯度數量的一半。

經過數據清洗和特征工程處理后,得到如下數據(假設模型目標是基于未付費用戶下載后7天行為預測下載后 28 天內會不會付費):

將處理后的數據按 1:1 分成兩部分,train 和 test

預測目標沒有變化,即 Y_noTransform_train, Y_noTransform_test:如果用戶下載游戲后 28 天內付過費,則為 1,否則為 0;

相對應的用戶參數經過變形,即 X_transformed_train, X_transformed_test;每個用戶一行數據,但經過 PCA 降維之后,很難理解X中每一列代表什么行為。

基于TensorFlow深度神經網絡分類器建模

創建分類器

設計系統時,選擇調用 tensorflow Python API,直接建立 DNNClassifier 對象,省去了大量從底層開始架構模型的時間。對解決簡單分類問題很有效,推薦給大家。

classifier = tf.estimator.DNNClassifier()

訓練分類器

調用 DNNClassifier 對象的 fit 函數,建立訓練模塊。

classifier.fit(X_transformed_train, Y_noTransform_train, steps=2000, batch_size=5000)

分類器預測

調用 DNNClassifier 對象的 predict 函數,建立預測模塊。輸出為 0 或 1,0 代表分類器認為轉化概率低于 50%,即不會付費轉化,1 代表分類器認為轉化概率大于等于 50%,即大概率付費轉化。50% 為 predict 函數默認的缺省閾值,如需改變此閾值,則要調用 predict_proba 函數,輸出為轉化概率,而不再是 0 或 1。

Y_predict = classifier.predict(X_transformed_test)

分類器驗證

Y_predict 和 Y_noTransform_test 都是真對同一批測試者,前者為預測值,后者為實際值。通過比較得出 Precision 和 Recall,以此衡量預測模型的準確度。如果用于 Google 廣告平臺的投放,則 Recall 比 Precision 重要,應盡量提高 Recall。如果用戶內部運營,則 Precision 比 Recall 重要,應盡量提高 Precision。

其中 precision 代表精度,recall 代表廣度。f1 是綜合考慮 precision,recall 的整體參數。具體定義如下:

經過多次調參迭代,模型性能如下所示,

注:藍色豎虛線與 x 軸的交點是使 f1 達到較高點的預測概率的取值

系統設計

系統基于 Google Cloud Platform,簡稱 GCP,進行架構。激活了 GCP 中三個組件,BigQuery, Compute Engine 和 Storage。每天,基于游戲內新產生的數據運行“預測模塊”,對每個用戶加以評估,是否會付費轉化。每季度初,基于過去 120 天內注冊的用戶數據運行“訓練模塊”,對模型加以更新。這里采用了混合數據集的方法,即90天新數據,30 天老數據,以保證模型和谷歌廣告投放平臺的合作順暢。

每季度

每天

預測結果在 Google UAC 廣告平臺的應用

Univeral App Campaign 即通用應用廣告系列(以下簡稱 UAC),是 Google 開發的基于大數據和機器學習的移動端應用廣告投放平臺。旨在幫助用戶簡化廣告投放流程,更輕松地在 Google 用戶量最多的各款產品和服務(包括 Google 搜索、Google Play、YouTube 和 Google 展示廣告網絡)中宣傳自己的應用 APP。用戶只需添加幾行文字、設置出價、提供一些素材資料,系統會自動優化其余部分(包括具體廣告的設計、廣告投放的目標定位和出價等),從而幫助用戶推廣應用 APP。

目前有三個版本,根據推廣目標不同,分別為以提升 APP 下載安裝量為目標、提升 APP 內事件觸發頻次為目標和提升 APP 內用戶價值為目標。本文主要應用在 UAC 的第二個版本,以提升 APP 內事件觸發頻次為目標。

APP 內的事件多種多樣,游戲內充值付費(以下簡稱 IAP,In-App-Purchase)應屬最簡單明了也最便于嘗試的事件之一。大多數用戶都有測試,但效果有好有壞,究竟是什么因素導致了效果的不同?有沒有一種方法可以提升 UAC 廣告投放效果?本文希望通過對大量投放經驗的總結,提出一種基于預測付費用戶的新的 UAC 廣告投放方式,用于高質量的新用戶獲取。

如之前章節所述,最后得出的預測結果應為兩列數據,DeviceID 及預測標簽 (0 或1)。取決于預測概率閾值的不同,被標記為 1 (有付費傾向) 的用戶數量及準確度也會不同。閾值越高,被標記為 1 的要求越苛刻,既被認為有付費傾向的用戶數量越少,準確度越高,如圖二所示。當閾值達到較高 100%,則預測事件等同于實際付費事件;當閾值達到較低 0%,則預測事件等同于 APP 安裝事件。“預測事件”本質上是我們通過機器學習預測系統,創造出來的一個“假想”事件,并根據預測閾值的不同,可以在APP下載安裝及最終付費之間做優化調節。

經大量實驗研究發現,如果考慮把預測結果應用在 UAC 上,應盡量調節閾值,犧牲一些 precision,使 recall 盡可能高。

如下圖所示,闡述了基于 TensorFlow 的機器學習預測系統與 Google UAC 廣告投放平臺結合的工作原理。左邊藍色的部分為本文搭建的預測系統,右側綠色的部分為 UAC 系統。通過分析預測,找出潛在付費用戶,擴大了發送給 UAC 的種子人群數量,縮短了從 APP 安裝到有效轉化發生的效果回饋時間,進而提升了 UAC 機器學習和廣告投放的效果。

注:用戶需要思考是否充值付費的時間越長,潛在付費用戶群體越大

結論及未來展望

本文通過對行業背景的分析,提出了策略類手機游戲面臨的挑戰。并從系統架構的角度,介紹了如何對數據進行清理、特征工程、預測分類器的建模及系統自動化。其中,數據的搜集處理對模型的準確性及應用性有很大影響。文章也給出了四種對預測游戲內付費有重要影響的行為參數,并通過 PCA 主成分分析的特征降維方法,極大提高了模型的性能。另外,通過調節預測轉化概率的閾值,可在精度和廣度之間作以取舍,使模型的預測結果適用于不同的領域。

目前,此機器學習系統已在行業內上線,每天會分析預測上百萬用戶,幫助他們優化游戲內及廣告體驗。預測是為了更好地了解用戶,進而更有效率地幫助用戶。預測結果可對用戶加以分層,可應用于內部運營、市場再營銷、新用戶獲取等領域。在此案例中,通過把機器學習系統與 Google UAC 廣告平臺的結合,在新用戶獲取領域極大的提高了用戶質量,使付費率提高了 7 倍,投資回報率提高了 2.6 倍。關于具體實施的細節,如感興趣,請聯系您的 Google Awords 賬戶經理,我們很樂意與您分享相關經驗,這里不再贅述。

未來,我們會對用戶終身價值 pltv 加以建模研究,期望基于用戶的行為及付費數據,預測用戶未來在游戲內的活躍時間及終身價值。這樣可以幫助我們更細顆粒度地區分用戶,構建千人千面的用戶體驗。

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