阿里巴巴论文:一种基于 Stacking 集成模型的 KKBOX 用户流失

导语：在2月份举办的网页搜索与数据挖掘会议WSDM上，阿里巴巴获得了WSDM Cup 2018的第二名。本文对获奖论文进行了技术解读。

预测方法

1.介绍

KKBOX 是亚洲一家音乐流媒体公司，其业务模式与 Spotify 和 Apple Music 类似。对于音乐流媒体业务来说，付费会员非常重要，不仅直接影响订阅收入，还会间接影响广告收入。

本次比赛的目标是利用 KKBOX真实的用户行为数据，预测会员是否会流失。比赛中我们面临了很多挑战，如正负样本不均衡、脏数据等问题。我们采取了一些列措施来解决这些问题，比如建立数据清洗和交叉验证机制，使用Stacking Model 来提升准确率。

2.问题定义

本次比赛的目标是预测当月会员到期的用户中哪些会流失。这里“流失”的定义是会员到期后30天内没有续费。

本次比赛的结果采用 Log Loss 进行评估，Log Loss 的计算公式如下：

公式中，N 表示测试样本数，

表示测试样本最终是否流失（1表示流失，0表示没有流失），

为模型预测用户是否会流失的概率（取值0-1）。

3.方法

考虑到模型的数据量和开发效率，我们采用了阿里云的 DataWorks 作为开发平台。

3.1 数据预处理

比赛提供了三份数据，分别是用户的订单明细、听歌日志和人口统计学信息。见下表：

脏数据问题例如年龄数值小于0或者大于100，注册时间和支付金额中的极端异常值。我们处理脏数据的方式包括根据分布将异常值转换为合理取值，删除无法解释且不包含重要信息的数据。

训练样本中，is_churn 是样本的 label，训练样本取自2017年2月和3月订阅到期的用户。训练数据的正负样本极不均衡，以2月份订阅到期的训练样本为例，在总共992931条数据中，is_churn = 1的样本只有63471，占比6.4%。

传统的分类算法比如决策树和逻辑回归都是对正负样本比例有要求。我们使用欠采样的方式对训练样本进行了处理，分别尝试了1：3，1：5，1：8的正负样本配比，在最终模型中，我们根据交叉验证的结果选择了最优配比。

3.2 特征工程

特征工程阶段，我们从计算逻辑、时间窗、额外条件三个维度将数据进行组合。如下图，右边特征列表中 last_7_auto_tran_cnt 表示最近7天（时间窗）自动完成的（额外条件）订单笔数（计算逻辑）。特征组合完成后，我们对特征还要一系列的处理，如 log 转换、one-hot 编码。

我们通过交叉验证来测试特征的有效性。在交叉验证中我们发现，最有效的特征包括：1. 最近60或90天自动完成的订单笔数 2. 最近一笔交易是否被取消或自动完成 3. 账号注册的方式。最终，我们提取了300多个特征，并根据交叉验证的结果留下了204个特征。

3.3 模型

我们使用了一个两阶段模型来预测最终的流失情况。如下图，在第一阶段，提取出的特征会输入逻辑回归、随机森林、XGBoost 三个模型，而第一阶段模型的输出会被当做第二阶段的特征，最终组成一个 Stacking Model。

如下图，我们采用了5-fold stacking 策略。

在第一阶段，将训练数据均匀地分成5份，使用“留一法”训练5个逻辑回归模型，用这5个模型分别去预测剩下的一份训练数据和测试数据，将5份预测的训练数据合并，可以得到一份新的训练数据 NewTrainingData，将5份预测的测试数据采用均值法合并，得到一份新的测试数据 NewTestData。用同样的方法再分别训练随机森林和 XGBoost，新的训练和测试数据上，就可以得到3个模型的分数。

第二阶段，将上一阶段的 NewTraningData 作为训练数据，NewTestData 作为测试数据，重新训练一个 XGBoost 模型，得到最终的预测分数。这种方法可以避免过拟合，学习出特征之间组合的信息，还能提高预测的准确率。

3.4 模型评估

交叉验证不仅可以做特征筛选，在模型阶段，还给调参、Stacking Model 策略的调整提供依据。下图可以看到我们每一步的优化带来的提升，最初的 LR 模型可以得到0.2106的分数，XGBoost 和特征提取技术可以把分数提升到0.1151，最终 Stacking Model 和调参让我们得到0.0934的分数。

4.结论

本文我们介绍了在参加 WSDM Cup 2018 中所做的实践，最终我们获得了第二名的成绩。对几个关键的优化技术在文中做了阐述，如数据预处理阶段的欠采样、特征提取方式、Stacking Model。通过分析和测试，我们发现这些方法都可以提升预测的准确率，后续我们还将测试更多的超参数，并引入深度学习进行优化。

论文原文地址：

https://wsdm-cup-2018.kkbox.events/pdf/7_A_Practical_Pipeline_with_Stacking_Models_for_KKBOXs_Churn_Prediction_Challenge.pdf