Uncertainty-Aware Bayesian Personalized Ranking for Recommendation

作者
Jincheng Zhang
出处
期刊:CERN European Organization for Nuclear Research - Zenodo [European Organization for Nuclear Research]
标识
DOI:10.5281/zenodo.21304698
摘要

Recommender systems utilizing implicit feedback often suffer from the inherent ambiguity and noise present in unobserved interactions. The classic Bayesian Personalized Ranking (BPR) algorithm addresses this by optimizing a pairwise ranking relation under the assumption that users prefer observed items over unobserved ones. However, standard BPR treats all unobserved items uniformly as negative samples, completely overlooking the prediction uncertainty associated with different items. In reality, due to data sparsity and the long-tail effect, the model's confidence in evaluating unobserved items varies significantly. To overcome this limitation, this paper proposes an Uncertainty-Aware Bayesian Personalized Ranking (UA-BPR) algorithm. By modeling the predicted recommendation score as a Gaussian distribution rather than a deterministic scalar, we successfully quantify the epistemic uncertainty (variance) for each user-item pair. We then derive an uncertainty-aware objective function that dynamically scales the preference margin based on the prediction variance. Theoretical analysis demonstrates that UA-BPR adaptively assigns higher learning weights to negative samples with high prediction uncertainty, thereby forcing the model to continuously refine its representations in ambiguous boundary regions. The proposed algorithm retains the same asymptotic time and space complexity as the traditional BPR, ensuring high scalability for large-scale industrial deployment. Extensive analysis suggests that UA-BPR effectively mitigates the long-tail cold-start dilemma and enhances model robustness against noisy false negatives, offering a principled extension to the pairwise collaborative filtering paradigm.

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