用户画像分析

行业背景与痛点

画像分析是指基于沉淀用户的自然属性、行为属性、偏好属性等属性挖掘用户兴趣点、分析群体特征的过程。用户画像是刻画出用户个体或者用户群体全方位特征的重要手段，能为运营分析人员提供用户的偏好、行为等信息进而优化运营策略，为产品提供准确的用户角色信息以便进行针对性的产品设计。画像系统通常集用户特征加工、画像分析功能于一身；经过离线特征加工、维度标签映射、载入即席分析数据等过程，提供实时人群分析、圈选能力。

Hologres解决方案

针对上述两方面问题，基于新一代实时数仓产品Hologres的系统能力，通过配置数据链路、选择插件库、根据系统规模选择方案步骤快速构建高性能、可扩展的系统方案。

• 数据链路

  依托Hologres通常只需要维护一套数据链路即可实现实时、离线的数据处理，避免常见的数据不同步、数据孤岛等问题，如下图所示。Hologres 数据集成能力方面的主要优势如下。

  • 无缝集成DataWorks产品，通过接入配置即可解决复杂数据依赖问题，构建稳定离线数据处理加载流程。

  • 为实时写入场景提供了基于LSM（Log-Structured Merge）结构的行存储，与Flink进行深度融合，能够为实时标签、实时特征处理等场景提供稳定的性能支撑。

  • 具有联邦查询能力，通过外部表方式直接访问MaxCompute、OSS、其他Hologres实例等外部数据存储。

• 画像计算

  Hologres兼容PostgreSQL生态，内置函数丰富；同时，经过阿里内部及云上客户实践，逐步沉淀了诸多高效的画像计算插件，如下所示。

  • 精确去重运算：RoaringBitmap函数

    Hologres原生支持了Roaring Bitmap类型，通过高效率的Bitmap压缩算法，支持集合的交叉并等运算，支持Bitmap聚合，适合计算超高维度、基数的表，常用于去重（UV计算）、标签筛选、近实时用户画像等计算中。

  • 行为数据圈人：明细圈人函数

    在行为类数据的圈人场景中，我们经常碰到这样的情况：行为数据按照天或者小时记录在行为表中，当需要找到一段时间内出现某些行为的用户时，因为数据记录成多行而没办法直接过滤，所以就需要使用行为表多次JOIN自己来实现过滤。例如如下场景，在记录用户行为明细表中找出 时间在[20210216~20210218之间 & [click购物车] & [view收藏页]的用户。

    Hologres提供了bit_construct、bit_orbit_match函数，能够规避JOIN的性能负担，简化SQL的复杂度。函数的主要思路是通过一遍数据过滤，将uid满足条件的集合以位数组形式存放，通过bit_match函数在位数组进行与运算实现数据过滤，示例如下。

    WITH tbl as (
    SELECT uid, bit_or(bit_construct(
      a := (action='click' and page='购物车'),
      b := (action='view' and page='收藏页'))) as uid_mask
      FROM ods_app_dwd
    WHERE ds < '20210218' AND ds > '20210216'
    GROUP BY uid )
    SELECT uid from tbl where bit_match('a&b', uid_mask);

    • bit_construct函数：用于对表达求值并存储在响应位数组中，比如对SQL中的a、b两个条件，计算结果分别是[1,0], [0,0], [0,1]...。

    • bit_or函数：用于将两个位数组按位进行或运算，用来聚合uid上满足的条件集合。

    • bit_match：用于判断位数组是否符合某个表达式，比如计算a&b表达式[1,1] 结果为True，[1,0]为False。

  • 漏斗留存分析：漏斗函数

    漏斗分析是常见的转化分析方法，它用于反映用户各个阶段行为的转化率，广泛应用于用户行为分析和App数据分析的流量分析、产品目标转化等数据运营与数据分析。

    窗口漏斗函数（WindowFunnel）可以搜索滑动时间窗口中的事件列表，并计算条件匹配的事件列表的最大长度。留存分析是最常见的典型用户增长分析场景，用户经常需要绘制数据可视化图形，分析用户的留存情况。通过漏斗函数、留存函数的使用，可以快速计算出用户留存效果以及对应的转化率，减少复杂Join开销，提高性能。

  • 向量检索：Proxima向量计算

    Proxima是一款来自于阿里达摩院的实现向量近邻搜索的高性能软件库，相比于Fassi等开源的同类产品，Proxima在稳定性、性能等方面更为出色，能够提供业内高性能和效果显著的基础方法模块，支持图像、视频、人脸等各种应用场景。Hologres向量查询功能与Proxima深度整合，提供高性能的向量查询服务。支持快速的RNN（Radius Nearest Neighbor）搜索、KNN（K-Nearest Neighbor）搜索、dot_product向量化点积计算组件。

• 工程方案

  在画像系统发展的不同阶段，往往对工程方案有不同的成本和性能诉求。根据实践经验，综合系统数据规模、实现成本、查询性能等三因素，总结两种典型的工程方案如下。

  • 标签宽表方案

    宽表标签方案适合标签较少（通常小于1000个），数据更新不频繁的场景。主体思路是在离线阶段把相对稳定的属性表离线聚合成宽表，将多张表的关联操作转化一张宽表的运算，新的标签列的场景通过增加列的方式实现，以表的方式提供非常灵活的标签计算，详情请参见画像分析 - 标签宽表。

  • RoaringBitmap优化方案

    基于RoaringBitmap的超大规模画像分析场景，适合数据量大，标签规模多，需要去重处理的场景。通过结合RoaringBitmap结构化存储，实现天然去重，避免Join开销，降低运算复杂度，快速出结果。详情请参见画像分析 - RoaringBitmap优化方案。

  • Bit-sliced Index优化方案

    基于BSI（Bit-sliced Index）的超大规模画像分析，适合用户属性标签（性别、省份）与用户行为标签（PV、订单金额等）关联分析的场景，对高基数（去重值数量大）的行为标签计算有显著优化作用。通过BSI和Roaring Bitmap，将标签去重、UNION、JOIN等复杂计算全部转化为BSI二进制运算与Roaring Bitmap交并差运算，降低运算复杂度，快速得出行为标签分析结果。详情请参见画像分析 - BSI优化方案（Beta）。

• 小结

  Hologres通过丰富的画像分析插件支持，和自身优异的性能，被阿里集团内部多个核心业务广泛应用于标签计算、画像分析的场景，例如阿里妈妈、搜索、高德以及众多公共云用户使用。服务扩展能力和稳定性历经生产考验，这也证明Hologres是构建低开发运维成本，高稳定性扩展性画像分析平台的不二之选。