程序化交易中的智能流控技术
背景
在线广告业务发展到程序化交易阶段，通过RTB（实时公开竞价）这种交易模式，实现了在线实时决策，让广告主得以从“挑资源”过渡到“挑人”。但RTB同样也不是万能钥匙，在该交易模式下，广告具体投在哪个媒体资源上、哪个位置、投放价格、投放量多大等等，都是不可预期的，尤其在国内，RTB流量质量参差不齐，暗箱操作严重，得不到品牌广告主的认可。因为RTB这些“缺点”，将RTB与传统合约广告模式相结合，产生PMP（私有交易市场）的概念，通过下单排期，明确广告资源和位置，提前约定好价格。这其中，PD（优先交易）投放方式，因为采用保价不保量的原则，广受媒体和广告主的欢迎。该交易模式，提前约定好资源和价格，媒体方无需承诺库存，广告主也不保证成交量，由代理DSP在特定资源里挑人。
但是PD交易模式执行时，我们也发现了一些问题。媒体提供的定向条件毕竟颗粒度有限，同时，DSP为了拿到更多流量去挑选，往往倾向于将定向条件设置得比较宽泛。这就导致，媒体方发送了大量的请求，但DSP消耗的却非常少，回退率非常高，网络资源浪费严重。腾讯旗下多款“国民应用”流量巨大，给DSP造成了很大的压力，高峰时超时严重。另外，DSP当日预算消耗完毕，却无法及时停单，依旧收到大量流量轰炸，苦不堪言。
方案概述
作为媒体方，通过对以上PD问题的分析，我们发现，在进行PD交易时，对流量缺乏个性化控制。在PD投放模式中，DSP通过建立订单来申请资源流量，一个订单包含如下信息：广告位、频道等资源属性，地域、年龄、性别等人口属性，广告主、行业等广告属性。将特定的流量（人）分配给特定的订单（最终发给对应的DSP），和点击率预估中给特定的流量（人）分配收益最高的创意，具有一定的相似性。
因此参考点击率预估，我们尝试引入机器学习。通过对PD历史交易数据进行学习，实时预估每个流量对于订单的接受率，根据接受率决定流量要不要发给DSP，以及发给哪个DSP。通过机器学习，对流量重新分配，将广告主的更喜欢的流量给发他，从而提高交易效率，进而提升整体收入。
该方案分为了两期工程来执行：
第一期，根据预估的接受率，设定阈值，自动过滤接受率极低的请求，实现流量的智能QPS控制，减少无效请求，提高网络利用率，降低DSP处理压力。
第二期，初步筛选出满足定向条件的多个候选订单，预估出各个订单的接受率，根据接受率和订单价格，决策选出综合收益最高的订单，实现流量的个性化分配，在降低无效请求的同时，提升PD流量的整体收入。
工程分为两期，第一期在于验证算法的可行性，第二期在于工程上对PD流量进行个性化分配。
特征选择
在进行特征选择时，DSP接受率预估和点击率预估具有不少相似之处，也有一定的差别。我们从请求的流量以及候选订单中，提取出基础特征。包含广告位类型、频道等广告位属性，年龄、性别等用户属性，客户、代理商等广告属性，以及时间属性。
由于我们预估的是DSP的行为，而不是个人的行为，我们又额外增加了若干属性，比如订单消耗，如果DSP做了平滑播放，或者当日预算消耗完毕，我们无法从现有的特征中获知，可以从其历史的消耗分布来学习。再比如是否有设备ID，某些DSP因为要精确定位到人，无设备ID则不会进一步处理，而另外一些DSP，则是针对一个范围之内的人群进行投放，即使无法准确定位到人，依旧可以进行投放。该规律如果进行人工配置，通过规则来限制发给DSP的流量，则配置非常繁琐且无法及时更新。通过将是否有设备ID作为一个特征看待，不仅可以实现流量控制的自动化，也可以一定程度上提升接受率预估的准确性。
在选用基础特征的同时，我们对特征进行了组合，为了防止组合特征数量爆炸，我们预先使用了过滤式特征选择，针对一段历史数据，计算单个特征进行分类的AUC值，从而筛选出若干有效的基础特征和组合特征。
一期工程
一期重点搭建机器学习的整体框架，从数据上报，到数据处理，再到机器学习，分发训练出来的模型，在线服务根据模型预估接受率，从而决策出是否需要主动过滤，并统计过滤效果，分析算法的可行性。
流程框架
整个机器学习的应用流程分为离线和在线两部分，离线处理特征，训练模型；在线预估接受率，做出决策。整体框架如下图所示：
离线部分：收集PD的历史交易数据，在数据清洗、格式转换、特征处理之后，采用ftrl算法，训练出模型，导出特征参数，并定期更新到线上服务。
在线部分：上游模块流转过来的流量，已经选好了特定的PD订单。在线服务从流量和订单中，提取出广告位、用户、广告、时间等特征，对缺失特征进行补齐，并进行特征组合之后，根据事先推送过来的模型数据，预估DSP对于该请求的接受率。如果接受率低于设定的阈值，则主动过滤掉，不再发给DSP，否则继续请求DSP。如果模型效果较好，可以大幅减少无效请求，提高交易效率。最后将请求DSP的交易情况以及主动过滤的数据，进行上报，用于后续的离线学习和效果分析。
效果分析
线上流量按照5:95的比例分成了两份：
5% 无算法：不采用任何策略，所有PD请求全部放行；
95%智能算法：预估接受率，并自动过滤接受率低的请求。
经过一段时间的测试，发现过滤效果明显，主动过滤的广告位请求数占比15%~60%，接受数损失率(估算)大多在1%以内，接受率提升20%~150%。数据的波动是因为智能算法对不同订单效果不一，不同订单的分布又影响了整体效果。
指标含义如下：
DSP接受率：实际发给DSP的请求中，DSP接收数占比。
接受率提升：智能算法相对于无算法的接受率的提升比例。
自动过滤比例：采用智能算法后，主动过滤掉的流量占比；
接受数损失率：此为估算值，以无算法的接受率乘以智能算法所有流量，得到假设无算法情况下，智能算法应该有的接受数，再和智能算法实际的接受数对比，得到接受数损失率。
比如某日数据情况如下：智能算法相对于无算法，DSP接受率提升150.30%，自动过滤比例为60.30%，而接受数损失率为0.63%。
以下两图是上线一段时间之后，接受率走势对比，以及智能算法的自动过滤率和损失率对比。
其中对于部分订单效果更加明显，比如某日的某订单，智能算法相对于无算法，DSP接受率提升4537.51%，自动过滤比例为97.86%，接受数损失率为0.55%。可见大量的无效请求得到了很好的过滤。
但是因为学习间隔为1天，有很大的延后性，导致行为突变的订单被大量误判。比如某订单，前一天是新增订单，并且没有消耗，因为是新订单所以几乎没有主动过滤，同时学习到了该订单在任何特征下都是没有消耗的。但是，该订单第二天突然有了不少消耗，此时智能算法根据前一天的学习经验，错误的过滤掉了98.53%的请求，损失接受数几乎100%。同样的道理，上面整体走势图中，最后一天的损失率比较高。因为某个消耗巨大的DSP的多个订单在前几天的接受率都极低，然后突然一天增加了几十倍的消耗，导致我们大量误判，影响到了整体数据。为了解决此类问题，我们需要在后续工程中引入实时训练模型的机制，及时对DSP的行为突变做出响应。
二期工程
在一期工程上线之后，通过对订单接受率的预估，自动过滤了大量的无效请求，提高了网络的利用率，降低了DSP的负载压力。证明了机器学习在该场景中的可行性。在二期我们投入了更多的资源，进一步改进智能流控方案。
流程框架
二期在一期的基础上，增加实时模型训练，并进行个性化选单。整体框架如下图所示：
离线学习部分：由原来的定时模型升级为实时流模型，及时更新模型，以应对DSP投放策略的实时调整。定时模型进行全量的机器学习，一般一天或者若干小时训练一次，以保证训练的准确性，训练出的中间结果用于实时模型的再训练。实时模型在定时模型的基础上，接收实时流数据，根据实时数据，对中间结果进行修正，实时更新模型，并将更新的模型参数，及时推送给在线服务。
在线部分：首先上游选单模块配合修改，将所有符合定向条件的PD候选订单全部传过来。在线服务实时预估该流量在各个订单上的接受率，将接受率乘以价格进行倒排，过滤接受率过低的订单，并综合考虑客户去重、RTB混合竞价、余量分销、时长/曝光数限制等规则，优选出最合适的PD订单，请求对应的DSP；如果无法选出合适的PD订单，则主动放弃此次请求，智能过滤。此外，因为在线服务自主选单，可能会导致部分PD订单永远都不会被选中，失去尝试机会，因此增加少量的随机决策算法，保证所有订单都有机会被选中，进行DSP请求，这样所有订单都有交易数据进行机器学习。同样在最后，将所有处理数据进行上报，用于后续机器学习以及效果分析。
效果分析
线上流量按照5:2:93的比例分成了三份：
5% 无算法：不采用任何策略，按原先上游模块选出的订单去请求DSP；
2% 随机算法：从所有备选订单里随机选择一个订单 。
93%智能算法：基于机器学习和各项规则，选择最优订单。
上线一段时间之后，总体来看，智能流控算法提升效果明显：主动过滤的广告位请求数占比15%~68.88%；DSP接受率提升 20%~272%；不同于一期损失DSP接受率，二期中DSP接受数（估算）增加 3%~15.79%。
衡量指标中，相对于一期接受数损失率，二期为接受数增加比例：
接受数增加比例：此为估算值，以无算法的接受率乘以智能算法所有流量，得到假设无算法情况下，智能算法应该有的接受数，再和智能算法实际的接受数对比，得到接受数的提升比例。
而作为对比的随机算法，相对于无算法，差别不大，偶尔还有一些接受率的损失。
以某日数据为例：智能算法相对于无算法，DSP接受率提升237.12%，自动过滤比例66.43%，接受数增加13.16%。
以下两图是上线一段时间之后，无算法和智能算法接受率的走势，以及智能算法自动过滤比例和接受数提升比例的对比。
结语
总体来说，这次改进方案取得了令人满意的效果，通过对历史交易数据的学习，实现了流量的个性化分配，减少了大量的低效请求，提升了PD投放的成交量，让广告主拿到了更多感兴趣的流量，让媒体方不同特性的流量得到了更好的售卖。
腾讯提出“AI in all”战略，这是我们在工程开发中对机器学习的一次尝试。后续我们将会把人工智能技术引入到更多流程决策中，充分利用我们积累的大数据，实现更多环节的智能控制。
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