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雷鋒網(wǎng)按：騰訊大數(shù)據(jù)峰會暨 KDD China 技術(shù)峰會中，滴滴研究院副院長、密歇根大學(xué)終身教授葉杰平博士非常全面地解密了機(jī)器學(xué)習(xí)在滴滴中的大規(guī)模應(yīng)用，其中包括：出行目的地預(yù)測、路徑規(guī)劃、拼車最優(yōu)匹配、訂單分配、估價、運(yùn)力調(diào)度、評分系統(tǒng)等。雷鋒網(wǎng)根據(jù)現(xiàn)場演講整理成文，并由葉杰平博士與滴滴 CTO 張博親自審文。
葉杰平：
滴滴研究院副院長，美國密歇根大學(xué)的終身教授。葉杰平是機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域國際領(lǐng)軍人物，其主要從事機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘和大數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域的研究，尤其在大規(guī)模稀疏模型學(xué)習(xí)中處于國際領(lǐng)先地位。
雷鋒網(wǎng)了解到，去年滴滴成立了機(jī)器學(xué)習(xí)研究院，之后改名為滴滴研究院。
滴滴研究院做的事情是結(jié)合大數(shù)據(jù)與機(jī)器學(xué)習(xí)，搭建滴滴交通大腦。滴滴交通大腦需要收集每個城市、每一時刻的所有交通出行相關(guān)數(shù)據(jù)，然后做出最優(yōu)的決策（匹配、導(dǎo)航等），從而提高出行效率。接下來我來分享一下滴滴過去一年在大數(shù)據(jù)和人工智能方面的探索。
打開滴滴出行 App，首頁中就包含很多人工智能：
預(yù)測目的地
我們先會精確定位用戶的位置，下方是用戶所要去的目的地。很多情況下我們能夠預(yù)測到用戶去哪里：因為很多出行是比較有規(guī)律的：早上上班、晚上回家。我們利用用戶的出行數(shù)據(jù)從時間和地點中預(yù)測用戶去的目的地，這是人工智能的一種體現(xiàn)。
估價
我們常見的價格預(yù)估背后其實也有著非常復(fù)雜的計算過程，涉及到路徑規(guī)劃和時間預(yù)估（ETA）。其中從起點到終點的路徑規(guī)劃是非常核心的一部分，找到最佳路徑后，我們需要計算出 A 到 B 的距離。隨后著手解決行程所需的時間估算：起點到終點需要 20 分鐘還是 30 分鐘。結(jié)合路徑和時間，我們給出一個預(yù)估價。
拼車
拼車選項也是非常復(fù)雜的機(jī)器學(xué)習(xí)問題，我們需要計算用戶點擊拼車后從起點到終點過程中找到一個拼友的概率。如果概率不大，這名乘客就很可能得一個人從頭坐到尾，而滴滴給出的折扣也會低一些，如九折等。如果這條是熱門路線，路途中很可能會有其他乘客與你在同一時間去同一個或附近的地方。這種情況下，我們可以打一次力度稍微較大的折扣。
乘客與司機(jī)匹配
當(dāng)用戶確認(rèn)叫車后，滴滴需要做訂單匹配，找到最適合接該用戶的司機(jī)。這一流程也是一系列的機(jī)器學(xué)習(xí)問題。
那么如何權(quán)衡訂單合不合適，可以有多種辦法解決：比如距離和時間上離你最近的司機(jī)。當(dāng)然，權(quán)衡訂單問題背后也包含個性化搜索，如個別用戶可能只喜歡某一類車型、某一種類型的司機(jī)。尤其是女性用戶在深夜十一二點，可能對車型和司機(jī)的要求比較高，這需要進(jìn)行個性化匹配。
如果用戶選擇拼車，系統(tǒng)如何找到最適合的一輛車：這輛車有可能是空車，也有可能是載人車，與此同時，算出 A 到 B 的時間。
熱力圖
這里會遇到一種情況，新司機(jī)希望空駛時間越少越好，但往往不知道去哪接單，這時候滴滴會給到一個熱力圖，告訴司機(jī)哪些區(qū)域未來的半個小時，有可能有很多訂單需求。
滴滴研究院目前做的最核心的事情是訂單分配。在某個時刻有成千上萬的乘客，同時也有成千上萬的空閑車輛，我們要完成司機(jī)和乘客的最優(yōu)匹配，權(quán)衡標(biāo)準(zhǔn)是匹配度。計算匹配度最簡單的方法是用距離進(jìn)行評估，滴滴在前幾年均是用距離進(jìn)行匹配。但路面距離計算仍存在很多不合理的地方，因為各個路段的狀況不同，有些地方特別堵，有些則相反，同樣是一公里但行駛所耗時間可能完全不同。這里就急需增加時間這一維度。而計算時間又是一大難題，比預(yù)估距離還要難。
所以滴滴實現(xiàn)訂單最優(yōu)匹配需要遵循這兩大核心：做出最優(yōu)路徑規(guī)劃，預(yù)估時間。
大規(guī)模匹配
計算出某個訂單的時間和距離后，會遇到一個問題：由于滴滴數(shù)據(jù)量特別大，每一個乘客不只是讓一個司機(jī)去匹配，而是需要跟周圍上百個司機(jī)匹配。在任何一個時刻，滴滴的匹配量高達(dá)千萬次以上，在一兩秒鐘完成上千萬次的路徑規(guī)劃，這是一項非常大的挑戰(zhàn)。
這項決策與搜索不同，用 Google 搜索出結(jié)果后，再過 10 分鐘結(jié)果依舊與之前相同。而滴滴在匹配時，哪怕滯后兩秒鐘這個司機(jī)就可能過了某個十字路口，使得路徑規(guī)劃狀況完全不同。我們現(xiàn)在建立起一個機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)，只要在有滴滴的地方，我們就知道車輛行駛的速度和路況。然后找特征，建立系統(tǒng)，也可用深度學(xué)習(xí)做路徑規(guī)劃和時間預(yù)估。
滴滴研究院最近建立了一套深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)，然后加上路況和其他信息去進(jìn)行預(yù)測，這是滴滴在深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域的一次嶄新嘗試。簡單對比下結(jié)果，去年開始用機(jī)器學(xué)習(xí)再到最近的深度學(xué)習(xí)使誤差大概降低了70%左右。
接下來需要做最優(yōu)匹配，這里有很多不同的方法。滴滴有出租車、快車、專車、豪華車等等多條業(yè)務(wù)線，滴滴能否把各個業(yè)務(wù)線打通？比如用戶叫了快車，但周圍可能沒有快車司機(jī)來接用戶，那有沒有可能利用算法去做決策，在這個時刻讓專車或出租車司機(jī)來接這位用戶，該調(diào)度方案要做一個全局的最優(yōu)匹配，充分發(fā)揮滴滴優(yōu)勢。
在北京，高峰期大家打車?yán)щy可能會認(rèn)為是由于運(yùn)力不夠?qū)е拢?jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，在高峰期滴滴的運(yùn)力其實是足夠的，主要是因為車輛分布不合理。
此我們開發(fā)了一套系統(tǒng)，把整個地球分割成無數(shù)個六邊形。每一時刻都在檢測每一個六邊形，然后在某個六邊形里面計算訂單數(shù)和空車數(shù)，計算供需是否平衡。
運(yùn)力問題解決
司機(jī)沒有在他應(yīng)該在地方是我們需要解決的一大問題，如果有一個平臺可掌握所有信息，這樣使其能做出最優(yōu)決策、最優(yōu)調(diào)度以及導(dǎo)航?jīng)Q策。解決這個問題的第一種方法就是動態(tài)調(diào)價。我們也在探索另外兩種解決方式：
供需預(yù)測、運(yùn)力調(diào)度：如何完成預(yù)測，我們先來還原一個場景，比如說某個大會大致在晚上 6 點結(jié)束后，很多人會有打車需求，這就是預(yù)測的一種體現(xiàn)。此外，我們之前也提到人們出行普遍是有規(guī)律的，所以能預(yù)測某一時刻、某一區(qū)域可能缺多少輛車，這樣我們就提前 15 分鐘或半小時做調(diào)度，把過剩的運(yùn)力從周圍調(diào)過去，緩解供需問題。這里牽涉到供需預(yù)測，供需預(yù)測本質(zhì)上就是一個時間序列的預(yù)測問題。
拼車：如果兩個乘客的行程和出行時間類似，就無需兩個司機(jī)去接，而是把兩個訂單整合為一個組合訂單，用一個司機(jī)來接。拼車中涉及到一項非常重要的問題就是用戶體驗：用戶體驗體現(xiàn)在兩個維度，一是價格便宜，二是在接另外一個人時繞的路程和時間不要太多。我們希望把兩個訂單整合起來后，這個行程路徑是相似的。為此，我們建立了幾個機(jī)器學(xué)習(xí)模型估計路徑匹配度的高低。
行程結(jié)束后，我們也需要去預(yù)測乘客的體驗是好是壞。由于歷史訂單中有些乘客會進(jìn)行投訴，比如說拼車匹配欠佳、繞路。而有些用戶則會給出好評。我們從大量歷史數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)出來哪些特征是導(dǎo)致乘客抱怨的原因，哪些特征會導(dǎo)致好評。
拼車最核心的一點是定價，里面用的也是機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化算法。核心想法非常簡單，如果乘客發(fā)了拼車單，我們會預(yù)測這個乘客起點到終點系統(tǒng)為它找到拼友的概率大不大，匹配度如何？如果預(yù)測出他很大概率自己一個人會從頭到尾走到底的話，折扣相對就會更低，反之則會高一些。
除此之外，我們也做了很多圖像方面的工作。比如駕照圖像檢測，識別證件號碼等，讓司機(jī)的很多手續(xù)無需要到滴滴辦公室即可解決。
我們可以把滴滴看做是一種搜索引擎，即乘客搜索司機(jī)。與百度搜索信息不同，在百度搜索結(jié)束后，就沒有其他后續(xù)問題。但乘客在滴滴中搜索好司機(jī)后，滴滴需要保證安全和出行體驗。于是我們在近期引入一套機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)，預(yù)測司機(jī)的服務(wù)質(zhì)量和服務(wù)態(tài)度，衡量服務(wù)好還是壞需要通過分析大量乘客的打分、評語數(shù)據(jù)。
以往 滴滴和 Uber 都采用星級打分制，后來我們發(fā)現(xiàn)該功能并不完美。現(xiàn)實情況是用戶要么不打分，要么給較高的五分或四分，使得星級評分功能不夠有效。
這本質(zhì)上是用戶習(xí)慣問題，為了讓評分系統(tǒng)更加全面，平臺把乘客留下的所有痕跡都整合起來，然后給出一個分?jǐn)?shù)評判。比如乘客打出星級后，又進(jìn)行文字評價態(tài)度很差、繞路等，針對乘客給出的兩個維度信息，我們再根據(jù)軌跡等多項數(shù)據(jù)，然后給出綜合的分?jǐn)?shù)。分?jǐn)?shù)越高，滴滴也會保證司機(jī)的收入越高，推動司機(jī)主動提高服務(wù)質(zhì)量。
這里存在另外一個問題，就是乘客惡意給司機(jī)寫差評。針對這一情況我們建立了一個判責(zé)機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)，該模型能夠判差評的背后是司機(jī)的責(zé)任，還是乘客的責(zé)任。如果責(zé)任不在司機(jī)，我們就不會降低它的分?jǐn)?shù)。判責(zé)系統(tǒng)上線后滴滴平臺司機(jī)滿意度有了顯著提高。
系統(tǒng)可視化
最后我們提一下非常重要的系統(tǒng)可視化性，這套系統(tǒng)能夠看到歷史訂單行程中發(fā)生了什么事情，如哪些區(qū)域是我們比較感興趣的、成交率高的，訂單多的。其次是區(qū)域變化情況，如早高峰時訂單量漲了，晚高峰訂單量跌了，應(yīng)答率可能在早晚高峰非常低，平時可能非常高，我們可以迅速知道每個區(qū)域、每個時刻的情況。
上述為區(qū)域，我們也可以有一個城市的維度，比如這個城市大概有多少訂單？大概有多少司機(jī)？乘客發(fā)出訂單需求成交率大概有多少？我們也能掌握過去和現(xiàn)在的情況，司機(jī)實時看到熱區(qū)所處的位置，引導(dǎo)司機(jī)沿著熱區(qū)去走，減少空駛時間、提高平臺效率。
除此之外，我們也能實時看到跨城情況，尤其是春節(jié)之前等節(jié)假日，因為有很多人會拼車回家。為此，我們也會找到一些比較特殊的區(qū)域，單獨去分析它發(fā)生了什么事。
可視化系統(tǒng)也能讓大家看到全城各個時刻供需不平衡情況：哪些區(qū)域供大于求，哪些區(qū)域求大于供，哪些區(qū)域供需平衡，以及現(xiàn)在和過去發(fā)生了什么事。針對這些現(xiàn)象，我們需找到應(yīng)答率低、成交率低的原因。
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