大数据时代用户画像构建：从原子数据到智能决策的全链路原理与实践

关键词：用户画像 | 大数据分析 | 标签体系 | 数据融合 | 隐私计算 | 机器学习 | 智能决策

graph TD
    A[基础标签] --> B[行为标签]
    B --> C[偏好标签]
    C --> D[预测标签]
    A --> 性别、年龄、地域
    B --> 近7天浏览次数、近30天购买金额
    C --> 喜欢的产品类别、对价格敏感
    D --> 未来7天购买概率、 churn风险

用户向量 = [年龄: 28, 性别: 女, 近7天浏览数: 15, 偏好品类_运动: 0.92, 
           购买力评分: 85, 流失风险: 0.12, 下月购买婴儿车概率: 0.85]
        

用户画像中的每个维度对应一个特定的用户标签，向量中的数值代表该标签的权重（即重要性）。其数学形式可表示为：

U = (t_1, w_1), (t_2, w_2), ..., (t_n, w_n)

其中：

• t_i：表示第 i 个用户标签，例如“喜欢运动”；
• w_i：表示该标签对应的权重值，取值范围为 0 ≤ w_i ≤ 1，反映该标签对用户的相对重要程度。

标签权重的计算主要依赖于两类方法：

统计方法：如 TF-IDF（词频-逆文档频率），通过衡量标签在整体用户群体中的稀有性来确定权重。例如，“喜欢运动”这一标签若在大多数用户中频繁出现，则其区分度较低，权重相应降低；反之则升高。

机器学习方法：如逻辑回归（Logistic Regression），利用历史行为数据训练模型，学习不同标签与目标行为（如购买）之间的关联关系，并输出概率化的权重。

以“购买概率”为例，假设用户特征向量为 X = (x_1, x_2, …, x_m)，其中 x_1 表示浏览次数，x_2 表示收藏次数，则购买概率可通过以下公式计算：

P(y=1|X) = \frac{1}{1 + e^{-(w_0 + w_1x_1 + ... + w_mx_m)}}

其中，参数 w_0, w_1, ..., w_m 由训练数据拟合得出，用于刻画各特征对最终结果的影响强度。

2.3 理论局限性

数据偏差（Data Bias）：当训练样本中“沉默用户”（缺乏行为记录）占比过高时，模型容易偏向活跃用户的行为模式，导致画像无法准确反映整体用户的真实分布。

特征泛化（Feature Generalization）：若标签定义过于宽泛或抽象（如“高价值用户”），将难以支撑具体运营策略的制定——例如，这类用户更需要专属客服还是优惠激励？缺乏细化标签会导致决策模糊。

动态性（Dynamicity）：用户需求随生命周期或外部环境变化而演变。例如，从“单身”到“已婚”，消费重心可能由个人娱乐转向家庭支出。若画像系统未能及时更新，基于旧标签做出的推荐或营销策略将失去有效性。

2.4 竞争范式分析

当前主流的用户画像建模框架可分为三类，各自适用于不同复杂度的应用场景：

三、架构设计：用户画像系统的组件分解与交互

3.1 系统分解：五层架构

完整的用户画像系统通常划分为五个层次，依次为：数据采集层 → 数据处理层 → 标签体系层 → 模型构建层 → 应用层，整体架构如图1所示。

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    A[基础标签] --> B[行为标签]
    B --> C[偏好标签]
    C --> D[预测标签]
    A --> 性别、年龄、地域
    B --> 近7天浏览次数、近30天购买金额
    C --> 喜欢的产品类别、对价格敏感
    D --> 未来7天购买概率、 churn风险

3.1.1 数据采集层

数据类型包括：

• 属性数据：用户注册信息（性别、年龄、地域）、第三方平台提供的补充数据（如征信信息、社交关系链）；
• 行为数据：APP 或网页上的浏览、点击、收藏、停留时长等操作轨迹；
• 交易数据：订单金额、支付方式、退款退货记录等；
• 内容数据：用户生成的内容，如评论、点赞、转发等非结构化信息。

采集方式主要有：

• 埋点（SDK）：在客户端嵌入监测代码，实时捕获用户行为（如百度统计、友盟+）；
• 日志采集：通过服务器日志（如 Nginx 访问日志）还原用户访问路径；
• 第三方接口调用：经用户授权后，从微信、支付宝等平台获取社交或支付相关数据。

3.1.2 数据处理层

本层的核心任务是将原始、杂乱的数据转化为干净、统一、结构化的格式，主要包括以下步骤：

• 数据清洗：剔除重复记录（如同一用户的多次注册）、填补缺失字段（如使用随机森林预测缺失年龄）、识别并过滤异常行为（如利用孤立森林检测机器人流量）；
• 数据融合：基于唯一用户标识（如 user_id），整合来自多个渠道的数据源，形成统一的用户视图（如合并线上行为与线下消费记录）；
• 数据存储：结构化数据采用列式存储格式（如 Parquet、ORC）提升查询效率，非结构化数据（如图片、视频、文本）则存入对象存储系统（如 AWS S3、阿里云 OSS）。

3.1.3 标签体系层

标签体系构成用户画像的“骨架”，其设计应遵循三大原则：业务导向、分层分类、具备可扩展性。常见的标签层级结构分为四层，如图2所示：

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    A[基础标签] --> B[行为标签]
    B --> C[偏好标签]
    C --> D[预测标签]
    A --> 性别、年龄、地域
    B --> 近7天浏览次数、近30天购买金额
    C --> 喜欢的产品类别、对价格敏感
    D --> 未来7天购买概率、 churn风险

基础标签：描述用户的静态属性，如性别、年龄、城市等，来源于注册资料或外部数据源；

行为标签：反映用户近期活动情况，如“近7天浏览频次”、“过去30天累计消费额”，通常通过统计方法生成；

偏好标签：揭示用户的兴趣倾向，如“偏好运动品类”、“价格敏感型消费者”，常借助协同过滤、自然语言处理（NLP）等技术挖掘；

预测标签：基于模型对未来行为的预判，如“未来7天购买概率”、“流失风险等级”，多由机器学习或深度学习模型输出。

在用户行为分析中，利用机器学习模型对用户的未来行为进行预测是一项关键任务，例如“未来7天内的购买概率”或“流失（churn）风险”的评估。

3.1.4 模型构建层

该层级的核心目标是“将原始数据转化为结构化标签”。依据标签的类型不同，采用相应的建模方法：

• 基础标签：通过规则引擎生成，如“性别=男”仅当注册信息中的性别字段明确标注为男性；
• 行为标签：使用统计类模型，典型的是RFM模型，其中R代表最近一次购买时间，F表示购买频率，M对应累计消费金额，综合三者评估客户价值；
• 偏好标签：结合协同过滤技术（比如基于用户的相似性推荐其邻近用户喜爱的商品）以及自然语言处理技术（如利用BERT模型从用户评论中提取情感倾向和主题特征）；
• 预测标签：采用机器学习算法实现，包括逻辑回归用于购买可能性预测、随机森林判断用户流失风险、LSTM网络捕捉用户行为序列的时间依赖性。

3.1.5 应用层

作为用户画像系统的输出接口，应用层负责将标签体系转化为实际业务动作，主要应用场景如下：

• 个性化推荐：将用户的偏好标签输入至推荐系统（如协同过滤模型），生成定制化商品列表。例如，“用户A有运动爱好”，则向其推荐跑步鞋等产品；
• 精准营销：根据预测结果（如“未来7天内高购买概率”）触发营销策略，在营销系统中自动推送匹配的优惠券（如“满200减50”）；
• 客户分层管理：借助聚类算法（如K-Means）将用户划分为“高价值用户”“潜力用户”“流失用户”等群体，并制定差异化运营方案——例如为高价值用户提供专属客服服务，对流失用户发送召回邮件。

3.2 设计模式的应用

为提升系统灵活性与可维护性，常引入经典软件设计模式：

• 管道-过滤器模式（Pipe-Filter）：应用于数据流转过程，如“数据采集→清洗→融合→存储”。每个处理环节作为一个独立的过滤器，通过管道串联，便于模块扩展与替换；

  graph TD
      A[基础标签] --> B[行为标签]
      B --> C[偏好标签]
      C --> D[预测标签]
      A --> 性别、年龄、地域
      B --> 近7天浏览次数、近30天购买金额
      C --> 喜欢的产品类别、对价格敏感
      D --> 未来7天购买概率、 churn风险

• 观察者模式（Observer）：支持实时更新用户画像。一旦用户产生新的行为日志（如点击、下单），系统自动监听并触发相关标签的重新计算，保障画像时效性；
• 工厂模式（Factory）：根据不同业务场景动态创建特定类型的用户画像实例，如基础画像、行为画像或预测画像，统一接口下灵活调用对应模型组件。

四、实现机制：从代码到性能优化

4.1 算法复杂度分析

各阶段的计算开销如下：

• 数据采集：时间复杂度为 O(n)，其中 n 表示数据总量，主要受埋点覆盖广度影响；
• 数据清洗：去重操作需排序后执行，复杂度为 O(n log n)；缺失值填充通常采用线性插值法，复杂度为 O(n)；
• 标签计算：
  • 统计模型（如RFM）：O(n)；
  • 机器学习模型（如逻辑回归）：O(n·m)，m 为特征维度；
  • 深度学习模型（如Transformer）：O(n·d)，d 为隐藏层大小；
• 实时画像处理：流式框架（如Flink）具备低延迟特性，处理复杂度约为 O(n)；批处理框架（如Hadoop）因涉及大规模排序聚合，复杂度可达 O(n log n)。

4.2 优化代码实现：用户购买概率预测

以下是一个完整的Python示例，展示了从数据预处理到模型训练再到用户画像生成的全流程：

import pandas as pd
from sklearn.preprocessing import StandardScaler
from sklearn.linear_model import LogisticRegression
from sklearn.model_selection import train_test_split
from sklearn.metrics import accuracy_score, roc_auc_score

# 1. 数据采集（示例数据：用户行为记录）
data = pd.read_csv('user_behavior.csv')
# 数据字段说明：user_id, browse_time, click_count, purchase_time, product_category

# 2. 数据清洗
data = data.drop_duplicates()  # 去除重复记录
data['browse_time'] = pd.to_datetime(data['browse_time'])  # 统一时间格式
data['purchase_time'] = pd.to_datetime(data['purchase_time'])
data['is_purchase'] = (data['purchase_time'].notnull()).astype(int)  # 构造目标变量：1表示已购买，0表示未购买

# 3. 特征工程
# 提取浏览发生的具体小时段
data['browse_hour'] = data['browse_time'].dt.hour

# 对产品类别进行One-Hot编码
data = pd.get_dummies(data, columns=['product_category'])

# 对数值型特征进行标准化处理（点击次数、浏览小时）
scaler = StandardScaler()

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    A[基础标签] --> B[行为标签]
    B --> C[偏好标签]
    C --> D[预测标签]
    A --> 性别、年龄、地域
    B --> 近7天浏览次数、近30天购买金额
    C --> 喜欢的产品类别、对价格敏感
    D --> 未来7天购买概率、 churn风险

# 特征标准化处理
numeric_features = ['click_count', 'browse_hour']
data[numeric_features] = scaler.fit_transform(data[numeric_features])

# 模型构建与训练：使用逻辑回归预测用户购买概率
X = data.drop(['user_id', 'browse_time', 'purchase_time', 'is_purchase'], axis=1)
y = data['is_purchase']
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=42)

model = LogisticRegression()
model.fit(X_train, y_train)

# 模型性能评估指标输出
y_pred = model.predict(X_test)
y_prob = model.predict_proba(X_test)[:, 1]
print(f"Accuracy: {accuracy_score(y_test, y_pred):.2f}")
print(f"ROC-AUC: {roc_auc_score(y_test, y_prob):.2f}")

# 用户画像生成：基于模型结果计算每个用户的平均购买概率
user_profile = data.groupby('user_id').apply(lambda x: model.predict_proba(X.loc[x.index])[:, 1].mean())
user_profile = user_profile.reset_index(name='purchase_probability')
print(user_profile.head())

4.3 异常与边缘场景应对策略

• 沉默用户（无行为记录）：采用群体画像进行补全，例如将“25-30岁女性”这一人群的平均购买概率作为默认值；
• 异常行为识别（如机器人刷点击）：引入孤立森林（Isolation Forest）算法检测偏离正常模式的数据点，例如点击次数超过均值三倍的用户被视为异常；
• 年龄信息缺失：利用随机森林模型对缺失值进行预测，以性别、地域、消费金额等为特征，年龄为目标变量；
• 多账号问题（同一用户多个ID）：通过实体识别技术（Entity Resolution），结合姓名、手机号等关键字段进行账号合并。

4.4 系统性能优化方向

实时性提升：采用流式处理框架（如Flink）替代传统的批处理架构（如Hadoop），实现从小时级到秒级的响应延迟降低；

存储效率优化：使用列式存储格式（如Parquet）保存结构化数据，相较传统行存数据库（如MySQL）可节省超过50%的空间；

计算性能增强：借助分布式计算平台（如Spark）提高大规模数据处理能力，例如使用Spark SQL计算RFM标签，速度比单机Python脚本快10倍以上；

资源调度与加速：在深度学习任务中启用GPU支持（如TensorFlow GPU版本），训练Transformer类模型时性能较CPU提升可达5倍以上。

五、落地实践：从需求分析到系统部署

5.1 实施路径：六步方法论

1. 需求调研：明确核心业务目标，例如“提升推荐系统的点击率”或“减少客户流失”；
2. 数据规划：确定需采集的数据维度，包括浏览行为、购买记录、评论内容等；
3. 标签体系构建：根据业务逻辑设计分层标签结构，例如“高价值用户”定义为“近30天消费额>1000元且购买频次≥2次”；
4. 模型开发：依据标签类型选择合适算法，“购买概率”使用逻辑回归，“兴趣偏好”则采用协同过滤；
5. 上线验证：通过A/B测试对比效果，例如一组使用画像驱动推荐，另一组随机推荐，观察点击率差异；
6. 持续迭代：根据实际表现（如转化率变化）优化标签规则和模型结构，例如加入“评论情感倾向”提升推荐精准度。

5.2 画像系统的集成方案

• 对接推荐系统：将用户偏好标签（如“喜爱运动品类”）输入推荐引擎（如协同过滤模型），生成个性化商品列表（例：“用户A偏爱运动装备，优先推荐跑步鞋”）；
• 连接营销系统：将预测结果（如“未来7天高购买可能性”）传递至营销平台，触发定向优惠券发放（如“满200减50”促销活动）；
• 整合CRM系统：将用户分层标签（如“高价值客户”“潜在用户”）同步至客户关系管理系统，实施差异化运营策略（如专属客服服务或新人福利推送）。

5.3 部署阶段的关键考量因素

云原生架构部署：应用容器化（Docker打包），并通过Kubernetes实现集群管理，具备良好的可扩展性——当用户规模增长时自动扩容节点资源；

隐私与合规保障：遵循GDPR、CCPA等数据保护法规，采用差分隐私、联邦学习等隐私计算技术处理敏感信息（如医疗健康数据）；

系统监控与告警机制：集成Prometheus与Grafana实现对画像系统运行状态的可视化监控，设置关键阈值（如处理延迟超过10秒即触发报警）。

5.4 运营维护与管理体系

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    A[基础标签] --> B[行为标签]
    B --> C[偏好标签]
    C --> D[预测标签]
    A --> 性别、年龄、地域
    B --> 近7天浏览次数、近30天购买金额
    C --> 喜欢的产品类别、对价格敏感
    D --> 未来7天购买概率、 churn风险

建立常态化的运营机制，涵盖模型更新频率、标签有效性审核、系统稳定性巡检等内容。定期评估画像对业务的实际贡献，并结合反馈闭环持续优化整体架构。

在大数据时代，用户画像的构建与应用已成为企业实现个性化服务的核心手段。为确保画像的有效性与安全性，需从更新机制、质量控制到反馈优化等多个维度进行系统化设计。

更新频率：不同类型的标签根据其时效性需求设定不同的更新周期——基础标签如性别、年龄等每月更新一次；行为类标签如浏览、购买频次则每日更新；而预测类标签（如未来7天购买概率）由于依赖实时数据，采用每小时更新机制，以保证推荐结果的精准度。

质量评估：定期通过真实用户的行为数据对画像标签进行验证，例如使用历史购买记录来检验“购买概率”标签的准确率，从而持续监控和提升模型表现。

反馈闭环：将业务端的实际效果（如推荐系统的点击率变化）反向传递至模型开发团队，用于优化标签体系与算法逻辑。例如，当发现点击率提升不明显时，可能反映出偏好识别不够精细，此时可引入“评论情感分析”作为新的标签维度，增强用户兴趣刻画的深度。

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    A[基础标签] --> B[行为标签]
    B --> C[偏好标签]
    C --> D[预测标签]
    A --> 性别、年龄、地域
    B --> 近7天浏览次数、近30天购买金额
    C --> 喜欢的产品类别、对价格敏感
    D --> 未来7天购买概率、 churn风险

5.5 案例研究：某电商平台的用户画像实践

业务目标：显著提升推荐系统的点击率与转化效率。

数据规划：全面采集用户在平台内的多维行为数据，包括浏览路径、点击动作、交易订单及商品评论等内容，形成完整的数据基础。

标签体系设计：

• 基础标签：涵盖用户的静态属性，如性别、年龄段、所在地域；
• 行为标签：量化近期活跃程度，如近7日内的页面浏览次数、过去30天累计消费金额；
• 偏好标签：通过协同过滤算法挖掘用户喜爱的产品类别，并结合优惠券点击频率判断其对价格的敏感度；
• 预测标签：利用逻辑回归模型预测用户在未来7天内完成购买的可能性。

模型开发：采用协同过滤技术提取用户偏好特征，同时运用逻辑回归模型进行购买意向预测，构建兼具解释性与准确性的双模型架构。

上线效果：实施后，推荐系统的点击率由8%上升至15%，转化率也从2%提高到4%，展现出显著的业务价值。

六、高级考量：大数据时代的挑战与未来

6.1 扩展动态：多模态与跨平台

多模态数据融合：整合文本（如商品评论）、图像（用户上传的生活照）、语音（客服通话录音）等多种数据源，实现更立体的用户理解。例如，“用户A上传了跑步场景的照片，并在评论中提及‘需要一双耐磨的跑步鞋’”，系统可据此推断其短期内有相关购物意图。

跨平台画像：打通电商、社交网络与支付工具之间的数据壁垒，构建统一的用户视图。例如，“用户B在微信聊天中表达换机意愿，在京东频繁查看手机型号，且支付宝账户余额充足”，综合判断其极有可能在短期内完成购机行为。

6.2 安全影响：数据泄露与模型攻击

数据泄露防护：用户画像涉及大量敏感信息（如年龄、消费习惯），必须采取AES加密存储、HTTPS安全传输等措施，防止数据在静态或流动过程中被非法获取。

模型攻击防范：恶意攻击者可能通过机器人刷量等方式伪造用户行为，干扰画像准确性。为此，应部署异常检测机制（如孤立森林算法），自动识别并过滤虚假行为数据。

隐私计算技术：采用差分隐私方法在原始数据中添加可控噪声，使得个体信息不可还原（如将“用户A的购买金额”模糊为“100元±10元”）；同时借助联邦学习，使多个机构（如电商平台与银行）能在不共享原始数据的前提下联合建模，共同生成信用画像。

6.3 伦理维度：算法偏见与隐私侵犯

算法偏见治理：若训练数据中存在性别刻板印象（如女性多买服饰、男性多购电子产品），模型可能放大此类偏差，导致推荐失衡。可通过公平性算法（如对抗去偏Adversarial Debiasing）调整模型输出，减少歧视性推荐。

隐私侵犯防范：对于用户不愿公开的信息（如健康状况），应避免直接采集，转而通过隐私保护技术间接推导有用特征，确保敏感信息不外泄。

用户授权机制：依据《个人信息保护法》（PIPL）要求，企业必须明确告知用户数据用途（如“收集您的浏览记录用于生成个性化推荐画像”），并在获得明确同意后方可处理相关数据。

6.4 未来演化方向

隐私计算驱动的画像：依托联邦学习与差分隐私技术，解决“数据孤岛”与“隐私保护”之间的矛盾，在保障合规的同时释放数据价值。

多模态智能画像：融合文本、图像、语音等异构信息，生成更加全面、细腻的用户描述，提升理解深度。

实时动态画像：基于流式计算框架（如Flink）与序列建模技术（如LSTM），实现毫秒级画像更新，支撑实时推荐、即时营销等高响应场景。

自进化画像：引入强化学习（如DQN）机制，让画像系统具备自我优化能力。例如，“用户A的兴趣从运动装备转向家庭用品”，系统能自动识别趋势变化，并新增“婴儿用品偏好”等标签，实现动态适应。

七、综合与拓展：从技术到战略

7.1 跨领域应用

医疗领域：整合患者的病历、诊断报告与用药记录，构建患者画像，辅助医生制定个性化治疗方案。例如，“患者B有糖尿病史”，系统可推荐低糖药物组合。

教育领域：分析学生作业完成情况、考试成绩与学习资源浏览行为，生成学生画像，支持因材施教。例如，“学生C在代数模块得分偏低”，系统自动推送针对性练习题。

金融领域：结合用户的交易流水、信用评分与线上行为模式，建立风控画像。例如，“用户D近期交易频率骤增”，系统预警其潜在违约风险。

7.2 研究前沿

联邦用户画像（Federal User Profiling）：突破数据隔离限制，允许多方在不交换原始数据的情况下协作建模，典型应用场景包括电商平台与金融机构联合构建用户信用画像。

可解释用户画像（Explainable User Profiling）：运用LIME、SHAP等可解释AI工具，揭示标签生成逻辑。例如，“用户A被判定为高购买概率，原因在于其最近多次浏览并收藏了某款跑步鞋”。

动态用户画像（Dynamic User Profiling）：采用LSTM、Transformer等序列模型捕捉用户行为演变规律，预测下一步动作（如“用户B接下来可能会查看某类商品”），实现前瞻性画像构建。

7.3 开放问题

• 如何在提升画像精度的同时有效保护用户隐私？
• 面对用户兴趣的快速变迁，如何实现画像的高效实时更新？
• 如何建立科学、可量化的评价体系来衡量用户画像的实际效果？
• 如何设计灵活可扩展的标签结构，以应对不断变化的业务需求？

7.4 战略建议

企业层面：始终坚持以实际业务需求为导向，避免盲目建设用户画像系统。画像不是目的，而是服务于增长、体验优化与决策支持的工具，应聚焦于能否带来可衡量的价值提升。

用户画像是大数据时代企业实现“以用户为中心”转型的核心工具，其本质在于构建一个从“数据”到“知识”再到“决策”的转化引擎。在当前技术与业务深度融合的背景下，用户画像的建设已不再仅仅是算法或数据的堆砌，而是一个涵盖架构设计、代码实现、性能调优及实际应用落地的系统性工程。

要打造高质量的用户画像体系，首先必须重视数据质量——缺乏高质量的数据支撑，再先进的模型也无法发挥应有效能；其次，需积极拥抱隐私计算技术，在保障数据合规的前提下释放数据价值；同时，建立闭环反馈机制至关重要，通过持续跟踪业务效果反哺画像优化，形成良性迭代循环。

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    A[基础标签] --> B[行为标签]
    B --> C[偏好标签]
    C --> D[预测标签]
    A --> 性别、年龄、地域
    B --> 近7天浏览次数、近30天购买金额
    C --> 喜欢的产品类别、对价格敏感
    D --> 未来7天购买概率、 churn风险

面向未来，研究者们正聚焦于三大方向：探索更加高效的多模态数据融合方法，提升信息整合能力；开发更具可解释性的用户画像模型，增强决策透明度；推进更高效的实时画像处理技术，满足动态场景需求。

总而言之，在数据驱动的时代，企业若想保持竞争优势，就必须掌握“用数据看见用户”的能力。借助用户画像，将庞杂的海量数据转化为精准的用户洞察，不仅支撑个性化推荐与智能决策，更推动企业完成从产品导向向用户中心的战略跃迁。

参考资料

• 舍恩伯格. 大数据时代[M]. 浙江人民出版社, 2013.
• Gartner. Top Trends in Data and Analytics[R]. 2023.
• 《User Modeling and User-Adapted Interaction》期刊.
• 论文《Federal Learning for User Profiling in Mobile Networks》[J]. IEEE Transactions on Mobile Computing, 2022.
• 论文《Explainable User Profiling with LIME》[C]. ACM Conference on User Modeling, Adaptation and Personalization, 2021.