A/B测试

原作者：腾讯技术工程 原链接：https://www.zhihu.com/question/20045543/answer/1103961403

实验设计

AB Test 实验一般有 2 个目的：

1. 判断哪个更好：例如，有 2 个 UI 设计，究竟是 A 更好一些，还是 B 更好一些，我们需要实验判定
   
2. 计算收益：例如，最近新上线了一个直播功能，那么直播功能究竟给平台带了来多少额外的 DAU，多少额外的使用时长，多少直播以外的视频观看时长等
   

我们一般比较熟知的是上述第 1 个目的，对于第 2 个目的，对于收益的量化，计算 ROI，往往对数据分析师和管理者非常重要。
对于一般的 ABTest 实验，其实本质上就是把平台的流量均匀分为几个组，每个组添加不同的策略，然后根据这几个组的用户数据指标，例如：留存、人均观看时长、基础互动率等等核心指标，最终选择一个最好的组上线。

实验的几个基本步骤一般如下：

流量分配

实验设计时有两个目标：

• 效率高：希望尽快得到实验结论，尽快决策
  
• 影响小：用户体验影响最小
• 收益大：希望收益最大化

因此经常需要在流量分配时有所权衡，一般有以下几个情况：

• 不影响用户体验：如 UI 实验、文案类实验等，一般可以均匀分配流量实验，可以快速得到实验结论
  
• 不确定性较强的实验：如产品新功能上线，一般需小流量实验，尽量减小用户体验影响，在允许的时间内得到结论
  
• 希望收益最大化的实验：如运营活动等，尽可能将效果最大化，一般需要大流量实验，留出小部分对照组用于评估 ROI
  

根据实验的预期结果，大盘用户量，确定实验所需最小流量，可以通过一个网站专门计算所需样本量：

• 以次日留存率为例，目前大盘次日留存率 80%，预期实验能够提升 0.2个百分点
  （这里的留存率可以转换为点击率、渗透率等等，只要是比例值就可以，如果估不准，为了保证实验能够得到结果，此处可低估，不可高估，也就是 0.2个百分点 是预期能够提升地最小值）
• 网站计算，最少样本量就是 63W
  （这里的最少样本量，指的是最少流量实验组的样本量）
• 如果我们每天只有 5W 的用户可用于实验（5W 的用户，指最少流量实验组是 5W 用户），63/ 5 = 13 天，我们需要至少 13 天才能够得到实验结论

如果我们预期提升的指标是人均时长、人均 VV 等，可能就比较复杂了，我们需要运用 t 检验反算，需要的样本量：

实验效果

我们以一个稍复杂点的运营活动实验为例，活动有方案 1、方案 2，同时为了量化 ROI，对照组没有运营活动。

需要回答几个问题

1. 方案 1 和方案 2，哪个效果更好？
   
2. 哪个 ROI 更高？
   
3. 长期来看哪个更好？
   
4. 不同群体有差异吗？
   

第 1 个问题，方案 1 和方案 2，哪个效果更好？
还是要运用假设检验，对于留存率、渗透率等漏斗类指标，采用卡方检验：

对于人均时长类等均值类指标，采用t 检验：

通过上假设检验，如果结论置信，我们就能够得到方案 1 和方案 2 在哪像指标更好（有显著性差异）， 对于不置信的结论，尽管方案 1 和方案 2 的指标可能略有差异，但可能是数据正常波动产生。
第 2 个问题，哪个 ROI 更高？
一般有活动相比无活动，留存、人均时长等各项指标均会显著，我们不再重复上述的假设检验过程。
对于 ROI 的计算，成本方面，每个实验组成本可以直接计算，对于收益方面，就要和对照组相比较，假定以总日活跃天（即 DAU 按日累计求和）作为收益指标，需要假设不做运营活动，DAU 会是多少，可以通过对照组计算，即：

• 实验组假设不做活动日活跃天 = 对照组日活跃天 * （实验组流量 / 对照组流量）
  
• 实验组收益 = 实验组日活跃天 - 实验组假设不做活动日活跃天
  

这样就可以量化出每个方案的 ROI。
第 3 个问题，长期来看哪个更好？
这里就要考虑新奇效应的问题了，一般在实验上线前期，用户因为新鲜感，效果可能都不错，因此在做评估的时候，需要观测指标到稳定态后，再做评估。

例如有的时候出现，刚刚上线前期，实验组效果更好，但是经过以端时间，用户的新鲜感过去了，实验组的效果可能更差，因此，从长远收益来看，我们应该选择对照组，是实验组的新奇效应欺骗了我们，在做实验分析时，应剔除新奇效应的部分，待平稳后，再做评估
第 4 个问题，不同用户群体有差异吗？
很多情况下，对新用户可能实验组更好，老用户对照组更好；对年轻人实验组更好，中年人对照组更好，
作为数据分析师，分析实验结论时，还要关注用户群体的差异。

实验结束

实验结束后需要：

• 反馈实验结论，包括直接效果（渗透、留存、人均时长等）、ROI
  
• 充分利用实验数据，进一步探索分析不同用户群体，不同场景下的差异，提出探索性分析
  
• 对于发现的现象，进一步提出假设，进一步实验论证
  

更高级的实验
对于长线业务，可能同时有数十个实验同时进行，不但对比每项小迭代的差异，同时对比专项对大盘的贡献量、部门整体对大盘的贡献量，这样就需要运用到了实验的层域管理模型。

• 对比每个产品细节迭代的结果
  
• 对比每个专项在一个阶段的贡献
  
• 对比整个项目在一个阶段的贡献
  

多个活动交集量化的实验设计

作为数据分析师，多团队合作中，经常遇到多业务交集的问题，以我近期主要负责的春节活动为例，老板会问：

• 春节活动-明星红包子活动贡献了多少 DAU？春节活动-家乡卡子活动贡献了多少 DAU？
  
• 春节活动总共贡献了多少 DAU？
  

严谨一点，我们采用了 AB 实验的方式核算，最终可能会发现一个问题：春节活动各个子活动的贡献之和，不等于春节活动的贡献，为什么呢？

• 有的时候，活动 A 和活动 B，有着相互放大的作用，这个时候就会 1+1 > 2
  
• 还有的时候，活动 A 和活动 B，本质上是在做相同的事情，这个时候就会 1+1 < 2
  

这个时候，我们准确量化春节活动的贡献，就需要一个【贯穿】所有活动的对照组，在 AB 实验系统中通俗称作贯穿层。

（说明：实验中，各层的流量是正交的，简单理解，例如，A 层的分流采用用户 ID 的倒数第 1 位，B 层的分流采用用户 ID 的倒数第 2 位，在用户 ID 随机的情况下，倒数第 1 位和倒数第 2 位是没有关系的，也称作相互独立，我们称作正交。当然，AB Test 实验系统真实的分流逻辑，是采用了复杂的 hash 函数、正交表，能够保证正交性。）
这样分层后，我们可以按照如下的方式量化贡献：

• 计算春节活动的整体贡献：实验填充层-填充层填充组 VS 贯穿层-贯穿层填充组
  
• 计算活动 A 的贡献：活动 A 实验层中，实验组 VS 对照组
  

• 计算活动 B 的贡献：活动 B 实验层中，实验组 VS 对照组
  

  业务迭代的同时，如何与自身的过去比较

  上面谈到了【贯穿层】的设计，贯穿层的设计其实不但可以应用在多个活动的场景，有些场景，我们的业务需要和去年或上个季度的自身对比，同时业务还不断在多个方面运用 AB Test 迭代。
  
  类似与上面这种层次设计，在推荐系统中较为常见，在某一些产品或系统中，贯穿层不能够完全没有策略，那么采用去年或上个季度的策略，代表着基准值，从而量化新一个周期的增量贡献
  我们可以量化：

• 每个小迭代对整个系统的贡献：实验层中的实验组 VS 对照组
  

• 周期内，系统全部迭代与上个周期的比较：实验填充层 VS 贯穿层 1（或贯穿层 2）
  

• 同时，可以量化去年策略的自然增长或下降，以衡量旧有系统是否具有长期的适用性（作为系统设计者，更应鼓励设计具有长期适应性的系统）：贯穿层 1（上个季度的策略）VS 贯穿层 2（去年的策略）
  

  更为复杂的实验设计

  我以我目前负责的业务，微视任务福利中心的实验设计为例，举例一个更复杂的实验系统设计，综合了上面提到的 2 个目的：

• 量化每一个实验迭代为系统带来的增量贡献

• 量化每一类迭代（如 UI 迭代、策略迭代），在一个阶段的增量贡献
• 量化系统整体在上一个周期（季度、年）的增量贡献
• 量化任务福利中心的整体 ROI（本质上，是给用户一些激励，促进用户活跃，获得更多商业化收益，所以和推荐系统不同的是，需要有完全没有任务福利中心的对照组，用户量化 ROI）