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什么是全文檢索

2020-09-15 17:00:03 資料庫

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全文檢索技術被廣泛的應用于搜索引擎,查詢檢索等領域,我們在網路上的大部分搜索服務都用到了全文檢索技術,

對于資料量大、資料結構不固定的資料可采用全文檢索方式搜索,比如百度、Google等搜索引擎、論壇站內搜索、電商網站站內搜索等,

什么是全文檢索呢?先看一下百度百科的專業定義,

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為了能更好的理解,我們先看一個簡單的例子,

案例

實作一個檔案的搜索功能,通過關鍵字搜索檔案,凡是檔案名或檔案內容包括關鍵字的檔案都需要找出來,還可以根據中文詞語進行查詢,并且需要支持多個條件查詢,

本案例中的原始內容就是磁盤上的一些示例檔案,如下圖:

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如果用資料庫實作的話,資料庫中的搜索很容易實作,通常都是使用sql陳述句進行查詢,而且能很快的得到查詢結果,

為什么資料庫搜索很容易?

因為資料庫中的資料存盤是有規律的,有行有列而且資料格式、資料長度都是固定的,

但是,我們生活中的資料總體是分為兩種的:結構化資料和非結構化資料,

結構化資料:指具有固定格式或有限長度的資料,如資料庫,元資料等,

非結構化資料:指不定長或無固定格式的資料,如郵件,word檔案等磁盤上的檔案

結構化資料的查詢我們可以通過sql搞定,那么非結構化的呢?

非結構化資料的查詢方法

非結構化資料查詢有兩種辦法:

(1)順序掃描法(Serial Scanning)

所謂順序掃描,比如要找內容包含某一個字串的檔案,就是一個檔案一個檔案的看,對于每一個檔案,從頭看到尾,如果此檔案包含此字串,則此檔案為我們要找的檔案,接著看下一個檔案,直到掃描完所有的檔案,如利用windows的搜索也可以搜索檔案內容,只是相當的慢,

(2)全文檢索(Full-text Search)

將非結構化資料中的一部分資訊提取出來,重新組織,使其變得有一定結構,然后對此有一定結構的資料進行搜索,從而達到搜索相對較快的目的,這部分從非結構化資料中提取出的然后重新組織的資訊,我們稱之索引

例如:字典,字典的拼音表和部首檢字表就相當于字典的索引,對每一個字的解釋是非結構化的,如果字典沒有音節表和部首檢字表,在茫茫辭海中找一個字只能順序掃描,然而字的某些資訊可以提取出來進行結構化處理,比如讀音,就比較結構化,分聲母和韻母,分別只有幾種可以一一列舉,于是將讀音拿出來按一定的順序排列,每一項讀音都指向此字的詳細解釋的頁數,我們搜索時按結構化的拼音搜到讀音,然后按其指向的頁數,便可找到我們的非結構化資料——也即對字的解釋,

這種先建立索引,再對索引進行搜索的程序就叫全文檢索(Full-text Search),

雖然創建索引的程序也是非常耗時的,但是索引一旦創建就可以多次使用,全文檢索主要處理的是查詢,所以耗時間創建索引是值得的,

那么如何實作全文檢索呢?

Lucene

提到全文檢索,不得不提到的一個技術就是Lucene,Lucene是apache下的一個開放源代碼的全文檢索引擎工具包,提供了完整的查詢引擎和索引引擎,部分文本分析引擎,我們所熟知的全文檢索引擎Solr和ES都是基于Lucene的,

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1、綠色表示索引程序,對要搜索的原始內容進行索引構建一個索引庫,索引程序包括:

確定原始內容即要搜索的內容->采集檔案->創建檔案->分析檔案->索引檔案

?

2、紅色表示搜索程序,從索引庫中搜索內容,搜索程序包括:

用戶通過搜索界面->創建查詢->執行搜索,從索引庫搜索->渲染搜索結果

創建索引

也就是對檔案索引的程序,將用戶要搜索的檔案內容進行索引,索引存盤在索引庫(index)中,

比如剛才的這些檔案:

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我們要分析其中所有的單詞,將單詞、檔案名建立映射關系,

(對于單詞的切分包括了對原始檔案提取單詞、去除停用詞等程序,這個程序被稱為分詞)

我們分析其中的一篇檔案Lucene.txt:

原檔案內容:

Lucene is a Java full-text search engine. Lucene is not a complete

application, but rather a code library and API that can easily be used

to add search capabilities to applications.

我們可以分析后得到語匯單元:

lucene、java、full、search、engine,,,,

另一個檔案flink.txt加入幾個單詞:

java flink kakfa

我們也可以得到語匯單元:

java flink kakfa

這樣我們就建立了映射關系,lucene、java、full、search在Lucene.txt中,而flink不在Lucene.txt中,但是在flink.txt中,java即在Lucene.txt中,也在flink.txt中,

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那當我們查找lucene這個詞,就在Lucene.txt中,但是查找java時可以獲悉其在這兩個檔案中,

創建索引是對語匯單元索引,通過詞語找檔案,這種索引的結構就叫做叫倒排索引結構,

傳統方法是根據檔案找到該檔案的內容,在檔案內容中匹配搜索關鍵字,這種方法是順序掃描方法,資料量大、搜索慢,

倒排索引結構是根據內容(詞語)找檔案,如下圖:

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倒排索引結構也叫反向索引結構,包括索引和檔案兩部分,索引即詞匯表,它的規模較小,而檔案集合較大,

有倒排索引,對應肯定,有正向索引, 正向索引其實就是順序掃描所有檔案,這樣本身效率是極低的,

查詢索引

查詢索引也是搜索的程序,搜索就是用戶輸入關鍵字,從索引(index)中進行搜索的程序,根據關鍵字搜索索引,根據索引找到對應的檔案,從而找到要搜索的內容(這里指磁盤上的檔案),

我們這里就是通過查詢索引表,找到檔案所在的位置,就完成了查詢,但其他的場景可以靈活的把查詢出來的結果展示出去,比如我們的百度搜索時,為我們展示的是相關網頁,

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開發一個自己的全文檢索

手動去開發建立索引和查詢索引的功能需要大量的作業,好在lucene已經幫我們完成了大量的作業,只需要呼叫java api就可以完成相關作業,

但是Lucene的API過于底層,并不簡單易用,而且缺乏企業級的管理工具對其進行監控管理,于是企業級的全文檢索引擎就應運而生了,目前最流行的兩個就是:Solr和ES,他們都是建立在Lucene之上的,

Solr

Solr是Apache Lucene專案的開源企業搜索平臺,Solr是高度可擴展的,并提供了分布式搜索和索引復制,

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Solr由Java開發,運行在Servlet容器中,是一個獨立的全文搜索服務器,并具有強大的API和外部配置功能,使得無需編碼,便可對其調整以適應多種型別應用,

2010年Apache Lucene與Apache Solr專案合并,所以Lucene/Solr成為了Apache一個專案,

由此可見,Solr的優勢就是:

有一個成熟的開發者社區;本省比較穩定;支持多種格式的索引,

但是由于底層機制的限制,Solr的缺點也很明顯:

建立索引時,搜索效率下降;實時索引搜索效率不高,

ES

ES也就是Elasticsearch,是一個實時的分布式搜索和分析引擎,它可以用于全文搜索,結構化搜索以及分析,

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由于Lucene過于復雜,不方便使用,Elasticsearch使用Lucene作為內部引擎,但是Elasticsearch做搜索引擎時,只需要使用同一的API就可以,而不需要了解復雜的Lucene原理,

而且Elasticsearch不僅僅可以做全文搜索功能,在企業中可以作為:

  • 分布式實時檔案存盤;
  • 實時分析的分布式搜索引擎;

Elasticsearch的Restful API友好而且簡單,特別容易上手,

目前包括維基百科、Stackoverflow、Github等都是用Elasticsearch作為其搜索引擎,

ES簡單體驗

這里我們簡單使用一個ES完成一個全文檢索功能,

1、下載

首先在官網下載 ,官網地址:https://www.elastic.co/products/elasticsearch

下載地址如下:https://www.elastic.co/cn/downloads/elasticsearch

選擇自己系統的我們這選擇WIndows版本,

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同時我們可以下載kibana,kibana是配合ES的一個可視化工具,

2、安裝部署

解壓 放在d盤

隨后我們在命令列啟動:

C:\Users\JN>d:
D:>cd 
D:\elasticsearch-6.4.0>cd bin
D:\elasticsearch-6.4.0\bin>elasticsearch.bat

kibana也是

C:\Users\JN>d:
D:>cd kibana-6.4.0-windows-x86_64
D:\kibana-6.4.0-windows-x86_64>cd bin
D:\kibana-6.4.0-windows-x86_64\bin>kibana.bat

部署成功: 可以通過localhost:9200訪問es

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localhost:5601訪問kibana

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3、簡單使用

我們簡單體驗一下ES,打開kibana的DevTools工具,

分別插入兩條資料,并進行搜索,

使用編程語言呼叫ES也與這個類似,簡單易用,

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參考檔案:

lucene in action

Elasticsearch權威指南

更多ES,Flink,Kafka等實時流式計算的博文,歡迎關注實時流式計算:

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轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/shujuku/48495.html

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