全文检索引擎Apache Lucene词汇表和架构

Posted 2021-05-02 曼路程序人生

1）基本词汇：

文档 （document）：索引和搜索时使用的主要数据载体，包含一个或多个存有数据的字段。 可以看成相当于RDBMS的表记录（record）

字段 （field）：文档的一部分，包含名称和值两部分。 可以相当于RDBMS的列（column)

词 （term）：一个搜索单元，表示文本中的一个词。

标记 （token）：表示在字段文本中出现的词，由这个词的文本、开始和结束偏移量以及类型组成。

 

Apach Lucene将所有信息写到一个倒排索引（inverted index）的数据结构中，其中的数据是面向词而不是面向文档的，倒排索引建立了索引中词和文档之间的映射。

举个例子，有以下三篇文档的标题字段需要被索引：

Elasticsearch Server 1.0 (document 1)；

Mastering Elasticsearch (document 2)；

Apache Solr 4 Cookbook (document 3)。

 

那么简化版的索引可以看成是这样的：

词	计数	文档
1.0	1	1> 1>
4	1	3> 3>
Apache	1	3> 3>
Cookbook	1	3> 3>
Elasticsearch	2	1>,2> 2>1>
Mastering	1	2> 2>
Server	1	1> 1>
Solr	1	3> 3>

每一个词指向包含它的文档编号。这样就可以执行一种非常高效且快速的搜索，比如基于词的查询。此外，每个词有一个计数，告诉Lucene该词出现的频率。实际Lucene创建的索引要比这个复杂及先进许多，创建的额外文件包含了词向量（term vector），文档值（doc value）等信息。

 

每个索引分为多个“写一次，读多次”（write once and read many time）的段（segment）。多个段可以通过段合并 （segments merge）合并在一起。当强制段合并或者Lucene决定合并时，这些小段就会由Lucene合并成更大的一些段。合并需要I/O。在合并时，不再需要的信息将被删除（例如，被删除的文档）。除此之外，检索大段比检索存有相同数据的多个小段速度更快。

 

2）输入数据分析：

传入的文档中的数据怎样转化成倒排索引，查询文本怎样变成可被搜索的词？这个数据转化过程被称为分析（analyze）。分析的工作由分析器（analyzer） 完成，它由一个 分词器 （tokenizer）和零个或多个标记过滤器（token filter）组成，也可以有零个或多个字符映射器（character mapper）。

Lucene中的分词器把文本分割成多个标记，基本就是词加上一些额外信息，比如该词在原始文本中的位置和长度。分词器的处理结果称为 标记流 （token stream），它是一个接一个的标记，准备被过滤器处理。以下是一些过滤器例子。

小写过滤器（lowercase filter）：把所有的标记变成小写。

同义词过滤器（synonyms filter）：基于基本的同义词规则，把一个标记换成另一个同义的标记。

多语言词干提取过滤器（multiple language stemming filter）：减少标记（实际上是标记中的文本部分），得到词根或者基本形式，即词干。

 

建立索引时，Lucene会使用你选择的分析器来处理你的文档内容。不同的字段可以使用不同的分析器，也可以不分析字段。

查询时，查询将被分析。但是，也可以选择不分析。记住这一点很关键，因为一些Elasticsearch查询被分析，一些则不然。例如，前缀和词查询不被分析，匹配查询则被分析。可以在被分析查询和不被分析查询两者中选择非常有用。有时，可能希望查询一个未经分析的字段，而有时则希望有全文搜索的分析。如果我们查询LightRed这个词，标准分析器分析这个查询后，会去查询light和red；如果我们使用不经分析的查询类型，则会明确地查询LightRed这个词。索引应该和查询词匹配。如果它们不匹配，Lucene不会返回所需文档。

 

3）评分（scoring）和查询相关性：

得分是根据文档和查询的匹配度使用计分公式计算的结果。默认情况下，Apache Lucene使用TF/IDF（term frequency/inverse document frequency，词频/逆向文档频率）评分机制，这是一种计算文档在我们查询上下文中相关度的算法。当然，它不是唯一可用的算法。Elasticsearch和Lucene计算的分数值越高，意味着文档越相关。一些参数（比如boost）、不同的查询类型、不同的评分算法，都会影响得分的计算。

引用：Marek Rogoziński; Rafał Kuć. Elasticsearch服务器开发（第2版）人民邮电出版社.