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    北極心空

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    Lucene:基于Java的全文檢索引擎簡(jiǎn)介


    Lucene是一個(gè)基于Java的全文索引工具包。

    1. 基于Java的全文索引引擎Lucene簡(jiǎn)介:關(guān)于作者和Lucene的歷史
    2. 全文檢索的實(shí)現(xiàn):Luene全文索引和數(shù)據(jù)庫(kù)索引的比較
    3. 中文切分詞機(jī)制簡(jiǎn)介:基于詞庫(kù)和自動(dòng)切分詞算法的比較
    4. 具體的安裝和使用簡(jiǎn)介:系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹和演示
    5. Hacking Lucene:簡(jiǎn)化的查詢分析器,刪除的實(shí)現(xiàn),定制的排序,應(yīng)用接口的擴(kuò)展
    6. 從Lucene我們還可以學(xué)到什么

    基于Java的全文索引/檢索引擎——Lucene

    Lucene不是一個(gè)完整的全文索引應(yīng)用,而是是一個(gè)用Java寫的全文索引引擎工具包,它可以方便的嵌入到各種應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)針對(duì)應(yīng)用的全文索引/檢索功能。

    Lucene的作者:Lucene的貢獻(xiàn)者Doug Cutting是一位資深全文索引/檢索專家,曾經(jīng)是V-Twin搜索引擎(Apple的Copland操作系統(tǒng)的成就之一)的主要開發(fā)者,后在Excite擔(dān)任高級(jí)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)師,目前從事于一些INTERNET底層架構(gòu)的研究。他貢獻(xiàn)出的Lucene的目標(biāo)是為各種中小型應(yīng)用程序加入全文檢索功能。

    Lucene的發(fā)展歷程:早先發(fā)布在作者自己的www.lucene.com,后來發(fā)布在SourceForge,2001年年底成為APACHE基金會(huì)jakarta的一個(gè)子項(xiàng)目:http://jakarta.apache.org/lucene/

    已經(jīng)有很多Java項(xiàng)目都使用了Lucene作為其后臺(tái)的全文索引引擎,比較著名的有:

    • Jive:WEB論壇系統(tǒng);
    • Eyebrows:郵件列表HTML歸檔/瀏覽/查詢系統(tǒng),本文的主要參考文檔“TheLucene search engine: Powerful, flexible, and free”作者就是EyeBrows系統(tǒng)的主要開發(fā)者之一,而EyeBrows已經(jīng)成為目前APACHE項(xiàng)目的主要郵件列表歸檔系統(tǒng)。
    • Cocoon:基于XML的web發(fā)布框架,全文檢索部分使用了Lucene
    • Eclipse:基于Java的開放開發(fā)平臺(tái),幫助部分的全文索引使用了Lucene

    對(duì)于中文用戶來說,最關(guān)心的問題是其是否支持中文的全文檢索。但通過后面對(duì)于Lucene的結(jié)構(gòu)的介紹,你會(huì)了解到由于Lucene良好架構(gòu)設(shè)計(jì),對(duì)中文的支持只需對(duì)其語言詞法分析接口進(jìn)行擴(kuò)展就能實(shí)現(xiàn)對(duì)中文檢索的支持。

    全文檢索的實(shí)現(xiàn)機(jī)制

    Lucene的API接口設(shè)計(jì)的比較通用,輸入輸出結(jié)構(gòu)都很像數(shù)據(jù)庫(kù)的表==>記錄==>字段,所以很多傳統(tǒng)的應(yīng)用的文件、數(shù)據(jù)庫(kù)等都可以比較方便的映射到Lucene的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)/接口中。總體上看:可以先把Lucene當(dāng)成一個(gè)支持全文索引的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)

    比較一下Lucene和數(shù)據(jù)庫(kù):

    Lucene 數(shù)據(jù)庫(kù)
    索引數(shù)據(jù)源:doc(field1,field2...) doc(field1,field2...)
    \ indexer /
    _____________
    | Lucene Index|
    --------------
    / searcher \
    結(jié)果輸出:Hits(doc(field1,field2) doc(field1...))
     索引數(shù)據(jù)源:record(field1,field2...) record(field1..)
    \ SQL: insert/
    _____________
    | DB Index |
    -------------
    / SQL: select \
    結(jié)果輸出:results(record(field1,field2..) record(field1...))
    Document:一個(gè)需要進(jìn)行索引的“單元”
    一個(gè)Document由多個(gè)字段組成
    Record:記錄,包含多個(gè)字段
    Field:字段 Field:字段
    Hits:查詢結(jié)果集,由匹配的Document組成 RecordSet:查詢結(jié)果集,由多個(gè)Record組成

    全文檢索 ≠ like "%keyword%"

    通常比較厚的書籍后面常常附關(guān)鍵詞索引表(比如:北京:12, 34頁,上海:3,77頁……),它能夠幫助讀者比較快地找到相關(guān)內(nèi)容的頁碼。而數(shù)據(jù)庫(kù)索引能夠大大提高查詢的速度原理也是一樣,想像一下通過書后面的索引查找的速度要比一頁一頁地翻內(nèi)容高多少倍……而索引之所以效率高,另外一個(gè)原因是它是排好序的。對(duì)于檢索系統(tǒng)來說核心是一個(gè)排序問題

    由于數(shù)據(jù)庫(kù)索引不是為全文索引設(shè)計(jì)的,因此,使用like "%keyword%"時(shí),數(shù)據(jù)庫(kù)索引是不起作用的,在使用like查詢時(shí),搜索過程又變成類似于一頁頁翻書的遍歷過程了,所以對(duì)于含有模糊查詢的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)來說,LIKE對(duì)性能的危害是極大的。如果是需要對(duì)多個(gè)關(guān)鍵詞進(jìn)行模糊匹配:like"%keyword1%" and like "%keyword2%" ...其效率也就可想而知了。

    所以建立一個(gè)高效檢索系統(tǒng)的關(guān)鍵是建立一個(gè)類似于科技索引一樣的反向索引機(jī)制,將數(shù)據(jù)源(比如多篇文章)排序順序存儲(chǔ)的同時(shí),有另外一個(gè)排好序的關(guān)鍵詞列表,用于存儲(chǔ)關(guān)鍵詞==>文章映射關(guān)系,利用這樣的映射關(guān)系索引:[關(guān)鍵詞==>出現(xiàn)關(guān)鍵詞的文章編號(hào),出現(xiàn)次數(shù)(甚至包括位置:起始偏移量,結(jié)束偏移量),出現(xiàn)頻率],檢索過程就是把模糊查詢變成多個(gè)可以利用索引的精確查詢的邏輯組合的過程。從而大大提高了多關(guān)鍵詞查詢的效率,所以,全文檢索問題歸結(jié)到最后是一個(gè)排序問題。

    由此可以看出模糊查詢相對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的精確查詢是一個(gè)非常不確定的問題,這也是大部分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)對(duì)全文檢索支持有限的原因。Lucene最核心的特征是通過特殊的索引結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)不擅長(zhǎng)的全文索引機(jī)制,并提供了擴(kuò)展接口,以方便針對(duì)不同應(yīng)用的定制。

    可以通過一下表格對(duì)比一下數(shù)據(jù)庫(kù)的模糊查詢:

      Lucene全文索引引擎 數(shù)據(jù)庫(kù)
    索引 將數(shù)據(jù)源中的數(shù)據(jù)都通過全文索引一一建立反向索引 對(duì)于LIKE查詢來說,數(shù)據(jù)傳統(tǒng)的索引是根本用不上的。數(shù)據(jù)需要逐個(gè)便利記錄進(jìn)行GREP式的模糊匹配,比有索引的搜索速度要有多個(gè)數(shù)量級(jí)的下降。
    匹配效果 通過詞元(term)進(jìn)行匹配,通過語言分析接口的實(shí)現(xiàn),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)中文等非英語的支持。 使用:like "%net%" 會(huì)把netherlands也匹配出來,
    多個(gè)關(guān)鍵詞的模糊匹配:使用like "%com%net%":就不能匹配詞序顛倒的xxx.net..xxx.com
    匹配度 有匹配度算法,將匹配程度(相似度)比較高的結(jié)果排在前面。 沒有匹配程度的控制:比如有記錄中net出現(xiàn)5詞和出現(xiàn)1次的,結(jié)果是一樣的。
    結(jié)果輸出 通過特別的算法,將最匹配度最高的頭100條結(jié)果輸出,結(jié)果集是緩沖式的小批量讀取的。 返回所有的結(jié)果集,在匹配條目非常多的時(shí)候(比如上萬條)需要大量的內(nèi)存存放這些臨時(shí)結(jié)果集。
    可定制性 通過不同的語言分析接口實(shí)現(xiàn),可以方便的定制出符合應(yīng)用需要的索引規(guī)則(包括對(duì)中文的支持) 沒有接口或接口復(fù)雜,無法定制
    結(jié)論 高負(fù)載的模糊查詢應(yīng)用,需要負(fù)責(zé)的模糊查詢的規(guī)則,索引的資料量比較大 使用率低,模糊匹配規(guī)則簡(jiǎn)單或者需要模糊查詢的資料量少

    全文檢索和數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用最大的不同在于:讓最相關(guān)的頭100條結(jié)果滿足98%以上用戶的需求

    Lucene的創(chuàng)新之處:

    大部分的搜索(數(shù)據(jù)庫(kù))引擎都是用B樹結(jié)構(gòu)來維護(hù)索引,索引的更新會(huì)導(dǎo)致大量的IO操作,Lucene在實(shí)現(xiàn)中,對(duì)此稍微有所改進(jìn):不是維護(hù)一個(gè)索引文件,而是在擴(kuò)展索引的時(shí)候不斷創(chuàng)建新的索引文件,然后定期的把這些新的小索引文件合并到原先的大索引中(針對(duì)不同的更新策略,批次的大小可以調(diào)整),這樣在不影響檢索的效率的前提下,提高了索引的效率。

    Lucene和其他一些全文檢索系統(tǒng)/應(yīng)用的比較:

      Lucene 其他開源全文檢索系統(tǒng)
    增量索引和批量索引 可以進(jìn)行增量的索引(Append),可以對(duì)于大量數(shù)據(jù)進(jìn)行批量索引,并且接口設(shè)計(jì)用于優(yōu)化批量索引和小批量的增量索引。 很多系統(tǒng)只支持批量的索引,有時(shí)數(shù)據(jù)源有一點(diǎn)增加也需要重建索引。
    數(shù)據(jù)源 Lucene沒有定義具體的數(shù)據(jù)源,而是一個(gè)文檔的結(jié)構(gòu),因此可以非常靈活的適應(yīng)各種應(yīng)用(只要前端有合適的轉(zhuǎn)換器把數(shù)據(jù)源轉(zhuǎn)換成相應(yīng)結(jié)構(gòu)), 很多系統(tǒng)只針對(duì)網(wǎng)頁,缺乏其他格式文檔的靈活性。
    索引內(nèi)容抓取 Lucene的文檔是由多個(gè)字段組成的,甚至可以控制那些字段需要進(jìn)行索引,那些字段不需要索引,近一步索引的字段也分為需要分詞和不需要分詞的類型:
       需要進(jìn)行分詞的索引,比如:標(biāo)題,文章內(nèi)容字段
       不需要進(jìn)行分詞的索引,比如:作者/日期字段
    缺乏通用性,往往將文檔整個(gè)索引了
    語言分析 通過語言分析器的不同擴(kuò)展實(shí)現(xiàn):
    可以過濾掉不需要的詞:an the of 等,
    西文語法分析:將jumps jumped jumper都?xì)w結(jié)成jump進(jìn)行索引/檢索
    非英文支持:對(duì)亞洲語言,阿拉伯語言的索引支持
    缺乏通用接口實(shí)現(xiàn)
    查詢分析 通過查詢分析接口的實(shí)現(xiàn),可以定制自己的查詢語法規(guī)則:
    比如: 多個(gè)關(guān)鍵詞之間的 + - and or關(guān)系等
     
    并發(fā)訪問 能夠支持多用戶的使用  

     

    關(guān)于亞洲語言的的切分詞問題(Word Segment)

    對(duì)于中文來說,全文索引首先還要解決一個(gè)語言分析的問題,對(duì)于英文來說,語句中單詞之間是天然通過空格分開的,但亞洲語言的中日韓文語句中的字是一個(gè)字挨一個(gè),所有,首先要把語句中按“詞”進(jìn)行索引的話,這個(gè)詞如何切分出來就是一個(gè)很大的問題。

    首先,肯定不能用單個(gè)字符作(si-gram)為索引單元,否則查“上海”時(shí),不能讓含有“海上”也匹配。

    但一句話:“北京天安門”,計(jì)算機(jī)如何按照中文的語言習(xí)慣進(jìn)行切分呢?
    “北京 天安門” 還是“北 京 天安門”?讓計(jì)算機(jī)能夠按照語言習(xí)慣進(jìn)行切分,往往需要機(jī)器有一個(gè)比較豐富的詞庫(kù)才能夠比較準(zhǔn)確的識(shí)別出語句中的單詞。

    另外一個(gè)解決的辦法是采用自動(dòng)切分算法:將單詞按照2元語法(bigram)方式切分出來,比如:
    "北京天安門" ==> "北京 京天 天安 安門"。

    這樣,在查詢的時(shí)候,無論是查詢"北京" 還是查詢"天安門",將查詢?cè)~組按同樣的規(guī)則進(jìn)行切分:"北京","天安安門",多個(gè)關(guān)鍵詞之間按與"and"的關(guān)系組合,同樣能夠正確地映射到相應(yīng)的索引中。這種方式對(duì)于其他亞洲語言:韓文,日文都是通用的。

    基于自動(dòng)切分的最大優(yōu)點(diǎn)是沒有詞表維護(hù)成本,實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,缺點(diǎn)是索引效率低,但對(duì)于中小型應(yīng)用來說,基于2元語法的切分還是夠用的。基于2元切分后的索引一般大小和源文件差不多,而對(duì)于英文,索引文件一般只有原文件的30%-40%不同,


    自動(dòng)切分 詞表切分
    實(shí)現(xiàn) 實(shí)現(xiàn)非常簡(jiǎn)單 實(shí)現(xiàn)復(fù)雜
    查詢 增加了查詢分析的復(fù)雜程度, 適于實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的查詢語法規(guī)則
    存儲(chǔ)效率 索引冗余大,索引幾乎和原文一樣大 索引效率高,為原文大小的30%左右
    維護(hù)成本 無詞表維護(hù)成本 詞表維護(hù)成本非常高:中日韓等語言需要分別維護(hù)。
    還需要包括詞頻統(tǒng)計(jì)等內(nèi)容
    適用領(lǐng)域 嵌入式系統(tǒng):運(yùn)行環(huán)境資源有限
    分布式系統(tǒng):無詞表同步問題
    多語言環(huán)境:無詞表維護(hù)成本
    對(duì)查詢和存儲(chǔ)效率要求高的專業(yè)搜索引擎

    目前比較大的搜索引擎的語言分析算法一般是基于以上2個(gè)機(jī)制的結(jié)合。關(guān)于中文的語言分析算法,大家可以在Google查關(guān)鍵詞"wordsegment search"能找到更多相關(guān)的資料。

    安裝和使用

    下載:http://jakarta.apache.org/lucene/

    注意:Lucene中的一些比較復(fù)雜的詞法分析是用JavaCC生成的(JavaCC:JavaCompilerCompiler,純Java的詞法分析生成器),所以如果從源代碼編譯或需要修改其中的QueryParser、定制自己的詞法分析器,還需要從https://javacc.dev.java.net/下載javacc。

    lucene的組成結(jié)構(gòu):對(duì)于外部應(yīng)用來說索引模塊(index)和檢索模塊(search)是主要的外部應(yīng)用入口

    org.apache.Lucene.search/ 搜索入口
    org.apache.Lucene.index/ 索引入口
    org.apache.Lucene.analysis/ 語言分析器
    org.apache.Lucene.queryParser/ 查詢分析器
    org.apache.Lucene.document/ 存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)
    org.apache.Lucene.store/  底層IO/存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)
    org.apache.Lucene.util/ 一些公用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

    簡(jiǎn)單的例子演示一下Lucene的使用方法:

    索引過程:從命令行讀取文件名(多個(gè)),將文件分路徑(path字段)和內(nèi)容(body字段)2個(gè)字段進(jìn)行存儲(chǔ),并對(duì)內(nèi)容進(jìn)行全文索引:索引的單位是Document對(duì)象,每個(gè)Document對(duì)象包含多個(gè)字段Field對(duì)象,針對(duì)不同的字段屬性和數(shù)據(jù)輸出的需求,對(duì)字段還可以選擇不同的索引/存儲(chǔ)字段規(guī)則,列表如下:
    方法 切詞 索引 存儲(chǔ) 用途
    Field.Text(String name, String value) Yes Yes Yes 切分詞索引并存儲(chǔ),比如:標(biāo)題,內(nèi)容字段
    Field.Text(String name, Reader value) Yes Yes No 切分詞索引不存儲(chǔ),比如:META信息,
    不用于返回顯示,但需要進(jìn)行檢索內(nèi)容
    Field.Keyword(String name, String value) No Yes Yes 不切分索引并存儲(chǔ),比如:日期字段
    Field.UnIndexed(String name, String value) No No Yes 不索引,只存儲(chǔ),比如:文件路徑
    Field.UnStored(String name, String value) Yes Yes No 只全文索引,不存儲(chǔ)
    public class IndexFiles { 
    //使用方法:: IndexFiles [索引輸出目錄] [索引的文件列表] ...
    public static void main(String[] args) throws Exception {
    String indexPath = args[0];
    IndexWriter writer;
    //用指定的語言分析器構(gòu)造一個(gè)新的寫索引器(第3個(gè)參數(shù)表示是否為追加索引)
    writer = new IndexWriter(indexPath, new SimpleAnalyzer(), false);

    for (int i=1; i<args.length; i++) {
    System.out.println("Indexing file " + args[i]);
    InputStream is = new FileInputStream(args[i]);

    //構(gòu)造包含2個(gè)字段Field的Document對(duì)象
    //一個(gè)是路徑path字段,不索引,只存儲(chǔ)
    //一個(gè)是內(nèi)容body字段,進(jìn)行全文索引,并存儲(chǔ)
    Document doc = new Document();
    doc.add(Field.UnIndexed("path", args[i]));
    doc.add(Field.Text("body", (Reader) new InputStreamReader(is)));
    //將文檔寫入索引
    writer.addDocument(doc);
    is.close();
    };
    //關(guān)閉寫索引器
    writer.close();
    }
    }
     

    索引過程中可以看到:

    • 語言分析器提供了抽象的接口,因此語言分析(Analyser)是可以定制的,雖然lucene缺省提供了2個(gè)比較通用的分析器SimpleAnalyser和StandardAnalyser,這2個(gè)分析器缺省都不支持中文,所以要加入對(duì)中文語言的切分規(guī)則,需要修改這2個(gè)分析器。
    • Lucene并沒有規(guī)定數(shù)據(jù)源的格式,而只提供了一個(gè)通用的結(jié)構(gòu)(Document對(duì)象)來接受索引的輸入,因此輸入的數(shù)據(jù)源可以是:數(shù)據(jù)庫(kù),WORD文檔,PDF文檔,HTML文檔……只要能夠設(shè)計(jì)相應(yīng)的解析轉(zhuǎn)換器將數(shù)據(jù)源構(gòu)造成成Docuement對(duì)象即可進(jìn)行索引。
    • 對(duì)于大批量的數(shù)據(jù)索引,還可以通過調(diào)整IndexerWrite的文件合并頻率屬性(mergeFactor)來提高批量索引的效率。

    檢索過程和結(jié)果顯示:

    搜索結(jié)果返回的是Hits對(duì)象,可以通過它再訪問Document==>Field中的內(nèi)容。

    假設(shè)根據(jù)body字段進(jìn)行全文檢索,可以將查詢結(jié)果的path字段和相應(yīng)查詢的匹配度(score)打印出來,

    public class Search { 
    public static void main(String[] args) throws Exception {
    String indexPath = args[0], queryString = args[1];
    //指向索引目錄的搜索器
    Searcher searcher = new IndexSearcher(indexPath);
    //查詢解析器:使用和索引同樣的語言分析器
    Query query = QueryParser.parse(queryString, "body",
    new SimpleAnalyzer());
    //搜索結(jié)果使用Hits存儲(chǔ)
    Hits hits = searcher.search(query);
    //通過hits可以訪問到相應(yīng)字段的數(shù)據(jù)和查詢的匹配度
    for (int i=0; i<hits.length(); i++) {
    System.out.println(hits.doc(i).get("path") + "; Score: " +
    hits.score(i));
    };
    }
    }
    在整個(gè)檢索過程中,語言分析器,查詢分析器,甚至搜索器(Searcher)都是提供了抽象的接口,可以根據(jù)需要進(jìn)行定制。

    Hacking Lucene

    簡(jiǎn)化的查詢分析器

    個(gè)人感覺lucene成為JAKARTA項(xiàng)目后,畫在了太多的時(shí)間用于調(diào)試日趨復(fù)雜QueryParser,而其中大部分是大多數(shù)用戶并不很熟悉的,目前LUCENE支持的語法:

    Query ::= ( Clause )*
    Clause ::= ["+", "-"] [<TERM> ":"] ( <TERM> | "(" Query ")")

    中間的邏輯包括:and or + - &&||等符號(hào),而且還有"短語查詢"和針對(duì)西文的前綴/模糊查詢等,個(gè)人感覺對(duì)于一般應(yīng)用來說,這些功能有一些華而不實(shí),其實(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)目前類似于Google的查詢語句分析功能其實(shí)對(duì)于大多數(shù)用戶來說已經(jīng)夠了。所以,Lucene早期版本的QueryParser仍是比較好的選擇。

    添加修改刪除指定記錄(Document)

    Lucene提供了索引的擴(kuò)展機(jī)制,因此索引的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展應(yīng)該是沒有問題的,而指定記錄的修改也似乎只能通過記錄的刪除,然后重新加入實(shí)現(xiàn)。如何刪除指定的記錄呢?刪除的方法也很簡(jiǎn)單,只是需要在索引時(shí)根據(jù)數(shù)據(jù)源中的記錄ID專門另建索引,然后利用IndexReader.delete(Termterm)方法通過這個(gè)記錄ID刪除相應(yīng)的Document。

    根據(jù)某個(gè)字段值的排序功能

    lucene缺省是按照自己的相關(guān)度算法(score)進(jìn)行結(jié)果排序的,但能夠根據(jù)其他字段進(jìn)行結(jié)果排序是一個(gè)在LUCENE的開發(fā)郵件列表中經(jīng)常提到的問題,很多原先基于數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用都需要除了基于匹配度(score)以外的排序功能。而從全文檢索的原理我們可以了解到,任何不基于索引的搜索過程效率都會(huì)導(dǎo)致效率非常的低,如果基于其他字段的排序需要在搜索過程中訪問存儲(chǔ)字段,速度回大大降低,因此非常是不可取的。

    但這里也有一個(gè)折中的解決方法:在搜索過程中能夠影響排序結(jié)果的只有索引中已經(jīng)存儲(chǔ)的docID和score這2個(gè)參數(shù),所以,基于score以外的排序,其實(shí)可以通過將數(shù)據(jù)源預(yù)先排好序,然后根據(jù)docID進(jìn)行排序來實(shí)現(xiàn)。這樣就避免了在LUCENE搜索結(jié)果外對(duì)結(jié)果再次進(jìn)行排序和在搜索過程中訪問不在索引中的某個(gè)字段值。

    這里需要修改的是IndexSearcher中的HitCollector過程:

    ...
     scorer.score(new HitCollector() {
    private float minScore = 0.0f;
    public final void collect(int doc, float score) {
    if (score > 0.0f && // ignore zeroed buckets
    (bits==null || bits.get(doc))) { // skip docs not in bits
    totalHits[0]++;
    if (score >= minScore) {
    /* 原先:Lucene將docID和相應(yīng)的匹配度score例入結(jié)果命中列表中:
    * hq.put(new ScoreDoc(doc, score)); // update hit queue
    * 如果用doc 或 1/doc 代替 score,就實(shí)現(xiàn)了根據(jù)docID順排或逆排
    * 假設(shè)數(shù)據(jù)源索引時(shí)已經(jīng)按照某個(gè)字段排好了序,而結(jié)果根據(jù)docID排序也就實(shí)現(xiàn)了
    * 針對(duì)某個(gè)字段的排序,甚至可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的score和docID的擬合。
    */
    hq.put(new ScoreDoc(doc, (float) 1/doc ));
    if (hq.size() > nDocs) { // if hit queue overfull
    hq.pop(); // remove lowest in hit queue
    minScore = ((ScoreDoc)hq.top()).score; // reset minScore
    }
    }
    }
    }
    }, reader.maxDoc());

    更通用的輸入輸出接口

    雖然lucene沒有定義一個(gè)確定的輸入文檔格式,但越來越多的人想到使用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的中間格式作為L(zhǎng)ucene的數(shù)據(jù)導(dǎo)入接口,然后其他數(shù)據(jù),比如PDF只需要通過解析器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的中間格式就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)索引了。這個(gè)中間格式主要以XML為主,類似實(shí)現(xiàn)已經(jīng)不下4,5個(gè):

    數(shù)據(jù)源: WORD       PDF     HTML    DB       other
    \ | | | /
    XML中間格式
    |
    Lucene INDEX

    目前還沒有針對(duì)MSWord文檔的解析器,因?yàn)閃ord文檔和基于ASCII的RTF文檔不同,需要使用COM對(duì)象機(jī)制解析。這個(gè)是我在Google上查的相關(guān)資料:http://www.intrinsyc.com/products/enterprise_applications.asp
    另外一個(gè)辦法就是把Word文檔轉(zhuǎn)換成text:http://www.winfield.demon.nl/index.html


    索引過程優(yōu)化

    索引一般分2種情況,一種是小批量的索引擴(kuò)展,一種是大批量的索引重建。在索引過程中,并不是每次新的DOC加入進(jìn)去索引都重新進(jìn)行一次索引文件的寫入操作(文件I/O是一件非常消耗資源的事情)。

    Lucene先在內(nèi)存中進(jìn)行索引操作,并根據(jù)一定的批量進(jìn)行文件的寫入。這個(gè)批次的間隔越大,文件的寫入次數(shù)越少,但占用內(nèi)存會(huì)很多。反之占用內(nèi)存少,但文件IO操作頻繁,索引速度會(huì)很慢。在IndexWriter中有一個(gè)MERGE_FACTOR參數(shù)可以幫助你在構(gòu)造索引器后根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的情況充分利用內(nèi)存減少文件的操作。根據(jù)我的使用經(jīng)驗(yàn):缺省Indexer是每20條記錄索引后寫入一次,每將MERGE_FACTOR增加50倍,索引速度可以提高1倍左右。

    搜索過程優(yōu)化

    lucene支持內(nèi)存索引:這樣的搜索比基于文件的I/O有數(shù)量級(jí)的速度提升。
    http://www.onjava.com/lpt/a/3273
    而盡可能減少IndexSearcher的創(chuàng)建和對(duì)搜索結(jié)果的前臺(tái)的緩存也是必要的。

    Lucene面向全文檢索的優(yōu)化在于首次索引檢索后,并不把所有的記錄(Document)具體內(nèi)容讀取出來,而起只將所有結(jié)果中匹配度最高的頭100條結(jié)果(TopDocs)的ID放到結(jié)果集緩存中并返回,這里可以比較一下數(shù)據(jù)庫(kù)檢索:如果是一個(gè)10,000條的數(shù)據(jù)庫(kù)檢索結(jié)果集,數(shù)據(jù)庫(kù)是一定要把所有記錄內(nèi)容都取得以后再開始返回給應(yīng)用結(jié)果集的。所以即使檢索匹配總數(shù)很多,Lucene的結(jié)果集占用的內(nèi)存空間也不會(huì)很多。對(duì)于一般的模糊檢索應(yīng)用是用不到這么多的結(jié)果的,頭100條已經(jīng)可以滿足90%以上的檢索需求。

    如果首批緩存結(jié)果數(shù)用完后還要讀取更后面的結(jié)果時(shí)Searcher會(huì)再次檢索并生成一個(gè)上次的搜索緩存數(shù)大1倍的緩存,并再重新向后抓取。所以如果構(gòu)造一個(gè)Searcher去查1-120條結(jié)果,Searcher其實(shí)是進(jìn)行了2次搜索過程:頭100條取完后,緩存結(jié)果用完,Searcher重新檢索再構(gòu)造一個(gè)200條的結(jié)果緩存,依此類推,400條緩存,800條緩存。由于每次Searcher對(duì)象消失后,這些緩存也訪問那不到了,你有可能想將結(jié)果記錄緩存下來,緩存數(shù)盡量保證在100以下以充分利用首次的結(jié)果緩存,不讓Lucene浪費(fèi)多次檢索,而且可以分級(jí)進(jìn)行結(jié)果緩存。

    Lucene的另外一個(gè)特點(diǎn)是在收集結(jié)果的過程中將匹配度低的結(jié)果自動(dòng)過濾掉了。這也是和數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用需要將搜索的結(jié)果全部返回不同之處。

    我的一些嘗試

    • 支持中文的Tokenizer:這里有2個(gè)版本,一個(gè)是通過JavaCC生成的,對(duì)CJK部分按一個(gè)字符一個(gè)TOKEN索引,另外一個(gè)是從SimpleTokenizer改寫的,對(duì)英文支持?jǐn)?shù)字和字母TOKEN,對(duì)中文按迭代索引。
    • 基于XML數(shù)據(jù)源的索引器:XMLIndexer,因此所有數(shù)據(jù)源只要能夠按照DTD轉(zhuǎn)換成指定的XML,就可以用XMLIndxer進(jìn)行索引了。
    • 根據(jù)某個(gè)字段排序:按記錄索引順序排序結(jié)果的搜索器:IndexOrderSearcher,因此如果需要讓搜索結(jié)果根據(jù)某個(gè)字段排序,可以讓數(shù)據(jù)源先按某個(gè)字段排好序(比如:PriceField),這樣索引后,然后在利用這個(gè)按記錄的ID順序檢索的搜索器,結(jié)果就是相當(dāng)于是那個(gè)字段排序的結(jié)果了。

    從Lucene學(xué)到更多

    Luene的確是一個(gè)面對(duì)對(duì)象設(shè)計(jì)的典范

    • 所有的問題都通過一個(gè)額外抽象層來方便以后的擴(kuò)展和重用:你可以通過重新實(shí)現(xiàn)來達(dá)到自己的目的,而對(duì)其他模塊而不需要;
    • 簡(jiǎn)單的應(yīng)用入口Searcher, Indexer,并調(diào)用底層一系列組件協(xié)同的完成搜索任務(wù);
    • 所有的對(duì)象的任務(wù)都非常專一:比如搜索過程:QueryParser分析將查詢語句轉(zhuǎn)換成一系列的精確查詢的組合(Query),通過底層的索引讀取結(jié)構(gòu)IndexReader進(jìn)行索引的讀取,并用相應(yīng)的打分器給搜索結(jié)果進(jìn)行打分/排序等。所有的功能模塊原子化程度非常高,因此可以通過重新實(shí)現(xiàn)而不需要修改其他模塊。 
    • 除了靈活的應(yīng)用接口設(shè)計(jì),Lucene還提供了一些適合大多數(shù)應(yīng)用的語言分析器實(shí)現(xiàn)(SimpleAnalyser,StandardAnalyser),這也是新用戶能夠很快上手的重要原因之一。

    這些優(yōu)點(diǎn)都是非常值得在以后的開發(fā)中學(xué)習(xí)借鑒的。作為一個(gè)通用工具包,Lunece的確給予了需要將全文檢索功能嵌入到應(yīng)用中的開發(fā)者很多的便利。

    此外,通過對(duì)Lucene的學(xué)習(xí)和使用,我也更深刻地理解了為什么很多數(shù)據(jù)庫(kù)優(yōu)化設(shè)計(jì)中要求,比如:

    • 盡可能對(duì)字段進(jìn)行索引來提高查詢速度,但過多的索引會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)表的更新操作變慢,而對(duì)結(jié)果過多的排序條件,實(shí)際上往往也是性能的殺手之一。
    • 很多商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)大批量的數(shù)據(jù)插入操作會(huì)提供一些優(yōu)化參數(shù),這個(gè)作用和索引器的merge_factor的作用是類似的,
    • 20%/80%原則:查的結(jié)果多并不等于質(zhì)量好,尤其對(duì)于返回結(jié)果集很大,如何優(yōu)化這頭幾十條結(jié)果的質(zhì)量往往才是最重要的。
    • 盡可能讓應(yīng)用從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得比較小的結(jié)果集,因?yàn)榧词箤?duì)于大型數(shù)據(jù)庫(kù),對(duì)結(jié)果集的隨機(jī)訪問也是一個(gè)非常消耗資源的操作。

    參考資料:

    Apache: Lucene Project
    http://jakarta.apache.org/lucene/
    Lucene開發(fā)/用戶郵件列表歸檔
    Lucene-dev@jakarta.apache.org
    Lucene-user@jakarta.apache.org

    The Lucene search engine: Powerful, flexible, and free
    http://www.javaworld.com/javaworld/jw-09-2000/jw-0915-Lucene_p.html

    Lucene Tutorial
    http://www.darksleep.com/puff/lucene/lucene.html

    Notes on distributed searching with Lucene
    http://home.clara.net/markharwood/lucene/

    中文語言的切分詞
    http://www.google.com/search?sourceid=navclient&hl=zh-CN&q=chinese+word+segment

    搜索引擎工具介紹
    http://searchtools.com/

    Lucene作者Cutting的幾篇論文和專利
    http://lucene.sourceforge.net/publications.html 

    Lucene的.NET實(shí)現(xiàn):dotLucene
    http://sourceforge.net/projects/dotlucene/

    Lucene作者Cutting的另外一個(gè)項(xiàng)目:基于Java的搜索引擎Nutch
    http://www.nutch.org/   http://sourceforge.net/projects/nutch/

    關(guān)于基于詞表和N-Gram的切分詞比較
    http://china.nikkeibp.co.jp/cgi-bin/china/news/int/int200302100112.html

    2005-01-08 Cutting在Pisa大學(xué)做的關(guān)于Lucene的講座:非常詳細(xì)的Lucene架構(gòu)解說

    特別感謝:
    前網(wǎng)易CTO許良杰(Jack Xu)給我的指導(dǎo):是您將我?guī)肓怂阉饕孢@個(gè)行業(yè)。

    posted on 2008-08-14 12:37 蘆葦 閱讀(158) 評(píng)論(0)  編輯  收藏 所屬分類: JAVA其他
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