【漫畫】ES原理 必知必會的倒排索引和分詞

倒排索引的初衷

倒排索引，它也是索引。索引，初衷都是爲了快速檢索到你要的數據。

我相信你必定知道mysql的索引，若是對某一個字段加了索引，通常來講查詢該字段速度是能夠有顯著的提高。
每種數據庫都有本身要解決的問題（或者說擅長的領域），對應的就有本身的數據結構，而不一樣的使用場景和數據結構，須要用不一樣的索引，才能起到最大化加快查詢的目的。
對 Mysql 來講，是 B+ 樹，對 Elasticsearch/Lucene 來講，是倒排索引。

倒排索引是什麼

剛剛胖滾豬說到圖書的例子，目錄和索引頁，其實就很形象的能夠比喻爲正排索引和倒排索引。爲了進一步加深理解，再看看熟悉的搜索引擎。沒有搜索引擎時，咱們只能直接輸入一個網址，而後獲取網站內容，這時咱們的行爲是document -> words。此謂「正向索引」。後來，咱們但願可以輸入一個單詞，找到含有這個單詞，或者和這個單詞有關係的文章，即word -> documents。因而咱們把這種索引，叫「反向索引」，或者「倒排索引」。
好了，咱們來總結一下：

倒排索引的實現

假如一篇文章當中，有這麼一段話"胖滾豬編程讓你收穫快樂"，我要經過"胖滾豬"這個詞來搜索到這篇文章，那麼應該如何實現呢。

咱們是很容易想到，能夠將這篇文章的詞都拆開，拆分爲"胖滾豬"、"編程"、"收穫"、"快樂"。注意咱們把沒用的詞，好比"讓"去掉了。這個拆分短語的過程涉及到ES的分詞，另外中文分詞仍是比較複雜的，不像英文分詞通常用空格分隔就能夠。等會咱們再來講分詞吧，如今你只要知道，咱們是會按必定規則把文章單詞拆分的。
那麼拆開了，怎麼去找呢？天然會維護一個單詞和文檔的對應關係，如圖：

倒排索引的核心組成

一、單詞詞典：記錄全部文檔的單詞，通常都比較大。還會記錄單詞到倒排列表的關聯信息。
二、倒排列表：記錄了單詞對應的文檔集合，由倒排索引項組成。倒排索引項包含以下信息：

• 文檔ID，用於獲取原始信息
• 單詞頻率TF，記錄該單詞在該文檔中的出現次數，用於後續相關性算分
• 位置Position，記錄單詞在文檔中分詞的位置，用於語句搜索(phrase query)
• 偏移Offset，記錄單詞在文檔的開始和結束位置，實現高亮顯示

ES的倒排索引

下圖是 Elasticsearch 中數據索引過程的流程。ES由 Analyzer 組件對文檔執行一些操做並將具體子句拆分爲 token/term，簡單說就是分詞，而後將這些術語做爲倒排索引存儲在磁盤中。

ES的JSON文檔中的每個字段，都有本身的倒排索引，固然你能夠指定某些字段不作索引，優勢是這樣能夠節省磁盤空間。可是不作索引的話字段沒法被搜索到。
注意兩個關鍵詞：分詞和倒排索引。倒排索引我相信你已經懂了！分詞咱們立刻就來聊聊！

ES的分詞

仍是回到咱們開頭的那個查詢例子，畢竟胖滾豬心心念念爲何會搜出兩個文檔！首先咱們用_analyze來分析一下ES會如何對它進行分詞及倒排索引：

如今你是否是一目瞭然了呢！先無論_analyze是何方神聖，反正你看到結果了，ES將它分紅了一個個字，這是ES中默認的中文分詞。掌握分詞要先懂兩個名詞：analysis與analyzer

** analysis：**

文本分析，是將全文本轉換爲一系列單詞的過程，也叫分詞。analysis是經過analyzer(分詞器)來實現的，可使用Elasticearch內置的分詞器，也能夠本身去定製一些分詞器。

** analyzer(分詞器)： **

由三部分組成：

• Character Filter：將文本中html標籤剔除掉。
• Tokenizer：按照規則進行分詞，在英文中按照空格分詞
• Token Filter：將切分的單詞進行加工，小寫，刪除 stopwords(停頓詞，a、an、the、is等),增長同義詞

注意：除了在數據寫入時將詞條進行轉換，查詢的時候也須要使用相同的分析器對語句進行分析。即咱們寫入蘋果的時候分詞成了蘋和果，查詢蘋果的時候一樣也是分詞成蘋和果去查。

ES內置分詞器

• Standard Analyzer - 默認分詞器，按詞切分，小寫處理
• Simple Analyzer - 按照非字母切分(符號被過濾), 小寫處理
• Stop Analyzer - 小寫處理，停用詞過濾(the,a,is)
• Whitespace Analyzer - 按照空格切分，不轉小寫
• Keyword Analyzer - 不分詞，直接將輸入看成輸出
• Patter Analyzer - 正則表達式，默認\W+(非字符分割)
• Language - 提供了30多種常見語言的分詞器
• Customer Analyzer 自定義分詞器

看概念太虛了！必定要動手實操纔有用！咱們能夠用_analyze進行分析，會輸出分詞後的結果，舉兩個例子吧！其餘的你也要本身課後動手試試哦！

#默認分詞器 按詞切分 小寫處理
GET _analyze
{
  "analyzer": "standard",
  "text": "2 running Quick brown-foxes leap over lazy dogs in the summer evening."
}
​
#能夠發現停用詞被去掉了
GET _analyze
{
  "analyzer": "stop",
  "text": "2 running Quick brown-foxes leap over lazy dogs in the summer evening."
}

中文擴展分詞器

如今來解決胖滾豬的問題，蘋果明明一個詞，不想讓它分爲兩個呀！中文分詞在全部搜索引擎中都是一個很大的難點，中文的句子應該是切分紅一個個的詞，可是一句中文，在不一樣的上下文，實際上是不一樣的理解，例如: 這個蘋果，不大好吃/這個蘋果，不大，好吃。

有一些比較不錯的中文分詞插件:IK、THULAC等。咱們能夠試試用IK進行中文分詞。

#安裝插件
https://github.com/medcl/elasticsearch-analysis-ik/releases
在plugins目錄下建立analysis-ik目錄 解壓zip包到當前目錄 重啓ES
#查看插件
bin/elasticsearch-plugin list
#查看安裝的插件
GET http://localhost:9200/_cat/plugins?v

** IK分詞器：支持自定義詞庫、支持熱更新分詞字典 **

• ik_max_word: 會將文本作最細粒度的拆分，好比會將「這個蘋果不大好吃」拆分爲"這個，蘋果，不大好，不大，好吃"等，會窮盡各類可能的組合；
• ik_smart: 會作最粗粒度的拆分，好比會將「這個蘋果不大好吃」拆分爲"這個，蘋果，不大，好吃"

curl -X GET "localhost:9200/_analyze?pretty" -H 'Content-Type: application/json' -d'
{
  "analyzer" : "ik_max_word",
  "text" : "這個蘋果不大好吃"
}
'

** 如何使用分詞器 **

列舉了不少的分詞器，那麼在實際中該如何使用呢？看看下面這個代碼演示就懂啦！

# 建立索引時候指定某個字段的分詞器
PUT iktest
{
  "mappings": {
    "properties": {
      "content": {
        "type": "text",
        "analyzer": "ik_smart"
      }
    }
  }
}
# 插入一條文檔
PUT iktest/_doc/1
{
  "content":"這個蘋果不大好吃"
}
# 測試分詞效果
GET /iktest/_analyze
{
  "field": "content",
  "text": "這個蘋果不大好吃"  
}
​

注：本文來源於公衆號[胖滾豬學編程]，其中卡通形象來源於微信表情包"胖滾家族"，且已獲做者的許可。

本文來源於公衆號【胖滾豬學編程】一個集顏值與才華於一身的女程序媛。以漫畫形式讓編程so easy and interesting。