1、介绍
上篇介绍了搜索结构化数据的简单应用示例,现在来探寻 全文搜索(full-text search) :怎样在全文字段中搜索到最相关的文档。
全文搜索两个最重要的方面是:
一旦谈论相关性或分析这两个方面的问题时,我们所处的语境是关于查询的而不是过滤。
2、基于词项和基于全文
所有查询会或多或少的执行相关度计算,但不是所有查询都有分析阶段。 和一些特殊的完全不会对文本进行操作的查询(如 bool
或 function_score
)不同,文本查询可以划分成两大家族:
- 基于词项的查询
- 如
term
或fuzzy
这样的底层查询不需要分析阶段,它们对单个词项进行操作。用term
查询词项Foo
只要在倒排索引中查找 准确词项 ,并且用 TF/IDF 算法为每个包含该词项的文档计算相关度评分_score
。 -
记住
term
查询只对倒排索引的词项精确匹配,这点很重要,它不会对词的多样性进行处理(如,foo
或FOO
)。这里,无须考虑词项是如何存入索引的。如果是将
["Foo","Bar"]
索引存入一个不分析的(not_analyzed
)包含精确值的字段,或者将Foo Bar
索引到一个带有whitespace
空格分析器的字段,两者的结果都会是在倒排索引中有Foo
和Bar
这两个词。 - 基于全文的查询
- 像
match
或query_string
这样的查询是高层查询,它们了解字段映射的信息: -
1、如果查询
日期(date)
或整数(integer)
字段,它们会将查询字符串分别作为日期或整数对待。2、如果查询一个(
not_analyzed
)未分析的精确值字符串字段,它们会将整个查询字符串作为单个词项对待。3、但如果要查询一个(
analyzed
)已分析的全文字段,它们会先将查询字符串传递到一个合适的分析器,然后生成一个供查询的词项列表。一旦组成了词项列表,这个查询会对每个词项逐一执行底层的查询,再将结果合并,然后为每个文档生成一个最终的相关度评分。
很少直接使用基于词项的搜索,通常情况下都是对全文进行查询,而非单个词项,这只需要简单的执行一个高层全文查询(进而在高层查询内部会以基于词项的底层查询完成搜索)。
当我们想要查询一个具有精确值的 not_analyzed
未分析字段之前, 需要考虑,是否真的采用评分查询,或者非评分查询会更好。
单词项查询通常可以用是、非这种二元问题表示,所以更适合用过滤, 而且这样做可以有效利用缓存
3、匹配查询
匹配查询 match
是个 核心 查询。无论需要查询什么字段, match
查询都应该会是首选的查询方式。 它是一个高级 全文查询 ,这表示它既能处理全文字段,又能处理精确字段。
这就是说, match
查询主要的应用场景就是进行全文搜索,我们以下面一个简单例子来说明全文搜索是如何工作的:
索引一些数据
首先,我们使用 bulk
API 创建一些新的文档和索引:
DELETE /my_index PUT /my_index
{ "settings": { "number_of_shards": 1 }} POST /my_index/my_type/_bulk
{ "index": { "_id": 1 }}
{ "title": "The quick brown fox" }
{ "index": { "_id": 2 }}
{ "title": "The quick brown fox jumps over the lazy dog" }
{ "index": { "_id": 3 }}
{ "title": "The quick brown fox jumps over the quick dog" }
{ "index": { "_id": 4 }}
{ "title": "Brown fox brown dog" }
3.1、单个词查询
用第一个示例来解释使用 match
查询搜索全文字段中的单个词:
GET /my_index/my_type/_search
{
"query": {
"match": {
"title": "QUICK!"
}
}
}
Elasticsearch 执行上面这个 match
查询的步骤是:
1、检查字段类型 。
标题 title
字段是一个 string
类型( analyzed
)已分析的全文字段,这意味着查询字符串本身也应该被分析。
2、分析查询字符串 。
将查询的字符串 QUICK!
传入标准分析器中,输出的结果是单个项 quick
。因为只有一个单词项,所以 match
查询执行的是单个底层 term
查询。
3、查找匹配文档 。
用 term
查询在倒排索引中查找 quick
然后获取一组包含该项的文档,本例的结果是文档:1、2 和 3 。
4、为每个文档评分 。
用 term
查询计算每个文档相关度评分 _score
,这是种将 词频(term frequency,即词 quick
在相关文档的 title
字段中出现的频率)和
反向文档频率(inverse document frequency,即词 quick
在所有文档的 title
字段中出现的频率),以及字段的长度(即字段越短相关度越高)相结合的计算方式。参见 相关性的介绍 。
这个过程给我们以下(经缩减)结果:
文档 1 最相关,因为它的 title
字段更短,即 quick
占据内容的一大部分。
文档 3 比 文档 2 更具相关性,因为在文档 2 中 quick
出现了两次
3.2、多词查询
如果我们一次只能搜索一个词,那么全文搜索就会不太灵活,幸运的是 match
查询让多词查询变得简单
GET /my_index/my_type/_search
{
"query": {
"match": {
"title": "BROWN DOG!"
}
}
}
文档 4 最相关,因为它包含词 "brown"
两次以及 "dog"
一次。
文档 2、3 同时包含 brown
和 dog
各一次,而且它们 title
字段的长度相同,所以具有相同的评分。
文档 1 也能匹配,尽管它只有 brown
没有 dog
。
因为 match
查询必须查找两个词( ["brown","dog"]
),它在内部实际上先执行两次 term
查询,然后将两次查询的结果合并作为最终结果输出。为了做到这点,
它将两个 term
查询包入一个 bool
查询中,详细信息见 布尔查询。
以上示例告诉我们一个重要信息:即任何文档只要 title
字段里包含 指定词项中的至少一个词 就能匹配,被匹配的词项越多,文档就越相关。
提高精度
用 任意 查询词项匹配文档可能会导致结果中出现不相关的长尾。 这是种散弹式搜索。可能我们只想搜索包含 所有 词项的文档,也就是说,不去匹配 brown OR dog
,而通过匹配 brown AND dog
找到所有文档。
match
查询还可以接受 operator
操作符作为输入参数,默认情况下该操作符是 or
。我们可以将它修改成 and
让所有指定词项都必须匹配:
GET /my_index/my_type/_search
{
"query": {
"match": {
"title": {
"query": "BROWN DOG!",
"operator": "and"
}
}
}
}
match
查询的结构需要做稍许调整才能使用 operator
操作符参数。
这个查询可以把文档 1 排除在外,因为它只包含两个词项中的一个。
4、组合查询
在 组合过滤器 中,讨论过如何使用 bool
过滤器通过 and
、 or
和 not
逻辑组合将多个过滤器进行组合。在查询中, bool
查询有类似的功能,只有一个重要的区别。
过滤器做二元判断:文档是否应该出现在结果中?但查询更精妙,它除了决定一个文档是否应该被包括在结果中,还会计算文档的 相关程度 。
与过滤器一样, bool
查询也可以接受 must
、 must_not
和 should
参数下的多个查询语句。比如:
GET /my_index/my_type/_search
{
"query": {
"bool": {
"must": { "match": { "title": "quick" }},
"must_not": { "match": { "title": "lazy" }},
"should": [
{ "match": { "title": "brown" }},
{ "match": { "title": "dog" }}
]
}
}
}
以上的查询结果返回 title
字段包含词项 quick
但不包含 lazy
的任意文档。目前为止,这与 bool
过滤器的工作方式非常相似。
区别就在于两个 should
语句,也就是说:一个文档不必包含 brown
或 dog
这两个词项,但如果一旦包含,我们就认为它们 更相关
文档 3 会比文档 1 有更高评分是因为它同时包含 brown
和 dog
。
评分计算
bool
查询会为每个文档计算相关度评分 _score
, 再将所有匹配的 must
和 should
语句的分数 _score
求和,最后除以 must
和 should
语句的总数。
must_not
语句不会影响评分; 它的作用只是将不相关的文档排除。
控制精度
所有 must
语句必须匹配,所有 must_not
语句都必须不匹配,但有多少 should
语句应该匹配呢? 默认情况下,没有 should
语句是必须匹配的,
只有一个例外:那就是当没有 must
语句的时候,至少有一个 should
语句必须匹配。
可以通过 minimum_should_match
参数控制需要匹配的 should
语句的数量, 它既可以是一个绝对的数字,又可以是个百分比:
GET /my_index/my_type/_search
{
"query": {
"bool": {
"should": [
{ "match": { "title": "brown" }},
{ "match": { "title": "fox" }},
{ "match": { "title": "dog" }}
],
"minimum_should_match": 2
}
}
}
这个查询结果会将所有满足以下条件的文档返回: title
字段包含 "brown" AND "fox"
、 "brown" AND "dog"
或 "fox" AND "dog"
。如果有文档包含所有三个条件,它会比只包含两个的文档更相关。
5、布尔匹配
多词匹配查询只是简单地将生成的 term
查询包裹 在一个 bool
查询中。如果使用默认的 or
操作符,每个 term
查询都被当作 should
语句,这样就要求必须至少匹配一条语句。以下两个查询是等价的:
GET /my_index/my_type/_search
{
"query": {
"match": { "title": "brown fox"}
}
} GET /my_index/my_type/_search
{
"query": {
"bool": {
"should": [
{ "term": { "title": "brown" }},
{ "term": { "title": "fox" }}
]
}
}
}
如果使用 and
操作符,所有的 term
查询都被当作 must
语句,所以 所有(all) 语句都必须匹配。以下两个查询是等价的:
GET /my_index/my_type/_search
{
"query": {
"match": {
"title": {
"query": "brown fox",
"operator": "and"
}
}
}
} GET /my_index/my_type/_search
{
"query": {
"bool": {
"must": [
{ "term": { "title": "brown" }},
{ "term": { "title": "fox" }}
]
}
}
}
如果指定参数 minimum_should_match
,它可以通过 bool
查询直接传递,使以下两个查询等价:
GET /my_index/my_type/_search
{
"query": {
"match": {
"title": {
"query": "quick brown fox",
"minimum_should_match": "75%"
}
}
}
} GET /my_index/my_type/_search
{
"query": {
"bool": {
"should": [
{ "term": { "title": "brown" }},
{ "term": { "title": "fox" }},
{ "term": { "title": "quick" }}
],
"minimum_should_match": 2
}
}
}
因为只有三条语句,match
查询的参数 minimum_should_match
值 75% 会被截断成 2
。即三条 should
语句中至少有两条必须匹配。