ElasticSearch进阶五:分片原理之倒排索引

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学习笔记:

分片是Elasticsearch最小的工作单元。但是究竟什么是一个分片,它是如何工作的?

传统的数据库每个字段存储单个值,但这对全文检索并不够。文本字段中的每个单词需要被搜索,对数据库意味着需要单个字段有索引多值的能力。最好的支持是一个字段多个值 需求的数据结构是倒排索引。

4.6.1 倒排索引

Elasticsearch 使用一种称为倒排索引的结构,它适用于快速的全文搜索。

见其名,知其意,有倒排索引,肯定会对应有正向索引。正向索引(forward index),反向索引(inverted index)更熟悉的名字是倒排索引。

所谓的正向索引,就是搜索引擎会将待搜索的文件都对应一个文件ID,搜索时将这个ID和搜索关键字进行对应,形成K-V对,然后对关键字进行统计计数

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但是互联网上收录在搜索引擎中的文档的数目是个天文数字,这样的索引结构根本无法满足实时返回排名结果的要求。所以,搜索引擎会将正向索引重新构建为倒排索引,即把文件ID对应到关键词的映射转换为关键词到文件ID的映射,每个关键词都对应着一系列的文件,这些文件中都出现这个关键词。

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一个倒排索引由文档中所有不重复词的列表构成,对于其中每个词,有一个包含它的文档列表。例如,假设我们有两个文档,每个文档的 content 域包含如下内容:

  • The quick brown fox jumped over the lazy dog
  • Quick brown foxes leap over lazy dogs in summer

为了创建倒排索引,我们首先将每个文档的 content 域拆分成单独的 词(我们称它为 词条 或 tokens ),创建一个包含所有不重复词条的排序列表,然后列出每个词条出现在哪个文档。结果如下所示:

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现在,如果我们想搜索 quick  brown ,我们只需要查找包含每个词条的文档:

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两个文档都匹配,但是第一个文档比第二个匹配度更高。如果我们使用仅计算匹配词条数量的简单相似性算法,那么我们可以说,对于我们查询的相关性来讲,第一个文档比第二个文档更佳。

但是,我们目前的倒排索引有一些问题:

  • Quick 和 quick 以独立的词条出现,然而用户可能认为它们是相同的词。
  • fox 和 foxes 非常相似, 就像 dog 和 dogs ;他们有相同的词根。
  • jumped 和 leap, 尽管没有相同的词根,但他们的意思很相近。他们是同义词。

使用前面的索引搜索 +Quick  +fox 不会得到任何匹配文档。(记住,+ 前缀表明这个词必须存在。)只有同时出现 Quick 和 fox 的文档才满足这个查询条件,但是第一个文档包含 quick fox ,第二个文档包含 Quick foxes 。

我们的用户可以合理的期望两个文档与查询匹配。我们可以做的更好。

如果我们将词条规范为标准模式,那么我们可以找到与用户搜索的词条不完全一致,但具有足够相关性的文档。例如:

  • Quick 可以小写化为 quick 。
  • foxes 可以 词干提取 --变为词根的格式-- 为 fox 。类似的, dogs 可以为提取为 dog 。
  • jumped 和 leap 是同义词,可以索引为相同的单词 jump 。

现在索引看上去像这样:

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这还远远不够。我们搜索 +Quick +fox 仍然 会失败,因为在我们的索引中,已经没有 Quick 了。但是,如果我们对搜索的字符串使用与 content 域相同的标准化规则,会变成查询 +quick +fox,这样两个文档都会匹配!分词和标准化的过程称为分析

这非常重要。你只能搜索在索引中出现的词条,所以索引文本和查询字符串必须标准化为相同的格式。