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  • 传智播客课程——Lucene搜索引擎

     Lucene不是一个现成的程序,类似文件搜索程序或web网络爬行器或是一个网站的搜索引擎。Lucene是一个软件库,一个开发工具包,而不是一个具有完整特征的搜索应用程序。它本身只关注文本的索引和搜索。Lucene使你可以为你的应用程序添加索引和搜索能力。目前已经有很多应用程序的搜索功能是基于 Lucene 的,比如 Eclipse 的帮助系统的搜索功能。

        Lucene 采用的是一种称为反向索引(inverted index)的机制。反向索引就是说我们维护了一个词/短语表,对于这个表中的每个词/短语,都有一个链表描述了有哪些文档包含了这个词/短语。这样在用户输入查询条件的时候,就能非常快的得到搜索结果。

        文档建立好索引后,就可以在这些索引上面进行搜索了。搜索引擎首先会对搜索的关键词进行解析,然后再在建立好的索引上面进行查找,最终返回和用户输入的关键词相关联的文档。     今天在传智播客的课堂上,汤阳光老师教我们实现了简单的Lucene搜索引擎,使我们能够对大量的文档实现不同需求的查找。以下是我的总结。


    1. 准备环境:添加jar包    lucene-core-2.4.0.jar(核心);    lucene-analyzers-2.4.0.jar(分词器);    lucene-highlighter-2.4.0.jar(高亮器);


    2. 构造IndexWriter。IndexWriter是Lucene用来创建索引的一个核心的类。使用构造方法IndexWriter(Directory d, Analyzer a, MaxFieldLength mfl); 如果索引不存在,就会被创建。

    * 相关参数说明

    <1> Directory,代表了 Lucene 的索引的存储的位置。这是一个抽象类,常用的有两个实现,第一个是 FSDirectory,它表示一个存储在文件系统中的索引位置。第二个是 RAMDirectory,它表示一个存储在内存当中的索引位置。

    <2> Analyzer,在一个文档被索引之前,首先需要对文档内容进行分词处理,这部分工作就是由 Analyzer 来做的。Analyzer 类是一个抽象类,它有多个实现。针对不同的语言和应用需要选择适合的 Analyzer。Analyzer 把分词后的内容交给IndexWriter 来建立索引。

    <3> MaxFieldLength,用于限制Field的大小。这个变量可以让用户有计划地对大文档Field进行截取。假如取值为10000,就只索引每个Field的前10000个Term(关键字)。也就是说每个Field中只有前10000个Term(关键字)建立索引,除此之外的部分都不会被Lucene索引,当然也不能被搜索到。


    3. 创建索引,使用方法IndexWriter.addDocument(Document doc)。

    * 相关参数说明

    <1> Document,是用来描述Lucene文档结构的。任何需要进行索引的数据都必须转化成Document对象。Document是索引和搜索的最基本单元,是一组Field的集合。

    <2> Field,组成Document的元素,用来描述一个文档的某个属性的,比如一封电子邮件的标题和内容可以用两个Field对象分别描述。Field是由name和value组成的,value只接受字符串(非字符串类型要先转换成字符串才行)。在构造Field时要指定Store和Index。

        Field.Store,指定Field是否或怎样存储。     Store.NO,不存储。     Store.YES,存储。     Store.COMPRESS,压缩后存储(数据量很大的时候可以使用,但要考虑效率)。

        Field.Index,指定Field是否或怎么被索引。     Index.NO,不索引(不索引就不能被搜索到)。     Index.ANALYZED,(以前版本中为TOKENIZED),分词后索引。     Index.NOT_ANALYZED,(以前版本中为UN_TOKENIZED),不分词,直接索引(把整个Field做为一个term)。

    注意:当完成了索引操作后,一定要调用IndexWriter.close()方法。


    4,删除索引:

    IndexWriter.deleteDocuments(Term term);

    会删除索引文件里含有指定Term的所有Document。Term,是搜索的基本单位。代表某个Field中出现的某个关键字。 


    5,更新索引:

    IndexWriter.updateDocument(Term term, Document doc);

    实际上是先删除再创建索引,就是说如果有多条符合条件的Document,更新后只有一条。


    6,搜索:

    使用类IndexSearcher。查询方法为:

    IndexSearcher.search(Query, Filter, int);

    相关参数说明: <1> Query,查询对象,把用户输入的查询字符串封装成Lucene能够识别的Query。 <2> Filter,用来过虑搜索结果。 <2> 第三个参数(int类型),最多返回的Document的数量。 返回的是一个TopDocs类型,调用TopDocs.scoreDocs得到查询结果。

    ScoreDoc.doc返回文档的内部编号。 IndexSearcher.doc(hits[i].doc) 通过编号,拿到文档。

    Query可以用QueryParser解析查询字符串生成。使用构造方法为QueryParser(String defaultFieldName, Analyzer a),第一个参数为默认查询的Field,第二个参数为使用的分词器(这里用的分词器要和建立索引时用的分词器一致,否则可能会搜索不到结果)。使用parse(String)方法解析查询内容。

    相关代码:

    List<Document> docs = new ArrayList<Document>();   IndexSearcher indexSearcher = null;   try {    indexSearcher = new IndexSearcher(dir);

       Filter filter = null;    int nDocs = 10000;

       TopDocs topDocs = indexSearcher.search(query, filter, nDocs);    System.out.println("共有【" + topDocs.totalHits + "】条匹配记录");

       for (int i = 0; i < topDocs.totalHits; i++) {     ScoreDoc scoreDoc = topDocs.scoreDocs[i];     int docNum = scoreDoc.doc; // 文档在索引库中的编号     Document doc = indexSearcher.doc(docNum); // 通过编号取出相应的文档

        docs.add(doc);    }

       return new SearchResult(topDocs.totalHits, docs);   } catch (Exception e) {    throw new RuntimeException(e);   } finally {    try {     indexSearcher.close();    } catch (IOException e) {     e.printStackTrace();    }   }


    7,测试LuceneIndexDao的增删改查方法,把LuceneIndexDao做为练习,要求通过LuceneIndexDaoTest中的单元测试,相关的测试代码由于比较多,暂不一一列出。


    8. 下面是对一些重要的类及术语进行解释:

    <1> Directory,有两个:   a) FSDirectory,将索引放到磁盘中。   b) RAMDirectory,将索引放到内存中。速度快,但是在jvm退出之后,内存中的索引就不存在了。可以在jvm退出之前调用另一个使用FSDirectory的IndexWriter 把内存中的索引转存到文件系统中。     相应的API为IndexWriter.addIndexesNoOptimize(Directory[]),注意这个调用代码要放在内存中索引的操作RAMDirectory的IndexWriter关闭后,以便所有的document都进入RAMDirectory。在创建RAMDirectory的实例时,可以使用无参的构造方法,或是有一个参数的构造方法:可以指定一个文件路径,以便加载磁盘中的索引到内存中。 <2> 相关度排序,Lucene的搜索结果默认按相关度排序的,所谓相关度,就是文档的得分。Lucene有一个评分机制,就是对检索结果按某种标准进行评估,然后按分值的高低来对结果进行排序。

      a) 文档的得分与用户输入的关键字有关系,而且是实时运算的结果。得分会受关键字在文档中出现的位置与次数等的影响。

      b) 可以利用Boost影响Lucene查询结果的排序,通过设置Document的Boost来影响文档的权重,以达到控制查询结果顺序的目的:Document.setBoost(float)。默认值为1f,值越大,得分越高。

      c) 也可以在查询时给Filed指定boost。当同样的term属于不同的field时,如果field的boost不一样,其所属的文件的得分也不一样。 <3> Analyzer,分词器,对文本资源进行切分,将文本按规则切分为一个个可以进行索引的最小单位(关键字)。

        对于英文的分词,是按照标点、空白等拆分单词,比较简单;而中文的分词就比较复杂了,如”中华人民共和国“可以分为”中华”、“人民”、“共和国”,但不应有“华人”这个词(不符合语义)。

        中文分词几种常用的方式: a) 单字分词,就是按照中文一个字一个字地进行分词。如:我们是中国人,效果:我们是中国人。(StandardAnalyzer就是这样)。 b) 二分法:按两个字进行切分。如:我们是中国人,效果:我们们是是中中国国人。(CJKAnalyzer就是这样)。 c) 词库分词:按某种算法构造词然后去匹配已建好的词库集合,如果匹配到就切分出来成为词语。通常词库分词被认为是最理想的中文分词算法如:我们是中国人,效果为:我们是中国中国人。 <4> Highlighter,高亮器,用于高亮显示匹配的关键字。 包含三个主要部分:   1) 格式化器:Formatter(使用SimpleHTMLFormatter,在构造时指定前缀和后缀)。   2) 计分器:Scorer(使用QueryScorer)。   3) 段划分器:Fragmenter(使用SimpleFragmenter,在构造时指定关键字所在的内容片段的长度)。

    通过方法getBestFragment(Analyzer a, String fieldName,String text)实现高亮。(如果进行高亮的field中没有出现关键字,返回null)。 <5> 查询,有两种方式:通过Query Parser解析查询字符串或使用API构建查询。 使用Query Parser时不匹分大小写。以下是常用的查询:

      1) TermQuery,按Term(关键字)查询(term的值应是最终的关键字,英文应全部小写)。    TermQuery(Term t);    syntax: propertyName:keyword;

      2) RangeQuery,指定范围查询。    RangeQuery(Term lowerTerm, Term upperTerm, boolean inclusive);    syntax: propertyName:[lower TO upper](包含lower和upper);    syntax: propertyName:{lower TO upper}(不包含lower和upper);

      3) PrefixQuery,前缀查询。    PrefixQuery(Term prefix);    syntax:propertyName:prefix*;

      4) WildcardQuery,通配符查询,可以使用"?"代表一个字符,"*"代表0个或多个字符。(通配符不能出现在第一个位置上)    WildcardQuery(Term term);    syntax: propertyName:chars*chars?chars

      5) MultiFieldQueryParser,在多个Field中查询。    queryParser = MultiFieldQueryParser(String[] fields, Analyzer analyzer);    Query query = parse(String query);     6) BooleanQuery,布尔查询。这个是一个组合的Query,可以把各种Query添加进去并标明他们的逻辑关系。    TermQuery q1 = new TermQuery(new Term("title","javadoc"));    TermQuery q2 = new TermQuery(new Term("content","term"));    BooleanQuery boolQuery = new BooleanQuery();    boolQuery.add(q1, Occur.MUST);    boolQuery.add(q2, Occur.MUST_NOT);    Occur.MUST,必须出现。    Occur.MUST_NOT,必须未出现。    Occur.SHOULD,只有一个SHOULD时为必须出现,多于一个时为或的关系。

       syntax: + - AND NOT OR (必须为大写)。

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