Elasticsearch模糊查询

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本文介绍了Elasticsearch中的模糊查询技术，包括前缀查询、通配符查询、正则表达式和fuzzy查询。讨论了编辑距离、性能优化以及ngram和edge-ngram在文本切词中的应用，强调了它们在提高召回率和调整性能方面的作用。

Elasticsearch模糊查询

前缀查询原理

不计算相关度评分

前缀搜索匹配的是term，而不是field。即搜索倒排索引

前缀搜索的性能很差

前缀搜索没有缓存

前缀搜索尽可能把前缀长度设置的更长命中索引越少,性能会好

要注意分词器,如果分词器分词了会导致前缀匹配失败.尤其是中文要设置中文分词器

前缀索引示例

// 创建prefix索引; 索引最大最小长度
//含义:对词项继续创建倒排索引. 指的是比如一个词Elasticsearch, el建一个倒排索引,ela再建一个,根据你的min和max; 索引的基础上继续创建索引,浪费空间,提高性能;

前缀索引要注意分词;


##没有分词的前缀索引查询
POST /my_index1/_bulk?filter_path=items.*.error
{"index":{"_id":"1"}} 
{"text":"城管打电话喊商贩去摆摊摊"} 
{"index":{"_id":"2"}} 
{"text":"笑果文化回应商贩老农去摆摊"} 
{"index":{"_id":"3"}} 
{"text":"老农耗时17年种出椅子树"} 
{"index":{"_id":"4"}} 
{"text":"夫妻结婚30多年AA制,被城管抓"} 
{"index":{"_id":"5"}} 
{"text":"黑人见义勇为阻止抢劫反被铐住"}
GET my_index1/_search
{
  "query": {
    "prefix": {
      "text": {
        "value": "城管"
      }
    }
  }
}


##有中文分词的前缀索引
##filter_path=items.*.error 这个表示只显示错误信息
##设置mapping 先把mapping模板查出来
DELETE my_index2
GET my_index2/_mapping
PUT my_index2
{
  "mappings": {
    "properties": {
      "text": {
        "type": "text",
        "analyzer": "ik_max_word",
        // 创建prefix索引; 索引最大最小长度
        //含义:对词项继续创建倒排索引. 指的是比如一个词Elasticsearch, el建一个倒排索引,ela再建一个,根据你的min和max; 索引的基础上继续创建索引,浪费空间,提高性能; 
        "index_prefixes": {
          "min_chars":2,
          "max_chars":4
        },
        "fields": {
          "keyword": {
            "type": "keyword",
            "ignore_above": 256
          }
        }
      }
    }
  }
}
POST /my_index2/_bulk?filter_path=items.*.error
{"index":{"_id":"1"}} 
{"text":"城管打电话喊商贩去摆摊摊"} 
{"index":{"_id":"2"}} 
{"text":"笑果文化回应商贩老农去摆摊"} 
{"index":{"_id":"3"}} 
{"text":"老农耗时17年种出椅子树"} 
{"index":{"_id":"4"}} 
{"text":"夫妻结婚30多年AA制,被城管抓"} 
{"index":{"_id":"5"}} 
{"text":"黑人见义勇为阻止抢劫反被铐住"}
GET my_index2/_search
GET my_index2/_search
{
  "query": {
    "prefix": {
      "text": {
        "value": "城管"
      }
    }
  }
}

通配符 willward

通配符也匹配的是term

##英文通配符数据
POST /product_en/_bulk?filter_path=iterm.*.error
{"index":{"_id":"1"}}
{"title":"my english","desc":"shouji zhong de zhandouji","price":3999,"tags":["xingjiabi","fashao","buka","1"]}
{"index":{"_id":"2"}}
{"title":"xiaomi nfc phone","desc":"zhichi quangongneng nfc,shouji zhong de jianjiji","price":4999,"tags":["xingjiabi","fashao","gongjiaoka","asd2fgas"]}
{"index":{"_id":"3"}}
{"title":"nfc phone","desc":"shouji zhong de hongzhaji","price":2999,"tags":["xingjiabi","fashao","menjinka","as345"]}
{"title":{"_id":"4"}}
{"text":"xiaomi erji","desc":"erji zhong de huangmenji","price":999,"tags":["low","bufangshui","yinzhicha","4dsg"]}
{"index":{"_id":"5"}}
{"title":"hongmi erji","desc":"erji zhong de kendeji","price":399,"tags":["lowbee","xuhangduan","zhiliangx","sdg5"]}

GET product_en/_search
{
  "query": {
    "wildcard": {
      // 加keyword和不加是有区别
      "title.keyword": {
        "value": "nfc*"
      }
    }
  }
}

上边代码加keyword和不加是有区别的, keyword是不会分词的,field是会分词的

正则

flags

指的是允许使用正则表达式中哪些通配符

ALL

启用所有可选操作符。

COMPLEMENT

启用操作符。可以使用对下面最短的模式进行否定。例如

a~bc # matches 'adc' and 'aec' but not 'abc'

INTERVAL

启用<>操作符。可以使用<>匹配数值范围。例如

foo<1-100> # matches 'foo1', 'foo2' ... 'foo99', 'foo100'
foo<01-100> # matches 'foo01', 'foo02' ... 'foo99', 'foo100'

INTERSECTION

启用&操作符，它充当AND操作符。如果左边和右边的模式都匹配，则匹配成功。例如:

aaa.+&.+bbb # matches 'aaabbb'

ANYSTRING

启用@操作符。您可以使用@来匹配任何整个字符串。
您可以将@操作符与&和~操作符组合起来，创建一个“everything except”逻辑。例如:

@&~(abc.+) # matches everything except terms beginning with 'abc'

模糊查询

主要是解决你输入错误能智能纠错的功能,本质也是模糊查询

常见的如:

缺少字符/多字符/混淆字符(输入错了)/顺序颠倒

语法

GET <index>/_search
{
  "query": {
    "fuzzy": {
      "<field>": {
        "value": "<keyword>"
      }
    }
  }
}

value必输项

数据实测

比如你有如下数据:

    "hits" : [
      {
        "_index" : "product_en",
        "_type" : "_doc",
        "_id" : "2",
        "_score" : 0.8829135,
        "_source" : {
          "title" : "xiaomi nfc phone",
          "desc" : "zhichi quangongneng nfc,shouji zhong de jianjiji",
          "price" : 4999,
          "tags" : [
            "xingjiabi",
            "fashao",
            "gongjiaoka",
            "asd2fgas"
          ]
        }
      }
    ]

以下查询都可以查出数据

GET product_en/_search
{
  "query": {
    "fuzzy": {
      "title": {
        //         "value": "xiaoi"
        //         "value": "mixiao"
        // "ixaomi"
        "value": "xiaohi"
      }
    }
  }
}

召回率优化

根据以上原理我们知道, 输入错误的数量是有限制的. 那么哪里限制的? 怎么修改? 设置多少合适呢

我们输入错几个字符可以匹配呢?

把错误的字符修正成正确需要的步骤数量,称为编辑距离. 这距离计算跟特定的计算公式有关系:

两段文本之间的Damerau-Levenshtein距离是使一个字符串与另一个字符串匹配所需的插入、删除、替换和调换的数量
距离公式：lucene使用Levenshtein算法，es使用改进版Damerau-Levenshtein，
如axe=>aex不同算法需要步骤: Levenshtein=2 Damerau-Levenshtein=1

这个距离越大允许错的字符就越多.

但是这个距离并非越大越好,越大召回率越高,但是召回率高不代表准确,也许更不准确了.

ES默认的编辑距离编辑距离，（0，1，2）

模糊查询的几个参数

value: 必须,关键词

fuzziness: 可选,定义编辑距离,es默认（0，1，2）;可以设置"AUTO",es会根据字符串长度动态的取值.

transpositions：（可选，布尔值）指示编辑是否包括两个相邻字符的变位（ab→ba）。默认为true。影响某些编辑距离的计算结果.true的话是改进版对换距离为1,如果false就变为2了.

GET product_en/_search
{
  "query": {
    "fuzzy": {
      "title": {
        "value": "ixaomi",
        //"fuzziness": "AUTO"
        "fuzziness": 5
      }
    }
  }
}

match_phase

性能差

基本要求

match phase会被分词
匹配要求: 搜索词和源数据的分词顺序一致; 中间不能又其他词

匹配原理

允许搜索词最后一个词项作为前缀再次检索

匹配流程:

最后一个词项作为前缀,匹配所有词->再使用搜索词剩余前缀再次前缀匹配

整个过程比较耗费性能的.

示例

abc cde fg比如用这个词作为短语匹配的搜索词,它首先找以fg开头的满足的所有词项,在这些词项中再去匹配abc cde开头的.

match_phrase_prefix与match_phrase

match_phrase_prefix与match_phrase相同,但是它多了一个特性,就是它允许在文本的最后一个词项(term)上的前缀匹配,

如果是一个单词,比如a,它会匹配文档字段所有以a开头的文档;

如果是一个短语,比如 “it is horse” ,他会先在倒排索引中做以horse做前缀搜索,然后在匹配到的doc中做match_phrase查询

性能调优

如何避免匹配词过多呢?

可以使用max_expentions.这个参数默认值是50

这里尤其要注意max_expentions=1时并不代表实际返回结果就是1个. 这里的1每个分片限制的数量, 如果有多个分片的话每个分片都可能匹配到一个(如果匹配不到就没办法了)

词序颠倒召回率调优

使用参数slop

测试脚本




GET product_en/_search
{
  "query": {
    "match_phrase": {
      "desc": "shouji zhong de"
    }
  }
}

GET product_en/_search
##test expansions
##验证虽然max_expansions=1但是依然返回了多个结果
GET product_en/_search
{
  "query": {
    "match_phrase_prefix": {
      "desc": {
        "query": "shouji zhong",
        "max_expansions": 1
      }
    }
  }
}


##test slop
##
GET product_en/_search
{
  "query": {
    "match_phrase_prefix": {
      "desc": {
        //源数据"shouji zhong de hongzhaji",搜索词:"shouji hongzhaji"时slop=2是可以的slop=1就不行了
        //除了上面间隔词项,顺序颠倒也可以的,搜索词:"de zhong hongzhaji"
        "query": "de zhong shouji hongzhaji",
        "max_expansions": 50
        ,"slop": 5
      }
    }
  }
}

ngram & edge-ngram

可以用作切词方式

ngram是按照字符进行切词

根据如下代码查看效果:

GET _analyze
{
  "tokenizer": "ngram",
  "text": ["abc def opq"]
}

具体怎么切词可以通过min_gram max_gram来控制

作为过滤器

##也可以过滤器
GET _analyze
{
  "tokenizer": "standard",
  "filter": ["ngram"], 
  "text": ["abc def opq"]
}

一个分析器包含

字符过滤器（Character Filters）：用于在分词之前对原始文本进行预处理，如HTML标签的去除、字符替换等。
分词器（Tokenizer）：将原始文本按照一定的规则进行切分，生成词条（Terms）。常见的分词器有标准分词器（Standard Tokenizer）、简单分词器（Simple Tokenizer）、正则表达式分词器（Pattern Tokenizer）等。
词条过滤器（Token Filters）：对切分后的词条进行进一步处理，如小写转换、去除停用词、词干提取等。
字符映射过滤器（Character Mapping Filter）：用于字符的映射转换，如大小写转换、字符替换等。

ngram代码测试

##test data
POST /test_idx_001/_bulk 
{ "index": { "_id": "1"} } 
{ "text": "my english" } 
{ "index": { "_id": "2"} } 
{ "text": "my english is good" } 
{ "index": { "_id": "3"} } 
{ "text": "my chinese is good" } 
{ "index": { "_id": "4"} } 
{ "text": "my japanese is nice" } 
{ "index": { "_id": "5"} } 
{ "text": "my disk is full" }

DELETE test_idx_001
PUT test_idx_001
{
  "settings": {
    "analysis": {
      "analyzer": {
        "my_analyzer":{
          "type": "custom",
          "tokenizer":"standard",
          "filter": "my_filter_ngram"
        }
      },
      "tokenizer": {},
      "filter": {
        "my_filter_ngram":{
          "type": "ngram",
          "min_gram":2,
          "max_gram":3
        }
      },
      "char_filter": {}
    }
  },
  "mappings": {
    "properties": {
      "myproperties":{
        "type": "text",
        "analyzer": "my_analyzer",
        "search_analyzer": "standard"
      }
    }
  }
}

测试ngram个数

##test data
POST /test_idx_001/_bulk 
{ "index": { "_id": "1"} } 
{ "text": "my english" } 
{ "index": { "_id": "2"} } 
{ "text": "my english is good" } 
{ "index": { "_id": "3"} } 
{ "text": "my chinese is good" } 
{ "index": { "_id": "4"} } 
{ "text": "my japanese is nice" } 
{ "index": { "_id": "5"} } 
{ "text": "my disk is full" }

DELETE test_idx_001
PUT test_idx_001
{
  "settings": {
    "analysis": {
      "filter": {
        "my_filter_ngram": {
          "type": "edge_ngram",
          "min_gram": 2,
          "max_gram": 3
        }
      },
      "analyzer": {
        "my_analyzer": {
          "type": "custom",
          "tokenizer": "standard",
          "filter": "my_filter_ngram"
        }
      }
    }
  },
  "mappings": {
    "properties": {
      "text": {
        "type": "text",
        "analyzer": "my_analyzer",
        "search_analyzer": "standard"
      }
    }
  }
}

GET test_idx_001/_search
GET test_idx_001/_search
{
  "query": {
    "match_phrase": {
      //这里的每个词项必须在2,3范围内因为分词就是按照这个数量分词的,这数量是在上面定义的
      //比如你输入engl就查不到数据了
      "text": "my eng is goo"
    }
  }
}

ngram如果设置的过小会占用大量的磁盘空间,因为它会创建很多倒排索引

edge-ngram测试

edge-ngram会节省空间

edge与ngram的区别在于它只对前N个字母生成索引.具体:

比如my english 我们设置min_gram=2;max_gram=3; 它只会对my eng进行索引;

ngram会对my, my空格, 空格e, 空格en, eng,…等等依次做索引

即ngram不仅前缀,还可以中缀搜索

DELETE test_idx_001
PUT test_idx_001
{
  "settings": {
    "analysis": {
      "analyzer": {
        "my_analyzer":{
          "type": "custom",
          "tokenizer": "standard",
          "filter": "myfitler"
        }
      },
      "filter": {
        "myfitler":{
          "type":"edge_ngram",
          "min_gram": 2,
          "max_gram": 3
        }
      },
      "tokenizer": {}
    }
  },
  "mappings": {
    "properties": {
      "text":{
        "type": "text", 
        "analyzer": "my_analyzer",
        "search_analyzer": "standard"
      }
    }
  }
}
GET test_idx_001/_search
{
  "query": {
    "match_phrase": {
      "text": "my eng"
    }
  }
}