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Lucene于搜索引擎技术(Analysis包详解)

2005-12-12  maomao

Lucene与搜索引擎技术

TjuAILab  windshow  2005.11.11

Analysis包分析

算法和数据结构分析:

由于Analysis包比较简单,不详述了!

算法:基于机械分词 1-gram,2-gram,HMM(如果使用ICTCLAS接口的话)

数据结构:部分源码用到了Set ,HashTable,HashMap

认真理解Token

Lucene中的Analysis包专门用于完成对于索引文件的分词.Lucene中的Token是一个非常重要的概念.

看一下其源码实现:

public final class Token {

  String termText;                        // the text of the term

  int startOffset;                           // start in source text

  int endOffset;                            // end in source text

  String type = "word";                        // lexical type

  private int positionIncrement = 1;

  public Token(String text, int start, int end)

  public Token(String text, int start, int end, String typ)

  public void setPositionIncrement(int positionIncrement)

  public int getPositionIncrement() { return positionIncrement; }

  public final String termText() { return termText; }

  public final int startOffset() { return startOffset; }

public void setStartOffset(int givenStartOffset)

  public final int endOffset() { return endOffset; }

public void setEndOffset(int givenEndOffset)

  public final String type() { return type; }

  public String toString()

 }

下面编一段代码来看一下

TestToken.java

package org.apache.lucene.analysis.test;

import org.apache.lucene.analysis.*;

import org.apache.lucene.analysis.standard.StandardAnalyzer;

import java.io.*;

public class TestToken

{

  public static void main(String[] args)

  {

    String string = new String("我爱天大,但我更爱中国");

//Analyzer analyzer = new StandardAnalyzer();

Analyzer analyzer = new TjuChineseAnalyzer();

//Analyzer analyzer= new StopAnalyzer();

    TokenStream ts = analyzer.tokenStream("dummy",new StringReader(string));

    Token token;

    try

    {

      int n=0;

      while ( (token = ts.next()) != null)

      {

        System.out.println((n++)+"->"+token.toString());

      }

    }

    catch(IOException ioe)

    {

      ioe.printStackTrace();

    }

 

  }

}注意看其结果如下所示

0->Token‘s (termText,startOffset,endOffset,type,positionIncrement) is:(,0,1,<CJK>,1)

1->Token‘s (termText,startOffset,endOffset,type,positionIncrement) is:(,1,2,<CJK>,1)

2->Token‘s (termText,startOffset,endOffset,type,positionIncrement) is:(,2,3,<CJK>,1)

3->Token‘s (termText,startOffset,endOffset,type,positionIncrement) is:(,3,4,<CJK>,1)

4->Token‘s (termText,startOffset,endOffset,type,positionIncrement) is:(,5,6,<CJK>,1)

5->Token‘s (termText,startOffset,endOffset,type,positionIncrement) is:(,6,7,<CJK>,1)

6->Token‘s (termText,startOffset,endOffset,type,positionIncrement) is:(,7,8,<CJK>,1)

7->Token‘s (termText,startOffset,endOffset,type,positionIncrement) is:(,8,9,<CJK>,1)

8->Token‘s (termText,startOffset,endOffset,type,positionIncrement) is:(,9,10,<CJK>,1)

9->Token‘s (termText,startOffset,endOffset,type,positionIncrement) is:(,10,11,<CJK>,1)

注意:其中”,”StandardAnalyzer给过滤掉了,所以大家注意第4Token直接startOffset5开始.

如果改用StopAnalyzer()

0->Token‘s (termText,startOffset,endOffset,type,positionIncrement) is:(我爱天大,0,4,word,1)

1->Token‘s (termText,startOffset,endOffset,type,positionIncrement) is:(但我更爱中国,5,11,word,1)

改用TjuChineseAnalyzer(我写的,下文会讲到如何去写)

0->Token‘s (termText,startOffset,endOffset,type,positionIncrement) is:(,3,4,word,1)

1->Token‘s (termText,startOffset,endOffset,type,positionIncrement) is:(天大,6,8,word,1)

2->Token‘s (termText,startOffset,endOffset,type,positionIncrement) is:(,19,20,word,1)

3->Token‘s (termText,startOffset,endOffset,type,positionIncrement) is:(,22,23,word,1)

4->Token‘s (termText,startOffset,endOffset,type,positionIncrement) is:(中国,25,27,word,1)

讲明白了Token,咱们来看以下其他的东西

一个TokenStream是用来走访Tokeniterator(迭代器)

看一下其源代码:

public abstract class TokenStream {

  public abstract Token next() throws IOException;

  public void close() throws IOException {}

}

一个Tokenizeris-a TokenStream(派生自TokenStream),其输入为Reader

看一下其源码如下:

public abstract class Tokenizer extends TokenStream {

  protected Reader input;

  protected Tokenizer() {}

  protected Tokenizer(Reader input) {

    this.input = input;

  }

  public void close() throws IOException {

    input.close();

  }

}

一个TokenFilter is–a TokenStream(派生自TokenStream),其义如名就是用来完成对TokenStream的过滤操作,譬如

StopWords,将Token变为小写等。

源码如下:

public abstract class TokenFilter extends TokenStream {

  protected TokenStream input;

  protected TokenFilter() {}

  protected TokenFilter(TokenStream input) {

    this.input = input;

  }

  public void close() throws IOException {

    input.close();

  }

}

一个Analyzer就是一个TokenStream工厂

看一下其源码就:

public abstract class Analyzer { 

  public TokenStream tokenStream(String fieldName, Reader reader)

  {

         return tokenStream(reader);

  }

  public TokenStream tokenStream(Reader reader)

  {

         return tokenStream(null, reader);

  }

}

好,现在咱们来看一下LuceneAnalysis包下面的各个类文件都是用来干什么的。按照字典排序。

Analysis包中的源码详解

Analyzer.java  上文已经讲过。

CharTokenizer.java  此类为简单一个抽象类,用来对基于字符的进行简单分词(tokenizer

LetterTokenizer.java两个非字符之间的字符串定义为token(举例来说英文单词由空白隔开,那个两个空白之间的字符串即被定义为一个token。备注:对于绝大多数欧洲语言来说,这个类工作效能很好。当时对于不用空白符分割的亚洲语言,效能极差(譬如中日韩)。)

LowerCaseFilter.java is-a TokenFilter用于将字母小写化

LowerCaseTokenizer is-a Tokenizer功能上等价于LetterTokenizerLowerCaseFilter

PerFieldAnalyzerWrapper是一个Analyzer,因为继承自Analyzer当不同的域(Field)需要不同的语言分析器(Analyzer)时,这个Analyzer就派上了用场。使用成员函数addAnalyzer可以增加一个非缺省的基于某个Fieldanalyzer。很少使用。

PorterStemFilter.java使用词干抽取算法对每一个token流进行词干抽取。

PorterStemmer.java  有名的P-stemming算法

SimpleAnalyzer.java

StopAnalyzer.java   具有过滤停用词的功能

StopFilter.java     StopFilter为一个Filter,主要用于从token流中去除StopWords

Token.java       上面已讲.

TokenFilter.java   上面已经讲了

Tokenizer.java     上面已经讲了

TokenStream.java   上面已经讲了

WhitespaceAnalyzer.java

WhitespaceTokenizer.java 只是按照space区分Token.

 

由于Luceneanalyisis包下的Standard包下的StandardAnalyzer()功能很强大,而且支持CJK分词,我们简要说一下.

此包下的文件是有StandardTokenizer.jj经过javac命令生成的.由于是机器自动生成的代码,可能可读性很差,想了解的话好好看看那个StandardTokenizer.jj文件就会比较明了了.

Lucene常用的Analyzer功能概述.

WhitespaceAnalyzer:仅仅是去除空格,对字符没有lowcase,不支持中文

SimpleAnalyzer:功能强于WhitespaceAnalyzer,将除去letter之外的符号全部过滤掉,并且将所有的字符lowcase,不支持中文

StopAnalyzer:StopAnalyzer的功能超越了SimpleAnalyzer,在SimpleAnalyzer的基础上
   
增加了去除StopWords的功能,不支持中文

StandardAnalyzer:英文的处理能力同于StopAnalyzer.支持中文采用的方法为单字切分.

ChineseAnalyzer:来自于Lucenesand box.性能类似于StandardAnalyzer,缺点是不支持中英文混和分词.

CJKAnalyzer:chedong写的CJKAnalyzer的功能在英文处理上的功能和StandardAnalyzer相同
   
但是在汉语的分词上,不能过滤掉标点符号,即使用二元切分

TjuChineseAnalyzer:我写的,功能最为强大.TjuChineseAnlyzer的功能相当强大,在中文分词方面由于其调用的为ICTCLASjava接口.所以其在中文方面性能上同与ICTCLAS.其在英文分词上采用了LuceneStopAnalyzer,可以去除 stopWords,而且可以不区分大小写,过滤掉各类标点符号.

各个Analyzer的功能已经比较介绍完毕了,现在咱们应该学写Analyzer,如何diy自己的analyzer??

如何DIY一个Analyzer

咱们写一个Analyzer,要求有一下功能

(1)    可以处理中文和英文,对于中文实现的是单字切分,对于英文实现的是以空格切分.

(2)    对于英文部分要进行小写化.

(3)    具有过滤功能,可以人工设定StopWords列表.如果不是人工设定,系统会给出默认的StopWords列表.

(4)    使用P-stemming算法对于英文部分进行词缀处理.

代码如下:

public final class DiyAnalyzer

    extends Analyzer

{

  private Set stopWords;

  public static final String[] CHINESE_ENGLISH_STOP_WORDS =

      {

      "a", "an", "and", "are", "as", "at", "be", "but", "by",

      "for", "if", "in", "into", "is", "it",

      "no", "not", "of", "on", "or", "s", "such",

      "t", "that", "the", "their", "then", "there", "these",

      "they", "this", "to", "was", "will", "with",

      "", "我们"

  };

  public DiyAnalyzer()

  {

    this.stopWords=StopFilter.makeStopSet(CHINESE_ENGLISH_STOP_WORDS);

  }

 

  public DiyAnalyzer(String[] stopWordList)

  {

    this.stopWords=StopFilter.makeStopSet(stopWordList);

  }

 

  public TokenStream tokenStream(String fieldName, Reader reader)

  {

    TokenStream result = new StandardTokenizer(reader);

    result = new LowerCaseFilter(result);

 

    result = new StopFilter(result, stopWords);

    result = new PorterStemFilter(result);

    return result;

  }

 

  public static void main(String[] args)

  {

    //好像英文的结束符号标点.,StandardAnalyzer不能识别

    String string = new String("我爱中国,我爱天津大学!I love China!Tianjin  is a City");

    Analyzer analyzer = new DiyAnalyzer();

    TokenStream ts = analyzer.tokenStream("dummy", new StringReader(string));

    Token token;

    try

    {

      while ( (token = ts.next()) != null)

      {

        System.out.println(token.toString());

      }

    }

    catch (IOException ioe)

    {

      ioe.printStackTrace();

    }

  }

}

可以看见其后的结果如下:

Token‘s (termText,startOffset,endOffset,type,positionIncrement) is:(,1,2,<CJK>,1)

Token‘s (termText,startOffset,endOffset,type,positionIncrement) is:(,2,3,<CJK>,1)

Token‘s (termText,startOffset,endOffset,type,positionIncrement) is:(,3,4,<CJK>,1)

Token‘s (termText,startOffset,endOffset,type,positionIncrement) is:(,6,7,<CJK>,1)

Token‘s (termText,startOffset,endOffset,type,positionIncrement) is:(,7,8,<CJK>,1)

Token‘s (termText,startOffset,endOffset,type,positionIncrement) is:(,8,9,<CJK>,1)

Token‘s (termText,startOffset,endOffset,type,positionIncrement) is:(,9,10,<CJK>,1)

Token‘s (termText,startOffset,endOffset,type,positionIncrement) is:(,10,11,<CJK>,1)

Token‘s (termText,startOffset,endOffset,type,positionIncrement) is:(i,12,13,<ALPHANUM>,1)

Token‘s (termText,startOffset,endOffset,type,positionIncrement) is:(love,14,18,<ALPHANUM>,1)

Token‘s (termText,startOffset,endOffset,type,positionIncrement) is:(china,19,24,<ALPHANUM>,1)

Token‘s (termText,startOffset,endOffset,type,positionIncrement) is:(tianjin,25,32,<ALPHANUM>,1)

Token‘s (termText,startOffset,endOffset,type,positionIncrement) is:(citi,39,43,<ALPHANUM>,1)

 

到此为止这个简单的但是功能强大的分词器就写完了,下面咱们可以尝试写一个功能更强大的分词器.

如何DIY一个功能更加强大Analyzer

譬如你有词典,然后你根据正向最大匹配法或者逆向最大匹配法写了一个分词方法,却想在Lucene中应用,很简单

你只要把他们包装成LuceneTokenStream就好了.下边我以调用中科院写的ICTCLAS接口为例,进行演示.你去中科院

网站可以拿到此接口的free版本,谁叫你没钱呢,有钱,你就可以购买了.哈哈

,由于ICTCLAS进行分词之后,Java,中间会以两个空格隔开!too easy,我们直接使用继承Lucene

WhiteSpaceTokenizer就好了.

所以TjuChineseTokenizer 看起来像是这样.

public class TjuChineseTokenizer extends WhitespaceTokenizer

{

  public TjuChineseTokenizer(Reader readerInput)

  {

    super(readerInput);

  }

}

TjuChineseAnalyzer看起来象是这样

public final class TjuChineseAnalyzer

    extends Analyzer

{

  private Set stopWords;

 

  /** An array containing some common English words that are not usually useful

    for searching. */

  /*

     public static final String[] CHINESE_ENGLISH_STOP_WORDS =

      {

      "a", "an", "and", "are", "as", "at", "be", "but", "by",

      "for", "if", "in", "into", "is", "it",

      "no", "not", "of", "on", "or", "s", "such",

      "t", "that", "the", "their", "then", "there", "these",

      "they", "this", "to", "was", "will", "with",

      "", "我们"

     };

   */

  /** Builds an analyzer which removes words in ENGLISH_STOP_WORDS. */

  public TjuChineseAnalyzer()

  {

    stopWords = StopFilter.makeStopSet(StopWords.SMART_CHINESE_ENGLISH_STOP_WORDS);

  }

 

  /** Builds an analyzer which removes words in the provided array. */

  //提供独自的stopwords

  public TjuChineseAnalyzer(String[] stopWords)

  {

    this.stopWords = StopFilter.makeStopSet(stopWords);

  }

 

  /** Filters LowerCaseTokenizer with StopFilter. */

  public TokenStream tokenStream(String fieldName, Reader reader)

  {

    try

    {

      ICTCLAS splitWord = new ICTCLAS();

      String inputString = FileIO.readerToString(reader);

      //分词中间加入了空格

      String resultString = splitWord.paragraphProcess(inputString);

      System.out.println(resultString);

      TokenStream result = new TjuChineseTokenizer(new StringReader(resultString));

 

      result = new LowerCaseFilter(result);

      //使用stopWords进行过滤

     result = new StopFilter(result, stopWords);

      //使用p-stemming算法进行过滤

     result = new PorterStemFilter(result);

      return result;

 

    }

    catch (IOException e)

    {

      System.out.println("转换出错");

      return null;

    }

  }

 

  public static void main(String[] args)

  {

    String string = "我爱中国人民";

    Analyzer analyzer = new TjuChineseAnalyzer();

    TokenStream ts = analyzer.tokenStream("dummy", new StringReader(string));

    Token token;

    System.out.println("Tokens:");

    try

    {

      int n=0;

      while ( (token = ts.next()) != null)

      {

        System.out.println((n++)+"->"+token.toString());

      }

    }

    catch (IOException ioe)

    {

     ioe.printStackTrace();

    }

  }

}对于此程序的输出接口可以看一下

0->Token‘s (termText,startOffset,endOffset,type,positionIncrement) is:(,3,4,word,1)

1->Token‘s (termText,startOffset,endOffset,type,positionIncrement) is:(中国,6,8,word,1)

2->Token‘s (termText,startOffset,endOffset,type,positionIncrement) is:(人民,10,12,word,1)

 

OK,经过这样一番讲解,你已经对LuceneAnalysis包认识的比较好了,当然如果你想更加了解,还是认真读读源码才好,

呵呵,源码说明一切!

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