Elasticsearch 分析与映射

分析和分析器

分析(analysis) 是这样一个过程:

  • 首先,标记化一个文本块为适用于倒排索引单独的词(term)
  • 然后标准化这些词为标准形式,提高它们的“可搜索性”或“查全率”

这个工作是分析器(analyzer) 完成的。一个分析器(analyzer) 只是一个包装用于将三个功能放到一个包里:

  • 字符过滤器: 首先字符串经过字符过滤器(character filter) ,它们的工作是在标记化前处理字符串。字符过滤器能够去除HTML标记,或者转换"&""and"
  • 分词器: 下一步,分词器(tokenizer) 被标记化成独立的词。一个简单的分词器(tokenizer) 可以根据空格或逗号将单词分开(译者注:这个在中文中不适用)。
  • 标记过滤: 最后,每个词都通过所有标记过滤(token filters) ,它可以修改词(例如将"Quick"转为小写),去掉词(例如停用词像"a""and""the"等等),或者增加词(例如同义词像"jump""leap")Elasticsearch提供很多开箱即用的字符过滤器,分词器和标记过滤器。这些可以组合来创建自定义的分析器以应对不同的需求。我们将在《自定义分析器》章节详细讨论。
  • 内建的分析器: 不过,Elasticsearch还附带了一些预装的分析器,你可以直接使用它们。下面我们列出了最重要的几个分析器,来演示这个字符串分词后的表现差异:"Set the shape to semi-transparent by calling set_trans(5)"
  • 标准分析器 :标准分析器是Elasticsearch默认使用的分析器。对于文本分析,它对于任何语言都是最佳选择(译者注:就是没啥特殊需求,对于任何一个国家的语言,这个分析器就够用了)。它根据Unicode Consortium的定义的单词边界(word boundaries) 来切分文本,然后去掉大部分标点符号。最后,把所有词转为小写。产生的结果为:set, the, shape, to, semi, transparent, by, calling, set_trans, 5
  • 简单分析器: 简单分析器将非单个字母的文本切分,然后把每个词转为小写。产生的结果为:set, the, shape, to, semi, transparent, by, calling, set, trans
  • 空格分析器: 空格分析器依据空格切分文本。它不转换小写。产生结果为:Set, the, shape, to, semi-transparent, by, calling, set_trans(5)
  • 语言分析器: 特定语言分析器适用于很多语言。它们能够考虑到特定语言的特性。例如,english分析器自带一套英语停用词库——像andthe这些与语义无关的通用词。这些词被移除后,因为语法规则的存在,英语单词的主体含义依旧能被理解(译者注:stem English words这句不知道该如何翻译,查了字典,我理解的大概意思应该是将英语语句比作一株植物,去掉无用的枝叶,主干依旧存在,停用词好比枝叶,存在与否并不影响对这句话的理解。)。english分析器将会产生以下结果:set, shape, semi, transpar, call, set_tran, 5。注意"transparent""calling""set_trans"是如何转为词干的。

当分析器被使用:

当我们 索引(index) 一个文档,全文字段会被分析为单独的词来创建倒排索引。不过,当我们在全文字段搜索(search) 时,我们要让查询字符串经过同样的分析流程 处理,以确保这些词在索引中存在。

  • 全文查询我们将在稍后讨论,理解每个字段是如何定义的,这样才可以让它们做正确的事:
    • 当你查询全文(full text) 字段,查询将使用相同的分析器来分析查询字符串,以产生正确的词列表。
    • 当你查询一个确切值(exact value) 字段,查询将不分析查询字符串,但是你可以自己指定。
  • 现在你可以明白为什么《映射和分析》的开头会产生那种结果:
    • date字段包含一个确切值:单独的一个词"2014-09-15"
    • _all字段是一个全文字段,所以分析过程将日期转为三个词:"2014""09""15"
  • 当我们在_all字段查询2014,它一个匹配到12条推文,因为这些推文都包含词2014
    GET /_search?q=2014              # 12 results
    
  • 当我们在_all字段中查询2014-09-15,首先分析查询字符串,产生匹配任一20140915的查询语句,它依旧匹配12个推文,因为它们都包含词2014
    GET /_search?q=2014-09-15        # 12 results !
    
  • 当我们在date字段中查询2014-09-15,它查询一个确切 的日期,然后只找到一条推文:
    GET /_search?q=date:2014-09-15   # 1  result
    
  • 当我们在date字段中查询2014,没有找到文档,因为没有文档包含那个确切的日期:
    GET /_search?q=date:2014         # 0  results !
    

测试分析器:

尤其当你是Elasticsearch新手时,对于如何分词以及存储到索引中理解起来比较困难。为了更好的理解如何进行,你可以使用analyze API来查看文本是如何被分析的。在查询字符串参数中指定要使用的分析器,被分析的文本做为请求体:GET /_analyze?analyzer=standard&text=Text to analyze

  • 结果中每个节点在代表一个词:
    {
       "tokens": [
          {
             "token":        "text",
             "start_offset": 0,
             "end_offset":   4,
             "type":         "<ALPHANUM>",
             "position":     1
          },
          {
             "token":        "to",
             "start_offset": 5,
             "end_offset":   7,
             "type":         "<ALPHANUM>",
             "position":     2
          },
          {
             "token":        "analyze",
             "start_offset": 8,
             "end_offset":   15,
             "type":         "<ALPHANUM>",
             "position":     3
          }
       ]
    }
    
  • token是一个实际被存储在索引中的词。position指明词在原文本中是第几个出现的。start_offsetend_offset表示词在原文本中占据的位置。
  • analyze API 对于理解Elasticsearch索引的内在细节是个非常有用的工具,随着内容的推进,我们将继续讨论它。

指定分析器

  • 当Elasticsearch在你的文档中探测到一个新的字符串字段,它将自动设置它为全文string字段并用standard分析器分析。
  • 你不可能总是想要这样做。也许你想使用一个更适合这个数据的语言分析器。或者,你只想把字符串字段当作一个普通的字段——不做任何分析,只存储确切值,就像字符串类型的用户ID或者内部状态字段或者标签。
  • 为了达到这种效果,我们必须通过映射(mapping) 人工设置这些字段。

映射

为了能够把日期字段处理成日期,把数字字段处理成数字,把字符串字段处理成全文本(Full-text)或精确的字符串值,Elasticsearch需要知道每个字段里面都包含了什么类型。这些类型和字段的信息存储(包含)在映射(mapping)中。

正如《数据吞吐》一节所说,索引中每个文档都有一个类型(type) 。 每个类型拥有自己的映射(mapping) 或者模式定义(schema definition) 。一个映射定义了字段类型,每个字段的数据类型,以及字段被Elasticsearch处理的方式。映射还用于设置关联到类型上的元数据。在《映射》章节我们将探讨映射的细节。这节我们只是带你入门。

核心简单字段类型

Elasticsearch支持以下简单字段类型:

类型 表示的数据类型
String string
Whole number byte, short, integer, long
Floating point float, double
Boolean boolean
Date date

当你索引一个包含新字段的文档——一个之前没有的字段——Elasticsearch将使用动态映射猜测字段类型,这类型来自于JSON的基本数据类型,使用以下规则:

JSON type Field type
Boolean:true or false "boolean"
Whole number:123 "long"
Floating point:123.45 "double"
String, valid date:"2014-09-15" "date"
String:"foo bar" "string"

注意

这意味着,如果你索引一个带引号的数字——"123",它将被映射为"string"类型,而不是"long"类型。然而,如果字段已经被映射为"long"类型,Elasticsearch将尝试转换字符串为long,并在转换失败时会抛出异常。

查看映射

  • 我们可以使用_mapping后缀来查看Elasticsearch中的映射。在本章开始我们已经找到索引gb类型tweet中的映射:GET /gb/_mapping/tweet
  • 这展示给了我们字段的映射(叫做属性(properties) ),这些映射是Elasticsearch在创建索引时动态生成的:
    {
       "gb": {
          "mappings": {
             "tweet": {
                "properties": {
                   "date": {
                      "type": "date",
                      "format": "strict_date_optional_time||epoch_millis"
                   },
                   "name": {
                      "type": "string"
                   },
                   "tweet": {
                      "type": "string"
                   },
                   "user_id": {
                      "type": "long"
                   }
                }
             }
          }
       }
    }
    

小提示

错误的映射,例如把age字段映射为string类型而不是integer类型,会造成查询结果混乱。

要检查映射类型,而不是假设它是正确的!

自定义字段映射

虽然大多数情况下基本数据类型已经能够满足,但你也会经常需要自定义一些特殊类型(fields),特别是字符串字段类型。 自定义类型可以使你完成以下几点:

  • 区分全文(full text)字符串字段和准确字符串字段(译者注:就是分词与不分词,全文的一般要分词,准确的就不需要分词,比如『中国』这个词。全文会分成『中』和『国』,但作为一个国家标识的时候我们是不需要分词的,所以它就应该是一个准确的字符串字段)。
  • 使用特定语言的分析器(译者注:例如中文、英文、阿拉伯语,不同文字的断字、断词方式的差异)
  • 优化部分匹配字段
  • 指定自定义日期格式(译者注:这个比较好理解,例如英文的 Feb,12,2016 和 中文的 2016年2月12日
  • 以及更多

映射中最重要的字段参数是type。除了string类型的字段,你可能很少需要映射其他的type

{
    "number_of_clicks": {
        "type": "integer"
    }
}

string类型的字段,默认的,考虑到包含全文本,它们的值在索引前要经过分析器分析,并且在全文搜索此字段前要把查询语句做分析处理。

对于string字段,两个最重要的映射参数是indexanalyer

index

index参数控制字符串以何种方式被索引。它包含以下三个值当中的一个:

解释
analyzed 首先分析这个字符串,然后索引。换言之,以全文形式索引此字段。
not_analyzed 索引这个字段,使之可以被搜索,但是索引内容和指定值一样。不分析此字段。
no 不索引这个字段。这个字段不能为搜索到。
  • string类型字段默认值是analyzed。如果我们想映射字段为确切值,我们需要设置它为not_analyzed
    {
        "tag": {
            "type":     "string",
            "index":    "not_analyzed"
        }
    }
    

其他简单类型(longdoubledate等等)也接受index参数,但相应的值只能是nonot_analyzed,它们的值不能被分析。

分析

对于analyzed类型的字符串字段,使用analyzer参数来指定哪一种分析器将在搜索和索引的时候使用。默认的,Elasticsearch使用standard分析器,但是你可以通过指定一个内建的分析器来更改它,例如whitespacesimpleenglish

{
    "tweet": {
        "type":     "string",
        "analyzer": "english"
    }
}

更新映射

你可以在第一次创建索引的时候指定映射的类型。此外,你也可以晚些时候为新类型添加映射(或者为已有的类型更新映射)。

重要

你可以向已有映射中增加 字段,但你不能修改 它。如果一个字段在映射中已经存在,这可能意味着那个字段的数据已经被索引。如果你改变了字段映射,那已经被索引的数据将错误并且不能被正确的搜索到。

我们可以更新一个映射来增加一个新字段,但是不能把已有字段的类型那个从analyzed改到not_analyzed

  • 为了演示两个指定的映射方法,让我们首先删除索引gbDELETE /gb
  • 然后创建一个新索引,指定tweet字段的分析器为english
    PUT /gb <1>
    {
      "mappings": {
        "tweet" : {
          "properties" : {
            "tweet" : {
              "type" :    "string",
              "analyzer": "english"
            },
            "date" : {
              "type" :   "date"
            },
            "name" : {
              "type" :   "string"
            },
            "user_id" : {
              "type" :   "long"
            }
          }
        }
      }
    }
    
  • <1> 这将创建包含mappings的索引,映射在请求体中指定。
  • 再后来,我们决定在tweet的映射中增加一个新的not_analyzed类型的文本字段,叫做tag,使用_mapping后缀:
    PUT /gb/_mapping/tweet
    {
      "properties" : {
        "tag" : {
          "type" :    "string",
          "index":    "not_analyzed"
        }
      }
    }
    
  • 注意到我们不再需要列出所有的已经存在的字段,因为我们没法修改他们。我们的新字段已经被合并至存在的那个映射中。

测试映射

  • 你可以通过名字使用analyze API测试字符串字段的映射。对比这两个请求的输出:
    GET /gb/_analyze?field=tweet&text=Black-cats <1>
    GET /gb/_analyze?field=tag&text=Black-cats <2>
    
  • <1> <2> 我们想要分析的文本被放在请求体中。
  • tweet字段产生两个词,"black""cat",tag字段产生单独的一个词"Black-cats"。换言之,我们的映射工作正常。