elasticsearch高亮之highlight原理

一、highlight简介

highlight是提升用户体验的重要手段,搜索引擎通过高亮突出命中关键字等方式,方便用户通过关键字周围的信息快速的确认是否是自己希望的结果;

highlight功能通常包含以下三个主要的处理过程
1.将字段文本拆分为小的片段;
2.找出最相关的片段;
3.高亮查询关键字;

二、elasticsearch的highlight功能

elasticsearch提供了专门的高亮请求参数highlight,返回的记过中也会包含对应的高亮信息;

在查询语句中,我们要求对text字段进行高亮处理;

GET /twitter/_search
{
  "query": {
    "match": {
      "text": "Another"
    }
  },
  "highlight": {
    "fields": {
      "text": {}
    }
  }
}

elasticsearch默认使用em对命中关键字进行包裹处理;

{
  "took" : 1,
  "timed_out" : false,
  "_shards" : {
    "total" : 1,
    "successful" : 1,
    "skipped" : 0,
    "failed" : 0
  },
  "hits" : {
    "total" : 1,
    "max_score" : 0.6931472,
    "hits" : [
      {
        "_index" : "twitter",
        "_type" : "_doc",
        "_id" : "2",
        "_score" : 0.6931472,
        "_source" : {
          "fullname" : "Jane Doe",
          "text" : "Another twitter test ..."
        },
        "highlight" : {
          "text" : [
            "<em>Another</em> twitter test ..."
          ]
        }
      }
    ]
  }
}

高亮处理需要使用原始的字段值文本,所以elasticsearch需要保存字段的值,我们可以在字段的mapping中设置store为true,否则只能从_source字段中load对应字段值;

三、elasticsearch提供的三种highlighter

elasticsearch提供了以下三种highlighter

Unified highlighter

这个unified highlighter是elasticsearch的默认highlighter,其使用的是Lucene Unified Highlighter,它会将文本分割为句子片段,然后使用BM25算法计算每个句子片段的相似性得分;改highlighter支持phrase、fuzzy、prefix等查询的高亮处理;

Plain highlighter

这个plain Highlighter使用的是标准的lucene Highlighter,其通过关键字的重要性及关键字的位置信息,尝试尽量的体现查询的匹配逻辑;

为了更加准确的体现查询的逻辑,Plain Highlighter需要针对具体的查询和命中文档的每个字段进行实时的计算,其会在内存中创建一个小型的index,然后通过查询计划重新执行一遍查询,从而获得高亮需要使用底层的匹配信息,所以其比较适合小型的字段;

Fast vector highlighter

这个fvh Highlighter使用的是Lucene Fast Vector Highlighter,其基于term_vector的数据结构,需要在mapping中将相应的字段设置为with_positions_offsets;其比较适合对大文本字段进行高亮处理;

四、Highlighter的高亮处理过程

Highlighter的主要工作就是通过传入的查询和命中的文档,找到能够最好反应匹配相关性的高亮片段;其主要需要完成以下三个工作;

1.将文本查分为小的高亮片段
本阶段主要将字段值文本拆分为小的高亮片段,三种Highlighter的处理过程如下

Plain Highlighter首先使用字段对应的analyzer对文本进行分词处理,然后通过得到的每个分词的起止字符位置,依次截取fragment_size的文本段;由于根据固定的片段长度拆分,得到的片段效果往往很不理想;

Unified和fvh Highlighter都通过Java的BreakIterator进行拆分高亮片段,配合fragment_size可以得到比较完整的句子;

2.找到最相关的高亮片段;

本阶段主要通过实际命中记录的查询关键字,对得到的高亮片段进行打分,从而找到跟查询最相关的高亮片段;

要计算高亮片段的匹配情况,有两种主要的方式

  1. 高亮处理的时候实时计算匹配情况,这样就需要针对每个高亮片段创建临时索引,并执行查询语句来获取匹配信息;
  2. index的时候进行相关分词起止字符的统计信息处理和保存;
  • postings list,在字段mapping的时候,可以通过index_options来控制记录到倒排索引中的分词统计信息,通过设置offsets可以保存记录分词的起止信息;
  • term vector,elasticsearch提供的term_vector也记录了分词过程中产生的分词的起止信息,也是在字段mapping的时候进行设置,需要设置为with_positions_offsets;

三种Highlighter的处理过程如下

Plain Highlighter首先会利用高亮片段生成的分词在内存中创建一个index,并通过lucene查询计划执行原始的查询,然后通过命中信息获得匹配的分词,通过计算高亮片段的包含的不同查询分词的数量计算相关性得分;这里直接使用查询分词的boost(默认值)进行计算;

fvh Highlighter直接利用index的时候创建的term vector来得到高亮片段匹配的查询分词,其对高亮片段的评分算法跟Plain Highlighter类似,只不过这里会将命中的所有查询分词(包括重复的查询分词)计算在内;

unified Highlighter会尝试优先使用term vectors,index中的postings list,否则只能跟plain Highlighter相同的方式进行实时计算;其使用BM25算法计算高亮片段的相似度;

3.Highlight高亮片段;

本阶段主要进行输出前的编码和格式化,最后使用pre-tags、post-tags来包裹高亮片段中的查询关键字;

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