Elasticsearch Suggester

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概述

Elasticsearch里设计了4 种类别的 Suggester

Term Suggester：词条建议器。对给输入的文本进进行分词，为每个分词提供词项建议。
Phrase Suggester：短语建议器，在term的基础上，会考量多个term之间的关系
Completion Suggester：它主要针对的应用场景就是"Auto Completion"
Context Suggester：上下文建议器

Term Suggester

每个 token 挑选 options 里的词，组合在一起返回给用户前端即可。

blogs 索引：text 字段。

PUT /blogs/
{
  "mappings": {
    "tech": {
      "properties": {
        "body": {
          "type": "text"
        }
      }
    }
  }
}

Term suggester 查询：使用 suggest 这种特殊的查询。

suggest_mode：

missing：只有词典里找不到词，才会为其提供相似的选项。
popular：仅提供在索引词典中出现的词语。只返回在更多的文档中出现的建议词
always：不管 token 是否存在于索引词典里都要给出相似项。

POST /blogs/_search
{ 
  "suggest": {
    // 自定义名称
    "my-suggestion": {
      // query 
      "text": "lucne rock",
      // 表示 term suggester
      "term": {
        // 如果 query word 足够精准，就不需要 sug 了，也就是只会 sug，word 不全匹配的。
        "suggest_mode": "missing",
        // sug 的字段
        "field": "body"
      }
    }
  }
}

两个term的相似性是如何判断的?

ES使用了一种叫做 Levenstein edit distance的算法：其核心思想就是一个词改动多少个字符就可以和另外一个词一致。与编辑距离类似。

Phrase Suggester

Phrase suggester在Term suggester的基础上，会考量多个term之间的关系，比如是否同时出现在索引的原文里，相邻程度，以及词频等等。

POST /blogs/_search
{
  "suggest": {
    "my-suggestion": {
      "text": "lucne and elasticsear rock",
      "phrase": {
        "field": "body",
        "highlight": {
          "pre_tag": "<em>",
          "post_tag": "</em>"
        }
      }
    }
  }
}

执行结果：

"suggest": {
    "my-suggestion": [
      {
        "text": "lucne and elasticsear rock",
        "offset": 0,
        "length": 26,
        "options": [
          {
            "text": "lucene and elasticsearch rock",
            "highlighted": "<em>lucene</em> and <em>elasticsearch</em> rock",
            "score": 0.004993905
          },
          {
            "text": "lucne and elasticsearch rock",
            "highlighted": "lucne and <em>elasticsearch</em> rock",
            "score": 0.0033391973
          },
          {
            "text": "lucene and elasticsear rock",
            "highlighted": "<em>lucene</em> and elasticsear rock",
            "score": 0.0029183894
          }
        ]
      }
    ]
  }

因为 lucene 和 elasticsearch 曾经在同一条原文里出现过，同时替换 2 个 term 的可信度更高，所以打分较高，排在第一位返回

Phrase suggester 有相当多的参数用于控制匹配的模糊程度。

Completion Suggester

基于内存 FST 的数据结构，只能进行前缀检索。

需要专门字段类型：completion

创建索引

PUT music
{
    "mappings": {
        "song" : {
            "properties" : {
                "suggest" : {
                    "type" : "completion"
                },
                "title" : {
                    "type": "keyword"
                }
            }
        }
    }
}

插入数据：可以指定权重。

PUT music/song/1?refresh
{
    "suggest" : {
        "input": [ "Nevermind", "Nirvana" ],
        "weight" : 34
    }
}

搜索：在检索时 Query 也会经过 analyze 阶段，也会讲 Query 中停用词剔除。

POST blogs_completion/_search?pretty
{ "size": 0,
  "suggest": {
    "blog-suggest": {
      "prefix": "elastic i",
      "completion": {
        "field": "body"
      }
    }
  }
}

值得注意的一点是 Completion Suggester 在索引原始数据的时候也要经过 analyze 阶段，取决于选用的analyzer不同，某些词可能会被转换，某些词可能被去除，这些会影响 FST 编码结果，也会影响查找匹配的效果。

比如：english analyzer会剥离掉 stop word，而 is 就是其中一个，被剥离掉了！

结果：

"suggest": {
    "blog-suggest": [
      {
        "text": "elastic i",
        "offset": 0,
        "length": 9,
        "options": [
          {
            "text": "Elastic is the company behind ELK stack",
            "_index": "blogs_completion",
            "_type": "tech",
            "_id": "AVrXFyn-cpYmMpGqDdcd",
            "_score": 1,
            "_source": {
              "body": "Elastic is the company behind ELK stack"
            }
          }
        ]
      }
    ]
  }

skip_duplicates：是否应过滤掉重复的建议（默认为false）。

支持拼音

如果要支持拼音：

下载拼音插件：wget https://github.com/medcl/elasticsearch-analysis-pinyin/releases/download/v7.4.0/elasticsearch-analysis-pinyin-7.4.0.zip

当我们创建索引时可以自定义分词器，通过指定映射去匹配自定义分词器

支持模糊搜索

fuzzy

POST music/_search?pretty
{
  "suggest": {
    "song-suggest": {
      "prefix": "nor",
      "completion": {
        "field": "suggest",
        "fuzzy": {
          "fuzziness": 2
        }
      }
    }
  }
}

fuziness 为1，表示是针对每个词语而言的，而不是总的错误的数值。

模糊性是拼写错误的简单解决方案，但具有很高的 CPU 开销和非常低的精度。

支持正则

POST music/_search?pretty
{
  "suggest": {
    "song-suggest": {
      "regex": "n[ever|i]r",
      "completion": {
        "field": "suggest"
      }
    }
  }
}

Context Suggester

completion suggester 是在索引中所有文档进行匹配，有时我们希望在一个增加过滤条件，以提高搜索的准确度。

有两种类型：category 和geo

PUT place
{
    "mappings": {
        "shops" : {
            "properties" : {
                "suggest" : {
                    "type" : "completion",
                    "contexts": [
                        { # 1
                            "name": "place_type",
                            "type": "category",
                            "path": "cat"
                        },
                        { # 2
                            "name": "location",
                            "type": "geo",
                            "precision": 4
                        }
                    ]
                }
            }
        }
    }
}

类别上下文（Category Context）

插入数据：这些 suggestions 将与 cafe 和 food 类别相关联。

PUT place/shops/1
{
    "suggest": {
        "input": ["timmy's", "starbucks", "dunkin donuts"],
        "contexts": {
            "place_type": ["cafe", "food"] ①
        }
    }
}

查询：suggestions可以按一个或多个类别进行过滤。以下过滤了多个类别的suggestions ：

POST place/_suggest?pretty
{
    "suggest" : {
        "prefix" : "tim",
        "completion" : {
            "field" : "suggest",
            "size": 10,
            "contexts": {
                "place_type": [ "cafe", "restaurants" ]
            }
        }
    }
}

注意：当在查询时未提供类别时，将考虑所有索引文档。应避免在类别启用完成字段上没有类别的查询，因为它会降低搜索性能。

Boost 类别提权：

对某些类别的suggestions可以比其他类别更高。以下内容按类别过滤suggestions，并增加与某些类别相关联的suggestions：

POST place/_suggest?pretty
{
    "suggest" : {
        "prefix" : "tim",
        "completion" : {
            "field" : "suggest",
            "size": 10,
            "contexts": {
                "place_type": [ ①
                    { "context" : "cafe" },
                    { "context" : "restaurants", "boost": 2 }
                 ]
            }
        }
    }
}

context，要过滤/提升的类别的值，这是强制性的。
boost，应该提高建议分数的因素，通过将boost乘以建议权重来计算分数，默认为1。
prefix，是否应该将类别实为前缀，例如，如果设置为true，则可以通过指定类型的类别前缀来过滤type1，type2等类别，默认为false。

地理位置上下文

一个geo上下文允许我们将一个或多个地理位置或geohash与在索引时间的建议关联，在查询时，如果建议位于地理位置特定的距离内，则可以过滤和提升建议。

在内部，地位置被编码为具有指定精度的地理位置。

地理上下文可以利用suggestions被显式地设置或者经由路径参数从文档中的地理点字段索引，类似于类别上下文。将多个地理位置上下文与suggestion关联，将对每个地理位置的suggestion建立索引。以下对具有两个地理位置上下文的suggestion进行索引：

插入数据：

PUT place/shops/1
{
    "suggest": {
        "input": "timmy's",
        "contexts": {
            "location": [
                {
                    "lat": 43.6624803,
                    "lon": -79.3863353
                },
                {
                    "lat": 43.6624718,
                    "lon": -79.3873227
                }
            ]
        }
    }
}

查询

suggestions可以根据它们与一个或多个地理点的接近程度而被过滤和提升。以下过滤suggestions落在由地理点的编码geohash表示的区域内：

POST place/_suggest
{
    "suggest" : {
        "prefix" : "tim",
        "completion" : {
            "field" : "suggest",
            "size": 10,
            "contexts": {
                "location": {
                    "lat": 43.662,
                    "lon": -79.380
                }
            }
        }
    }
}

当指定在查询时具有较低精度的位置时，将考虑落入该区域内的所有suggestions。

位于由geohash表示的区域内的suggestions也可以比其他suggestion更高，如下所示：

POST place/_suggest?pretty
{
    "suggest" : {
        "prefix" : "tim",
        "completion" : {
            "field" : "suggest",
            "size": 10,
            "contexts": {
                "location": [ ①
                    {
                        "lat": 43.6624803,
                        "lon": -79.3863353,
                        "precision": 2
                    },
                    {
                        "context": {
                            "lat": 43.6624803,
                            "lon": -79.3863353
                        },
                        "boost": 2
                    }
                 ]
            }
        }
    }
}

上下文查询过滤的suggestions落在由（43.662，-79.380）的geohash表示的地理位置（精度为2）下方的suggestions，并提升落在（43.6624803，-79.3863353）的geohash表示形式下的默认精度为6的suggestions乘以因子2。

总结

在用户刚开始输入的过程中，使用 Completion Suggester 进行关键词前缀匹配、，刚开始匹配项会比较多，随着用户输入字符增多，匹配项越来越少。如果用户输入比较精准，可能 Completion Suggester 的结果已经够好，用户已经可以看到理想的备选项了。
如果 Completion Suggester 已经到了零匹配，那么可以猜测是否用户有输入错误，这时候可以尝试一下 Phrase Suggester。
如果 Phrase Suggester没有找到任何 option，开始尝试 Term Suggester。
需要一个搜索词库/语料库，不要和业务索引库在一起，方便维护和升级语料库
支持拼音插件

精准程度上( Precision )看： Completion > Phrase > Term，而召回率上( Recall )则反之。从性能上看，Completion Suggester是最快的，如果能满足业务需求，只用 Completion Suggester 做前缀匹配是最理想的。 Phrase 和 Term 由于是做倒排索引的搜索，相比较而言性能应该要低不少，应尽量控制 Suggester 用到的索引的数据量，最理想的状况是经过一定时间预热后，索引可以全量 map 到内存。

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