lucene字典Finite State Transducers(FST)和Postings List_lucene postinglist-程序员宅基地

技术标签: ElasticSearch  

下面内容转自http://www.cnblogs.com/LBSer/p/4119841.html

以及https://blog.csdn.net/AAA821/article/details/82014792

使用lucene进行查询不可避免都会使用到其提供的字典功能,即根据给定的term找到该term所对应的倒排文档id列表等信息。实际上lucene索引文件后缀名为tim和tip的文件实现的就是lucene的字典功能。

      怎么实现一个字典呢?我们马上想到排序数组,即term字典是一个已经按字母顺序排序好的数组,数组每一项存放着term和对应的倒排文档id列表。每次载入索引的时候只要将term数组载入内存,通过二分查找即可。这种方法查询时间复杂度为Log(N),N指的是term数目,占用的空间大小是O(N*str(term))。排序数组的缺点是消耗内存,即需要完整存储每一个term,当term数目多达上千万时,占用的内存将不可接受。

常用字典数据结构

很多数据结构均能完成字典功能,总结如下。

数据结构 优缺点
排序列表Array/List 使用二分法查找,不平衡
HashMap/TreeMap 性能高,内存消耗大,几乎是原始数据的三倍
Skip List 跳跃表,可快速查找词语,在lucene、redis、Hbase等均有实现。相对于TreeMap等结构,特别适合高并发场景(Skip List介绍
Trie 适合英文词典,如果系统中存在大量字符串且这些字符串基本没有公共前缀,则相应的trie树将非常消耗内存(数据结构之trie树
Double Array Trie 适合做中文词典,内存占用小,很多分词工具均采用此种算法(深入双数组Trie
Ternary Search Tree 三叉树,每一个node有3个节点,兼具省空间和查询快的优点(Ternary Search Tree
Finite State Transducers (FST) 一种有限状态转移机,Lucene 4有开源实现,并大量使用

 FST原理简析

     lucene从4开始大量使用的数据结构是FST(Finite State Transducer)。FST有两个优点:1)空间占用小。通过对词典中单词前缀和后缀的重复利用,压缩了存储空间;2)查询速度快。O(len(str))的查询时间复杂度。

     下面简单描述下FST的构造过程(工具演示:http://examples.mikemccandless.com/fst.py?terms=&cmd=Build+it%21)。我们对“cat”、 “deep”、 “do”、 “dog” 、“dogs”这5个单词进行插入构建FST(注:必须已排序)。

1)插入“cat”

     插入cat,每个字母形成一条边,其中t边指向终点。

 

2)插入“deep”

    与前一个单词“cat”进行最大前缀匹配,发现没有匹配则直接插入,P边指向终点。

3)插入“do”

    与前一个单词“deep”进行最大前缀匹配,发现是d,则在d边后增加新边o,o边指向终点。

4)插入“dog”

    与前一个单词“do”进行最大前缀匹配,发现是do,则在o边后增加新边g,g边指向终点。

5)插入“dogs”

     与前一个单词“dog”进行最大前缀匹配,发现是dog,则在g后增加新边s,s边指向终点。

     最终我们得到了如上一个有向无环图。利用该结构可以很方便的进行查询,如给定一个term “dog”,我们可以通过上述结构很方便的查询存不存在,甚至我们在构建过程中可以将单词与某一数字、单词进行关联,从而实现key-value的映射。

也就是它这种压缩,就是让每个节点都不会放重复值,节省了大量的空间

假设我们现在要将mop, moth, pop, star, stop and top(term index里的term前缀)映射到序号:0,1,2,3,4,5(term dictionary的block位置)。最简单的做法就是定义个Map<string, integer="">,大家找到自己的位置对应入座就好了,但从内存占用少的角度想想,有没有更优的办法呢?答案就是:FST

Alt text

️表示一种状态

-->表示状态的变化过程,上面的字母/数字表示状态变化和权重

将单词分成单个字母通过️和-->表示出来,0权重不显示。如果️后面出现分支,就标记权重,最后整条路径上的权重加起来就是这个单词对应的序号。

FST以字节的方式存储所有的term Index,这种压缩方式可以有效的缩减存储空间(优点),使得term index足以放进内存,但这种方式也会导致查找时需要更多的CPU资源(缺点,查找性能一般)。

 

FST存储的是如何通过term找到其对应的postings list(存储为一个bitset 标识了存在这些term的文档位置),其压缩形式为roaring map,具体可参考官网文档:https://www.elastic.co/cn/blog/frame-of-reference-and-roaring-bitmaps

版权声明:本文为博主原创文章,遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议,转载请附上原文出处链接和本声明。
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