Postgres 的全文检索已经足够好了

2017-07-02 本文已影响174人阿森纳不可战胜

OSchina的这篇译文不错，详细介绍了Postgres的全文检索的功能和用法。
https://www.oschina.net/translate/postgres-full-text-search-is-good-enough

英语原文链接：
http://rachbelaid.com/postgres-full-text-search-is-good-enough/#1

开发Web应用时，你经常要加上搜索功能。甚至还不知能要搜什么，就在草图上画了一个放大镜。
搜索是项非常重要的功能，所以像elasticsearch和SOLR这样的基于lucene的工具变得很流行。它们都很棒。但使用这些大规模“杀伤性”的搜索武器前，你可能需要来点轻量级的，但又足够好的搜索工具。
所谓“足够好”，我是指一个搜索引擎拥有下列的功能：

词根（Stemming）
排名/提升(Ranking / Boost)
支持多种语言
对拼写错误模糊搜索
方言的支持

幸运的是PostgreSQL对这些功能全支持。

本文的目标读者是：

使用PostgreSQL，同时又不想安装其它的搜索引擎。
使用其它的数据库（比如MySQL），同时需要更好的全文搜索功能。

本文中我们将通过下面的表和数据说明PostgreSQL的全文搜索功能。

CREATE TABLE author(
   id SERIAL PRIMARY KEY,
   name TEXT NOT NULL);
CREATE TABLE post(
   id SERIAL PRIMARY KEY,
   title TEXT NOT NULL,
   content TEXT NOT NULL,
   author_id INT NOT NULL references author(id) );
CREATE TABLE tag(
   id SERIAL PRIMARY KEY,
   name TEXT NOT NULL );
CREATE TABLE posts_tags(
   post_id INT NOT NULL references post(id),
   tag_id INT NOT NULL references tag(id)
 );
INSERT INTO author (id, name) 
VALUES (1, 'Pete Graham'), 
       (2, 'Rachid Belaid'), 
       (3, 'Robert Berry');

INSERT INTO tag (id, name) 
VALUES (1, 'scifi'), 
       (2, 'politics'), 
       (3, 'science');

INSERT INTO post (id, title, content, author_id) 
VALUES (1, 'Endangered species', 'Pandas are an endangered species', 1 ), 
       (2, 'Freedom of Speech', 'Freedom of speech is a necessary right missing in many countries', 2), 
       (3, 'Star Wars vs Star Trek', 'Few words from a big fan', 3);

INSERT INTO posts_tags (post_id, tag_id) 
VALUES (1, 3), 
       (2, 2), 
       (3, 1);

这是一个类博客的应用。它有post表，带有title和content字段。post通过外键关联到author。post自身还有多个标签(tag)。

什么是全文搜索

首先，让我们看一下定义：

在文本检索中，全文搜索是指从全文数据库中搜索计算机存储的单个或多个文档(document)的技术。全文搜索不同于基于元数据的搜索或根据数据库中原始文本的搜索。
-- 维基百科

文档是全文搜索系统中的搜索单元。比如，一篇杂质文章或是一封邮件消息。
-- Postgres 文档

这里的文档可以跨多个表，代表为我们想要搜索的逻辑实体。

构建我们的文档(document)

上一节，我们介绍了文档的概念。文档与表的模式无关，而是与数据相关，把字段联合为一个有意义的实体。根据示例中的表的模式，我们的文档(document)由这些组成：

post.title
post.content
post的author.name
关联到post的所有tag.name

根据这些要求产生文档，SQL查询应该是这样的：

 SELECT post.title || ' ' || 
        post.content || ' ' ||
        author.name || ' ' ||
        coalesce((string_agg(tag.name, ' ')), '') as document FROM post JOIN author ON author.id = post.author_id JOIN posts_tags ON posts_tags.post_id = posts_tags.tag_id JOIN tag ON tag.id = posts_tags.tag_id GROUP BY post.id, author.id;

               document --------------------------------------------------
 Endangered species Pandas are an endangered species Pete Graham politics
 Freedom of Speech Freedom of speech is a necessary right missing in many countries Rachid Belaid politics
 Star Wars vs Star Trek Few words from a big fan Robert Berry politics
(3 rows)

由于用post和author分组了，因为有多个tag关联到一个post，我们使用string_agg()作聚合函数。即使author是外键并且一个post不能有多个author，也要求对author添加聚合函数或者把author加到GROUP BY中。

我们还用了coalesce()。当值可以是NULL时，使用coalesce()函数是个很好的办法，否则字符串连接的结果将是NULL。

至此，我们的文档只是一个长string，这没什么用。我们需要用to_tsvector()把它转换为正确的格式。

SELECT to_tsvector(post.title) || 
       to_tsvector(post.content) ||
       to_tsvector(author.name) ||
       to_tsvector(coalesce((string_agg(tag.name, ' ')), '')) as documentFROM post
JOIN author ON author.id = post.author_id
JOIN posts_tags ON posts_tags.post_id = posts_tags.tag_id
JOIN tag ON tag.id = posts_tags.tag_id
GROUP BY post.id, author.id;
               document 
-------------------------------------------------- 
'endang':1,6 'graham':9 'panda':3 'pete':8 'polit':10 'speci':2,7
'belaid':16 'countri':14 'freedom':1,4 'mani':13 'miss':11 'necessari':9 'polit':17 'rachid':15 'right':10 'speech':3,6
'berri':13 'big':10 'fan':11 'polit':14 'robert':12 'star':1,4 'trek':5 'vs':3 'war':2 'word':7
(3 rows)

这个查询将返回适于全文搜索的tsvector格式的文档。让我们尝试把一个字符串转换为一个tsvector。

SELECT to_tsvector('Try not to become a man of success, but rather try to become a man of value');

这个查询将返回下面的结果：

to_tsvector
----------------------------------------------------------------------
'becom':4,13 'man':6,15 'rather':10 'success':8 'tri':1,11 'valu':17(1 row)

发生了怪事。首先比原文的词少了，一些词也变了（try变成了tri），而且后面还有数字。怎么回事？
一个tsvector是一个标准词位的有序列表（sorted list），标准词位（distinct lexeme）就是说把同一单词的各种变型体都被标准化相同的。

标准化过程几乎总是把大写字母换成小写的，也经常移除后缀（比如英语中的s,es和ing等）。这样可以搜索同一个字的各种变体，而不是乏味地输入所有可能的变体。

数字表示词位在原始字符串中的位置，比如“man"出现在第6和15的位置上。你可以自己数数看。

Postgres中to_tesvetor的默认配置的文本搜索是“英语“。它会忽略掉英语中的停用词（stopword，译注：也就是am is are a an等单词)。

这解释了为什么tsvetor的结果比原句子中的单词少。后面我们会看到更多的语言和文本搜索配置

查询

我们知道了如何构建一个文档，但我们的目标是搜索文档。我们对tsvector搜索时可以使用@@操作符，使用说明见此处。看几个查询文档的例子。

> select to_tsvector('If you can dream it, you can do it') @@ 'dream';
 ?column?
----------
 t
(1 row)

> select to_tsvector('It''s kind of fun to do the impossible') @@ 'impossible';

 ?column?
----------
 f
(1 row)

第二个查询返回了假，因为我们需要构建一个tsquery，使用@@操作符时，把字符串转型(cast)成了tsquery。下面显示了这种l转型和使用to_tsquery()之间的差别。

SELECT 'impossible'::tsquery, to_tsquery('impossible');
   tsquery    | to_tsquery
--------------+------------
 'impossible' | 'imposs'(1 row)

但"dream"的词位与它本身相同。

从现在开始我们使用to_tsquery查询文档。

SELECT to_tsvector('It''s kind of fun to do the impossible') @@ to_tsquery('impossible');

 ?column?
----------
 t
(1 row)

tsquery存储了要搜索的词位，可以使用&（与）、|（或）和!（非）逻辑操作符。可以使用圆括号给操作符分组。

> SELECT to_tsvector('If the facts don't fit the theory, change the facts') @@ to_tsquery('! fact');

 ?column?
----------
 f
(1 row)

> SELECT to_tsvector('If the facts don''t fit the theory, change the facts') @@ to_tsquery('theory & !fact');

 ?column?
----------
 f
(1 row)

> SELECT to_tsvector('If the facts don''t fit the theory, change the facts.') @@ to_tsquery('fiction | theory');

 ?column?
----------
 t
(1 row)

我们也可以使用：*来表达以某词开始的查询。

> SELECT to_tsvector('If the facts don''t fit the theory, change the facts.') @@ to_tsquery('theo:*');

 ?column?
----------
 t
(1 row)

既然我们知道了怎样使用全文搜索查询了，我们回到开始的表模式，试着查询文档。

SELECT pid, p_titleFROM (SELECT post.id as pid,
             post.title as p_title,
             to_tsvector(post.title) || 
             to_tsvector(post.content) ||
             to_tsvector(author.name) ||
             to_tsvector(coalesce(string_agg(tag.name, ' '))) as document
      FROM post
      JOIN author ON author.id = post.author_id
      JOIN posts_tags ON posts_tags.post_id = posts_tags.tag_id
      JOIN tag ON tag.id = posts_tags.tag_id
      GROUP BY post.id, author.id) p_search　WHERE p_search.document @@ to_tsquery('Endangered & Species');

 pid |      p_title
-----+--------------------
   1 | Endangered species
(1 row)

这个查询将找到文档中包含Endangered和Species或接近的词。

语言支持

Postgres 内置的文本搜索功能支持多种语言：丹麦语，荷兰语，英语，芬兰语，法语，德语，匈牙利语，意大利语，挪威语，葡萄牙语，罗马尼亚语，俄语，西班牙语，瑞典语，土耳其语。

SELECT to_tsvector('english', 'We are running');
 to_tsvector-------------
 'run':3
(1 row)SELECT to_tsvector('french', 'We are running');
        to_tsvector----------------------------
 'are':2 'running':3 'we':1
(1 row)

基于我们最初的模型，列名可以用来创建tsvector。假设post表中包含不同语言的内容，且它包含一列language。

为了使用language列，现在我们重新编译文档。

SELECT to_tsvector(post.language::regconfig, post.title) || 
       to_tsvector(post.language::regconfig, post.content) ||
       to_tsvector('simple', author.name) ||
       to_tsvector('simple', coalesce((string_agg(tag.name, ' ')), '')) as documentFROM postJOIN author ON author.id = post.author_idJOIN posts_tags ON posts_tags.post_id = posts_tags.tag_idJOIN tag ON tag.id = posts_tags.tag_idGROUP BY post.id, author.id;

如果缺少显示的转化符：：regconfig，查询时会产生一个错误：

ERROR:  function to_tsvector(text, text) does not exist

regconfig是对象标识符类型，它表示Postgres文本搜索配置项。:http://www.postgresql.org/docs/9.3/static/datatype-oid.html

现在，文档的语义会使用post.language中正确的语言进行编译。

我们也使用simple，它也是Postgres提供的一个文本搜索配置项。simple并不忽略禁用词表，它也不会试着去查找单词的词根。使用simple时，空格分割的每一组字符都是一个语义；对于数据来说，simple文本搜索配置项很实用，就像一个人的名字，我们也许不想查找名字的词根。

SELECT to_tsvector('simple', 'We are running');
        to_tsvector
---------------------------- 'are':2 'running':3 'we':1(1 row)

重音字符

当你建立一个搜索引擎支持多种语言时你也需要考虑重音问题。在许多语言中重音非常重要,可以改变这个词的含义。Postgres附带一个unaccent扩展去调用 unaccentuate内容是有用处的。

CREATE EXTENSION unaccent;SELECT unaccent('èéêë');
 unaccent----------
 eeee
(1 row)

让我们添加一些重音的你内容到我们的post表中。

INSERT INTO post (id, title, content, author_id, language) 
VALUES (4, 'il était une fois', 'il était une fois un hôtel ...', 2,'french')

如果我们想要忽略重音在我们建立文档时,之后我们可以简单做到以下几点:

SELECT to_tsvector(post.language, unaccent(post.title)) || 
       to_tsvector(post.language, unaccent(post.content)) ||
       to_tsvector('simple', unaccent(author.name)) ||
       to_tsvector('simple', unaccent(coalesce(string_agg(tag.name, ' '))))JOIN author ON author.id = post.author_idJOIN posts_tags ON posts_tags.post_id = posts_tags.tag_idJOIN tag ON author.id = post.author_idGROUP BY p.id

这样工作的话，如果有更多错误的空间它就有点麻烦。我们还可以建立一个新的文本搜索配置支持无重音的字符。

CREATE TEXT SEARCH CONFIGURATION fr ( COPY = french );ALTER TEXT SEARCH CONFIGURATION fr ALTER MAPPINGFOR hword, hword_part, word WITH unaccent, french_stem;

当我们使用这个新的文本搜索配置,我们可以看到词位

SELECT to_tsvector('french', 'il était une fois');
 to_tsvector-------------
 'fois':4
(1 row)SELECT to_tsvector('fr', 'il était une fois');
    to_tsvector--------------------
 'etait':2 'fois':4
(1 row)

这给了我们相同的结果，第一作为应用unaccent并且从结果建立tsvector。

SELECT to_tsvector('french', unaccent('il était une fois'));
    to_tsvector--------------------
 'etait':2 'fois':4
(1 row)

词位的数量是不同的,因为il était une在法国是一个无用词。这是一个问题让这些词停止在我们的文件吗?我不这么认为etait不是一个真正的无用词而是拼写错误。

SELECT to_tsvector('fr', 'Hôtel') @@ to_tsquery('hotels') as result;
 result--------
 t
(1 row)

如果我们为每种语言创建一个无重音的搜索配置,这样我们的post可以写入并且我们保持这个值在post.language的中,然后我们可以保持以前的文档查询。

SELECT to_tsvector(post.language, post.title) || 
       to_tsvector(post.language, post.content) ||
       to_tsvector('simple', author.name) ||
       to_tsvector('simple', coalesce(string_agg(tag.name, ' ')))JOIN author ON author.id = post.author_idJOIN posts_tags ON posts_tags.post_id = posts_tags.tag_idJOIN tag ON author.id = post.author_idGROUP BY p.id

如果你需要为每种语言创建无重音的文本搜索配置由Postgres支持,然后你可以使用gist

我们当前的文档大小可能会增加,因为它可以包括无重音的无用词但是我们并没有关注重音字符查询。这可能是有用的如有人用英语键盘搜索法语内容。

归类

当你创建了一个你想要的搜索引擎用来搜索相关的结果（根据相关性归类）的时候，归类可以是基于许多因素的，它的文档大致解释了这些（归类依据）内容。

归类试图处理特定的上下文搜索, 因此有许多个配对的时候，相关性最高的那个会被排在第一个位置。PostgreSQL提供了两个预定义归类函数，它们考虑到了词法解释，接近度和结构信息；他们考虑到了在上下文中的词频，如何接近上下文中的相同词语，以及在文中的什么位置出现和其重要程度。
-- PostgreSQL documentation

通过PostgreSQL提供的一些函数得到我们想要的相关性结果，在我们的例子中我们将会使用他们中的2个：ts_rank() 和 setweight() 。

函数setweight允许我们通过tsvector函数给重要程度（权）赋值；值可以是'A', 'B', 'C' 或者 'D'。

SELECT pid, p_titleFROM (SELECT post.id as pid,
             post.title as p_title,
             setweight(to_tsvector(post.language::regconfig, post.title), 'A') || 
             setweight(to_tsvector(post.language::regconfig, post.content), 'B') ||
             setweight(to_tsvector('simple', author.name), 'C') ||
             setweight(to_tsvector('simple', coalesce(string_agg(tag.name, ' '))), 'B') as document      FROM post      JOIN author ON author.id = post.author_id      JOIN posts_tags ON posts_tags.post_id = posts_tags.tag_id      JOIN tag ON tag.id = posts_tags.tag_id      GROUP BY post.id, author.id) p_searchWHERE p_search.document @@ to_tsquery('english', 'Endangered & Species')ORDER BY ts_rank(p_search.document, to_tsquery('english', 'Endangered & Species')) DESC;

上面的查询，我们在文中不同的栏里面赋了不同的权值。post.title的重要程度超过post.content和tag的总和。最不重要的是author.name。

Postgres 的全文检索已经足够好了

幸运的是PostgreSQL对这些功能全支持。

构建我们的文档(document)

查询

归类

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