elasticsearch 深入 —— 相关度控制

控制相关度

处理结构化数据（比如：时间、数字、字符串、枚举）的数据库， 只需检查文档（或关系数据库里的行）是否与查询匹配。

布尔的是/非匹配是全文搜索的基础，但不止如此，我们还要知道每个文档与查询的相关度，在全文搜索引擎中不仅需要找到匹配的文档，还需根据它们相关度的高低进行排序。

全文相关的公式或 相似算法（similarity algorithms） 会将多个因素合并起来，为每个文档生成一个相关度评分 _score 。本章中，我们会验证各种可变部分，然后讨论如何来控制它们。

当然，相关度不只与全文查询有关，也需要将结构化的数据考虑其中。可能我们正在找一个度假屋，需要一些的详细特征（空调、海景、免费 WiFi ），匹配的特征越多相关度越高。可能我们还希望有一些其他的考虑因素，如回头率、价格、受欢迎度或距离，当然也同时考虑全文查询的相关度。

所有的这些都可以通过 Elasticsearch 强大的评分基础来实现。

本章会先从理论上介绍 Lucene 是如何计算相关度的，然后通过实际例子说明如何控制相关度的计算过程。

相关度评分背后的理论

Lucene（或 Elasticsearch）使用 布尔模型（Boolean model） 查找匹配文档， 并用一个名为 实用评分函数（practical scoring function） 的公式来计算相关度。这个公式借鉴了 词频/逆向文档频率（term frequency/inverse document frequency） 和 向量空间模型（vector space model），同时也加入了一些现代的新特性，如协调因子（coordination factor），字段长度归一化（field length normalization），以及词或查询语句权重提升。

不要紧张！这些概念并没有像它们字面看起来那么复杂，尽管本小节提到了算法、公式和数学模型，但内容还是让人容易理解的，与理解算法本身相比，了解这些因素如何影响结果更为重要。

布尔模型

布尔模型（Boolean Model） 只是在查询中使用 AND 、 OR 和 NOT （与、或和非）这样的条件来查找匹配的文档，以下查询：

full AND text AND search AND (elasticsearch OR lucene)

会将所有包括词 full 、 text 和 search ，以及 elasticsearch 或 lucene 的文档作为结果集。

这个过程简单且快速，它将所有可能不匹配的文档排除在外。

词频/逆向文档频率（TF/IDF）

当匹配到一组文档后，需要根据相关度排序这些文档，不是所有的文档都包含所有词，有些词比其他的词更重要。一个文档的相关度评分部分取决于每个查询词在文档中的 权重 。

词的权重由三个因素决定，在 什么是相关 中已经有所介绍，有兴趣可以了解下面的公式，但并不要求记住。

tf(t in d) = √frequency

词 t 在文档 d 的词频（ tf ）是该词在文档中出现次数的平方根。

如果不在意词在某个字段中出现的频次，而只在意是否出现过，则可以在字段映射中禁用词频统计：

PUT /my_index
{
  "mappings": {
    "doc": {
      "properties": {
        "text": {
          "type":          "text",
          "index_options": "docs"
        }
      }
    }
  }
}

将参数 index_options 设置为 docs 可以禁用词频统计及词频位置，这个映射的字段不会计算词的出现次数，对于短语或近似查询也不可用。要求精确查询的 not_analyzed 字符串字段会默认使用该设置。

逆向文档频率

词在集合所有文档里出现的频率是多少？频次越高，权重 越低 。 常用词如 and 或 the 对相关度贡献很少，因为它们在多数文档中都会出现，一些不常见词如 elastic 或 hippopotamus 可以帮助我们快速缩小范围找到感兴趣的文档。逆向文档频率的计算公式如下：

idf(t) = 1 + log ( numDocs / (docFreq + 1))

词 t 的逆向文档频率（ idf ）是：索引中文档数量除以所有包含该词的文档数，然后求其对数。

字段长度归一值

字段的长度是多少？ 字段越短，字段的权重 越高 。如果词出现在类似标题 title 这样的字段，要比它出现在内容 body 这样的字段中的相关度更高。字段长度的归一值公式如下：

norm(d) = 1 / √numTerms

字段长度归一值（ norm ）是字段中词数平方根的倒数。

字段长度的归一值对全文搜索非常重要， 许多其他字段不需要有归一值。无论文档是否包括这个字段，索引中每个文档的每个 string 字段都大约占用 1 个 byte 的空间。对于 not_analyzed 字符串字段的归一值默认是禁用的，而对于 analyzed 字段也可以通过修改字段映射禁用归一值：

PUT /my_index
{
  "mappings": {
    "doc": {
      "properties": {
        "text": {
          "type": "string",
          "norms": { "enabled": false }
        }
      }
    }
  }
}

"norms": { "enabled": false } 这个字段不会将字段长度归一值考虑在内，长字段和短字段会以相同长度计算评分。