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【Lucene】分词器详解，常用的分词器，IKANalyzer

程序员文章站 2022-05-09 13:25:12
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【Lucene】分词器详解，常用的分词器，IKANalyzer

1. 分词器详解

1.1 分词器的作用

  • 在创建索引的时候需要用到分词器，在使用字符串搜索的时候也会用到分词器，并且这两个地方要使用同一个分词器，否则可能会搜索不出来结果。

  • 分词器(Analyzer)的作用是把一段文本中的词按规则取出所包含的所有词，对应的是Analyzer类，这是一个抽象类(public abstract class org.apache.lucene.analysis.Analyzer)，切分词的具体规则是由子类实现的，所以对于不同的语言规则，要有不同的分词器。

下面我们看看哪里使用了分词器。

    public void createIndex() throws IOException {
        //1.创建一个Directory对象，指定索引库保存的位置。
        // 把索引库保存在内存中
        //Directory directory = new RAMDirectory();
        // 把索引库保存在磁盘
        Directory directory = FSDirectory.open(new File("E:\\practice\\lucene\\directory").toPath());
        //2.基于Directory对象创建一个IndexWriter对象
        IndexWriter indexWriter = new IndexWriter(directory,new IndexWriterConfig());
        //3.读取磁盘上的文件，对应每个文件创建一个文档对象。
        File dir = new File("C:\\Users\\siyi\\Desktop\\searchsource");
        File[] files = dir.listFiles();
        for(File file : files){
            //取文件名
            String fileName = file.getName();
            //文件的路径
            String filePath = file.getPath();
            //文件的内容
            String fileContent = FileUtils.readFileToString(file,"utf-8");
            //文件的大小
            long fileSize = FileUtils.sizeOf(file);
            //4.向文档对象中添加域
            //创建Field
            //参数1：域的名称 参数2：域的内容 参数3：是否存储
            Field fieldName = new TextField("name", fileName, Field.Store.YES);
            Field fieldPath = new StoredField("path", filePath);
            Field fieldContent = new TextField("content",fileContent,Field.Store.YES);
            Field fieldSizeValue = new LongPoint("size",fileSize);
            Field fieldSizeStore = new StoredField("size",fileSize);
            //创建文档对象
            Document document = new Document();
            document.add(fieldName);
            document.add(fieldPath);
            document.add(fieldContent);
            document.add(fieldSizeValue);
            document.add(fieldSizeStore);
            //5.把文档对象写入索引库
            indexWriter.addDocument(document);
        }
        //6.关闭indexWriter对象
        indexWriter.close();
    }

上述程序是一个很普通的构建索引案例。但是我们在程序中并没又发现有分词器的存在。
那是因为我们在创建IndexWriterConfig对象时，默认会使用标准分词器（StandardAnalyzer）。
【Lucene】分词器详解，常用的分词器，IKANalyzer

1.2 分词器API

1.2.1 示例

如果我们想知道分词器分词后的结果，那么我们可以根据下面的程序得到：

    public void testTokenStream() throws Exception {
        //1.创建一个Analyzer对象，StandardAnalyzer对象
        Analyzer analyzer = new StandardAnalyzer();
        //2.使用分析器对象的tokenStream方法获得一个TokenStream对象
        TokenStream tokenStream = analyzer.tokenStream("", "Lucene 是 apache 软件基金会的一个子项目，由 Doug Cutting 开发，是一个开放源代码的全文检索引擎工具包，但它不是一个完整的全文检索引擎，而是一个全文检索引擎的库，提供了完整的查询引擎和索引引擎，部分文本分析引擎（英文与德文两种西方语言）。Lucene 的目的是为软件开发人员提供一个简单易用的工具包，以方便的在目标系统中实现全文检索的功能，或者是以此为基础建立起完整的全文检索引擎。Lucene 是一套用于全文检索和搜寻的开源程式库，由 Apache 软件基金会支持和提供。");
        //3.向TokenStream对象中设置一个引用，相当于一个指针
        CharTermAttribute charTermAttribute = tokenStream.addAttribute(CharTermAttribute.class);
        //4.调用TokenStream对象的rest方法。如果不调用抛异常
        tokenStream.reset();
        //5.使用while循环遍历TokenStream对象
        while(tokenStream.incrementToken()){
            System.out.println(charTermAttribute.toString());
        }
        //6.关闭TokenStream对象
        tokenStream.close();
    }

运行结果如下：
【Lucene】分词器详解，常用的分词器，IKANalyzer
我们会发现标准分词器对英文的支持是相当好的。但是对中文却并不支持，标准分词器（StandardAnalyzer）会将每个字都分成一个词，但是我们检索的过程中并不会一个字一个字的查。所以我们需要其他的分词器。

但是在使用其他分词器前我们需要先了解分词器相应的API和原理。

1.2.2 Analyzer

分析器，分词器组件的核心API，它的职责：构建真正对文本进行分词处理的TokenStream（分词处理器）。通过调用它的如下两个方法（这两个方法是final方法，不能被覆盖的。），得到输入文本的分词处理器。

  public final TokenStream tokenStream(final String fieldName,
                                       final Reader reader) {
    TokenStreamComponents components = reuseStrategy.getReusableComponents(this, fieldName);
    final Reader r = initReader(fieldName, reader);
    if (components == null) {
      components = createComponents(fieldName);
      reuseStrategy.setReusableComponents(this, fieldName, components);
    }
    components.setReader(r);
    return components.getTokenStream();
  }

  public final TokenStream tokenStream(final String fieldName, final String text) {
    TokenStreamComponents components = reuseStrategy.getReusableComponents(this, fieldName);
    @SuppressWarnings("resource") final ReusableStringReader strReader = 
        (components == null || components.reusableStringReader == null) ?
        new ReusableStringReader() : components.reusableStringReader;
    strReader.setValue(text);
    final Reader r = initReader(fieldName, strReader);
    if (components == null) {
      components = createComponents(fieldName);
      reuseStrategy.setReusableComponents(this, fieldName, components);
    }

    components.setReader(r);
    components.reusableStringReader = strReader;
    return components.getTokenStream();
  }
  • 问题1：从哪里得到了TokenStream？
    从components.getTokenStream()得到了TokenStream
  • 问题2：方法传入的字符流Reader 给了谁？
    方法传入的字符流Reader 最终给了Tokenizer的inputPending（类型：Reader）：initReader(fieldName, reader)-components.setReader®-source.setReader(reader)-this.inputPending = input;
  • 问题3： components是什么？components的获取逻辑是怎样？
    components是分词处理的组件，components的获取逻辑是有就直接拿来用，没有就新建一个，后面都用新建的这一个
  • 问题4：createComponents(fieldName) 方法是个什么方法？
    是创建分词处理组件的方法
  • 问题5：Analyzer能直接创建对象吗？
    Analyzer是一个抽象类，不能直接创建对象
  • 问题6：为什么它要这样设计？
    使用装饰器模式方便扩展
  • 问题7：Analyzer的实现子类有哪些？
    【Lucene】分词器详解，常用的分词器，IKANalyzer
  • 问题8：要实现一个自己的Analyzer，必须实现哪个方法？
    必须实现protected abstract TokenStreamComponents createComponents(String fieldName);

1.2.3 createComponents(String fieldName)

  protected abstract TokenStreamComponents createComponents(String fieldName);

是Analizer中唯一的抽象方法，扩展点。通过提供该方法的实现来实现自己的Analyzer。

参数说明：fieldName，如果我们需要为不同的字段创建不同的分词处理器组件，则可根据这个参数来判断。否则，就用不到这个参数。

返回值为 TokenStreamComponents 分词处理器组件。

我们需要在createComponents方法中创建我们想要的分词处理器组件。

1.2.4 TokenStreamComponents

分词处理器组件：这个类中封装有供外部使用的TokenStream分词处理器。提供了对source(源)和sink（供外部使用分词处理器）两个属性的访问方法。

  • 问题1：这个类的构造方法有几个？区别是什么？从中能发现什么？
    两个构造方法：
    public TokenStreamComponents(final Tokenizer source,
        final TokenStream result) {
      this.source = source;
      this.sink = result;
    }
    
    public TokenStreamComponents(final Tokenizer source) {
      this.source = source;
      this.sink = source;
    }

区别是参数不一样，可以发现source和sink有继承关系

  • 问题2：source 和 sink属性分别是什么类型？这两个类型有什么关系？
Tokenizer source
TokenStream sink
Tokenizer是TokenStream的子类

  • 在这个类中没有创建source、sink对象的代码（而是由构造方法传入）。也就是说我们在Analyzer.createComponents方法中创建它的对象前，需先创建source、sink

  • 问题4：在Analyzer中tokenStream() 方法中把输入流给了谁？得到的TokenStream对象是谁？TokenStream对象sink中是否必须封装有source对象?
    输入流给了source.setReader(reader)，得到的TokenStream对象是TokenStream sink

components.getTokenStream()

public TokenStream getTokenStream() {
	return sink;
}

1.2.5 TokenStream

分词处理器，负责对输入文本完成分词、处理。

  • 问题1：TokenStream对象sink中是否必须封装有source对象，TokenStream中有没有对应的给入方法？
    没有

  • 问题2：TokenStream是一个抽象类，有哪些方法，它的抽象方法有哪些？它的构造方法有什么特点？
    抽象方法：

    public abstract boolean incrementToken() throws IOException;

    构造方法有两个：

     protected TokenStream(AttributeSource input) {
    super(input);
    assert assertFinal();
  }
 

protected TokenStream(AttributeFactory factory) {
    super(factory);
    assert assertFinal();
  }

    概念说明：Token： 分项，从字符流中分出一个一个的项

  • 问题3：TokenStream的具体子类分为哪两类？有什么区别？
    Tokenizer：分词器，输入是Reader字符流的TokenStream，完成从流中分出分项
    TokenFilter：分项过滤器，它的输入是另一个TokenStream，完成对从上一个TokenStream中流出的token的特殊处理。

  • 问题4：TokenStream继承了谁？它是干什么用的？
    继承了AttributeSource，TokenStream进行分词处理的
    概念说明：Token Attribute： 分项属性（分项的信息）：如 包含的词、位置等

1.2.6 TokenStream 的两类子类

Tokenizer：分词器，输入是Reader字符流的TokenStream，完成从流中分出分项

TokenFilter：分项过滤器，它的输入是另一个TokenStream，完成对从上一个TokenStream中流出的token的特殊处理。

  • 问题1：这个类该如何使用？要实现自己的Tokenizer只需要做什么？
    要实现自己的Tokenizer只需要继承Tokenizer复写incrementToken()方法

  • 问题2：请查看TokenFilter类的源码及注释，如何实现自己的TokenFilter?
    要实现自己的TokenFilter只需要继承TokenFilter复写incrementToken()方法

  • 问题3：TokenFilter的子类有哪些？
    【Lucene】分词器详解，常用的分词器，IKANalyzer

  • 问题4：TokenFilter是不是一个典型的装饰器模式？如果我们需要对分词进行各种处理，只需要按我们的处理顺序一层层包裹即可（每一层完成特定的处理）。不同的处理需要，只需不同的包裹顺序、层数。
    是

1.2.7 TokenStream 继承了 AttributeSource

  • 问题1：我们在TokenStream及它的两个子类中是否有看到关于分项信息的存储，如该分项的词是什么、这个词的位置索引？

概念说明：Attribute 属性 Token Attribute 分项属性（分项信息），如 分项的词、词的索引位置等等。这些属性通过不同的Tokenizer /TokenFilter处理统计得出。不同的Tokenizer/TokenFilter组合，就会有不同的分项信息。它是会动态变化的，你不知道有多少，是什么。那该如何实现分项信息的存储呢？

答案就是 AttributeSource、Attribute 、AttributeImpl、AttributeFactory

1、AttribureSource 负责存放Attribute对象，它提供对应的存、取方法

2、Attribute对象中则可以存储一个或多个属性信息

3、AttributeFactory 则是负责创建Attributre对象的工厂，在TokenStream中默认使用了AttributeFactory.getStaticImplementation 我们不需要提供，遵守它的规则即可。

1.2.8 AttributeSource使用规则说明

  • 某个TokenStream实现中如要存储分项属性，通过AttributeSource的两个add方法之一，往AttributeSource中加入属性对象。

<T extends Attribute> T addAttribute(Class<T> attClass) 该方法要求传人你需要添加的属性的接口类（继承Attribute）,返回对应的实现类实例给你。从接口到实例，这就是为什么需要AttributeFactory的原因。这个方法是我们常用的方法

void addAttributeImpl(AttributeImpl att)

  • 加入的每一个Attribute实现类在AttributeSource中只会有一个实例，分词过程中，分项是重复使用这一实例来存放分项的属性信息。重复调用add方法添加它返回已存储的实例对象。

  • 要获取分项的某属性信息，则需持有某属性的实例对象，通过addAttribute方法或getAttribure方法获得Attribute对象，再调用实例的方法来获取、设置值

  • 在TokenStream中，我们用自己实现的Attribute，默认的工厂。当我们调用这个add方法时，它怎么知道实现类是哪个？这里有一定规则要遵守：

    1、自定义的属性接口 MyAttribute 继承 Attribute

    2、自定义的属性实现类必须继承 Attribute,实现自定义的接口MyAttribute

    3、自定义的属性实现类必须提供无参构造方法

    4、为了让默认工厂能根据自定义接口找到实现类，实现类名需为：接口名+Impl 。

1.2.9 TokenStream 的使用步骤。

我们在应用中并不直接使用分词器，只需为索引引擎和搜索引擎创建我们想要的分词器对象。但我们在选择分词器时，会需要测试分词器的效果，就需要知道如何使用得到的分词处理器TokenStream，使用步骤：

1、从tokenStream获得你想要获得分项属性对象（信息是存放在属性对象中的）

2、调用 tokenStream 的 reset() 方法，进行重置。因为tokenStream是重复利用的。

3、循环调用tokenStream的incrementToken()，一个一个分词，直到它返回false

4、在循环中取出每个分项你想要的属性值。

5、调用tokenStream的end()，执行任务需要的结束处理。

6、调用tokenStream的close()方法，释放占有的资源。

2. 常用的分词器

分词和查询都是以词项为基本单位，词项是词条化的结果。在Lucene中分词主要依靠Analyzer类解析实现。Analyzer类是一个抽象类，分词的具体规则是由子类实现的，所以对于不同的语言规则，要有不同的分词器

  1. StopAnalyzer
    停用词分词器：能过滤词汇中的特定字符串和词汇，并且完成大写转小写的功能。

  2. StandardAnalyzer
    标准分词器：根据空格和符号来完成分词，还可以完成数字、字母、E-mail地址、IP地址以及中文字符的分析处理，还可以支持过滤词表，用来代替StopAnalyzer能够实现的过滤功能。

  3. WhitespaceAnalyzer
    空格分词器：使用空格作为间隔符的词汇分割分词器。处理词汇单元的时候，以空格字符作为分割符号。分词器不做词汇过滤，也不进行小写字符转换。实际中可以用来支持特定环境下的西文符号的处理。由于不完成单词过滤和小写字符转换功能，也不需要过滤词库支持。词汇分割策略上简单使用非英文字符作为分割符，不需要分词词库支持。

  4. SimleAnalyzer
    简单分词：具备基本西文字符词汇分析的分词器，处理词汇单元时，以非字母字符作为分割符号。分词器不能做词汇的过滤，之进行词汇的分析和分割。输出地词汇单元完成小写字符转换，去掉标点符号等分割符。

  5. CJKAnalyzer
    二分法分词：内部调用CJKAnalyzer分词器，对中文进行分词，同时使用StopFilt过滤器完成过滤功能，可以实现中文的多元切分和停用词过滤。

  6. IKAnalyzer
    IKAnalyzer实现了以词典为基础的正反向全切分，以及正反向最大匹配切分两种方法。IKAnalyzer是第三方实现的分词器，继承自Lucene的Analyzer类，针对中文文本进行处理。

  7. Paoding Analysis
    Paoding Analysis中文分词具有极 高效率 和 高扩展性。引入隐喻，采用完全的面向对象设计，构思先进。其效率比较高，在PIII 1G内存个人机器上，1秒可准确分词100万汉字。采用基于不限制个数的词典文件对文章进行有效切分，使能够将对词汇分类定义。能够对未知的词汇进行合理解析。

  8. MMSeg4J
    mmseg4j 用 Chih-Hao Tsai 的 MMSeg 算法实现的中文分词器(http://technology.chtsai.org/mmseg/ )，并实现 lucene 的 analyzer 和 solr 的TokenizerFactory 以方便在Lucene和Solr中使用。 MMSeg 算法有两种分词方法：Simple和Complex，都是基于正向最大匹配。Complex 加了四个规则过虑。官方说：词语的正确识别率达到了 98.41%。mmseg4j 已经实现了这两种分词算法。

3. IKAnalyzer

因为我这儿指的IKAnalyzer是国内某大佬开发的，所以找不到依赖坐标。

  • IKAnalyzer相关文件下载：
    链接: https://pan.baidu.com/s/1jyhKVG0NQoW3OdQBV92_kg 提取码: 3bjq

  • 使用方法：
    第一步：把jar包添加到工程中
    第二步：把配置文件和扩展词典和停用词词典添加到classpath下

  • 注意：hotword.dic和ext_stopword.dic文件的格式为UTF-8，注意是无BOM 的UTF-8 编码。
    也就是说禁止使用windows记事本编辑扩展词典文件

    public void testTokenStream2() throws Exception {
        //1.创建一个Analyzer对象，StandardAnalyzer对象
        Analyzer analyzer = new IKAnalyzer();
        //2.使用分析器对象的tokenStream方法获得一个TokenStream对象
        TokenStream tokenStream = analyzer.tokenStream("", "Linux 刚面世时并没有图形界面，所有的操作全靠命令完成，如 磁盘操作、文件存取、目录操作、进程管理、文件权限 设定等");
        //3.向TokenStream对象中设置一个引用，相当于一个指针
        CharTermAttribute charTermAttribute = tokenStream.addAttribute(CharTermAttribute.class);
        //4.调用TokenStream对象的rest方法。如果不调用抛异常
        tokenStream.reset();
        //5.使用while循环遍历TokenStream对象
        while(tokenStream.incrementToken()){
            System.out.println(charTermAttribute.toString());
        }
        //6.关闭TokenStream对象
        tokenStream.close();
    }

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