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使用Lucene.Net達成全文檢索!基礎解說(一)

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Lucene.Net是一套C#開源全文索引庫,其主要包含了:
· Index : 提供索引的管理與詞組的排序
· Search : 提供查詢相關功能
· Store : 支援資料儲存管理,包括I/O操作
· Util : 共用套件
· Documents : 負責描述索引儲存時的文件結構管理
· QueryParsers : 提供查詢語法
· Analysis : 負責分析內容

要達到高效能的全文檢索讓機器可以明白我們的語言,最重要的關鍵就是"分詞器"了。
試想一下這一句話你會如何拆分成一段一段的關鍵字呢?
"一天一蘋果,醫生遠離我"
還有英文版本
"An apple a day, doctor keep me away."

中文版本的拆分:
"一天"、"一"、"蘋果"、"醫生"、"遠離"、"我"
英文版本的拆分:
"apple"、"day"、"doctor"、"keep"、"me"、"away"

有沒有注意到不同語系所分析出來的關鍵字有一點不一樣呢?
而在Lucene中分詞的工作會交給Analysis來完成,
不過我們可以依照不同的語系去選擇想使用的分詞器(Analyzer)!

首先簡單說明一下Lucene的實作流程

  1. 確認主要搜尋的語系來決定使用的分詞器(analyzer)

  2. 建立Document依照analyzer匯入資料
    (前置完成)

  3. 建立IndexSearcher導入準備好的Document

  4. 建立Parser來分析SearchValue

  5. 使用IndexSearcher分析Parser取得結果(Hits)

本專案使用的是Lucene.Net 3.0.3
接下來我們來建立一個提供查詢使用的Document。

        // 取得或建立Lucene文件資料夾
        if (!File.Exists(_dir.FullName))
        {
            System.IO.Directory.CreateDirectory(_dir.FullName);
        }

        // Asp.Net Core需要於Nuget安裝System.Configuration.ConfigurationManager提供用戶端應用程式的組態檔存取
        Lucene.Net.Store.Directory directory = FSDirectory.Open(_dir);

        // 選擇分詞器
        var analyzer = new StandardAnalyzer(Lucene.Net.Util.Version.LUCENE_CURRENT);

        // 資料來源
        var repository = new Repository();

        // 依照指定的文件結構來建立
        var indexWriter = new IndexWriter(directory, analyzer, true, IndexWriter.MaxFieldLength.LIMITED);

        foreach (var index in repository)
        {
            var document = new Document();
            document.Add(new Field("Id", index.Id.ToString(), Field.Store.YES, Field.Index.NO));
            document.Add(new Field("Name", index.Name, Field.Store.YES, Field.Index.ANALYZED));
            document.Add(new Field("Description", index.Description, Field.Store.NO, Field.Index.ANALYZED));
            indexWriter.AddDocument(document);
        }

        indexWriter.Optimize();
        indexWriter.Commit();
        indexWriter.Dispose();

如此一來我們就建立好Lucene的基本配備囉!
其中analyzer的部分我們使用Lucene.Net預設,
要特別注意的是,其處理中文語系的能力非常之爛!
之後再寫一篇文章深入探討。

再來值得一提的是

        document.Add(new Field("Id", index.Id.ToString(), Field.Store.YES, Field.Index.NO));

前兩個參數就是Key跟Value,可以簡單理解為欄位與其內容。
後面兩個參數是重點!

Store: 代表是否儲存這個Key的Value
例如在google打上台南美食會搜索出許多不同的文章連結,
不過google給你的資料中最重要的不是文章內容(Description),
而是哪一篇文章(Name)與台南美食最有關係。
假如今天我只要回傳一個列表而不用提示文章中有哪些內容,
那麼我就可以選擇給"Description" Field.Store.No來節省空間。

Index:
· NO - 不加入索引,這個內容只需要隨著結果出爐,不需要在查詢的時候被考慮。
· ANALYZED、NOT_ANALYZED - 是否使用分詞
· NO_NORMS - 關閉權重功能
或許許多人會對權重功能(NORMS)感到疑惑,
簡單的舉個例子
{ Id=1, Key="蘋果", Value="一天一蘋果,醫生遠離我。"}
{ Id=2, Key="橘子", Value="醫生給娜美最珍貴的寶藏。"}
{ Id=3, Key="梨子", Value="我是梨子,比蘋果蘋果好吃多囉!"}
當我搜尋"蘋果"的時候結果會是
{ Id=1, MatchKey=1, MatchValue=1, Score=(15) + (12) = 7}
{ Id=3, MatchKey=0, MatchValue=1, Score=(05) + (22) = 4}
有發現了嗎?
雖然同樣都對中兩個結果但是Id 1的資料Key值中有包含關鍵字,
因此得到較高的分數排在Id 3前方

準備好Document了,我們可以開始來實際使用看看囉!

        // 決定所要搜索的欄位
        var parser = new QueryParser(Lucene.Net.Util.Version.LUCENE_CURRENT, "Description", analyzer).Parse(searchValue);

        // 提供剛剛建立的Document
        var indexSearcher = new IndexSearcher(directory);

        // 搜尋取出結果的數量
        var queryLimit = 20;

        // 開始搜尋!
        var hits = indexSearcher.Search(parser, queryLimit);

        if (!hits.ScoreDocs.Any())
        {
            Console.WriteLine("查無相關結果。");
            return;
        }

        Document doc;

        foreach (var hit in hits.ScoreDocs)
        {
            doc = indexSearcher.Doc(hit.Doc);
            Console.WriteLine("Score :" + hit.Score + ", Id :" + doc.Get("Id") + ", Name :" + doc.Get("Name") + ", Description :" + doc.Get("Description"));
        }

最後的結果(Hits),是需要再回到Document去撈出對應的資料喔!
是不是非常簡單呢?
筆者寫了一個簡單的範例在GitHub上,秉持著追求新技術的心使用了.Net 6,還請各位大大多多包涵。
有中英文兩種Repository,只需要在上方的DI注入切換就可以囉!

GitHub連結: https://github.com/g13579112000/Lucene

筆者第一次撰寫這種教學文章,有哪邊錯誤的非常歡迎一起來討論指教。
之後有機會再撰寫Lucene更深入的應用方面,
例如權重的分配與分詞器的選擇與使用。

感謝您的閱讀。

參考文獻:
1.黑暗大大的全文檢索筆記: https://blog.darkthread.net/blog/lucene-net-notes-1/
2.使用.Net實現全文檢索: https://blog.csdn.net/huwei2003/article/details/53408388
3.伊凡的部落格: http://irfen.me/5-lucene4-9-learning-record-lucene-analysis-tokenizer/
4.純淨天空代碼範例: https://vimsky.com/zh-tw/examples/detail/csharp-ex-Lucene.Net.Documents-Document---class.html


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