服务器端基于Linux
平台、C/C++
语言;客户端采用PHP
实现;爬虫采用Python
实现。
该项目是一个用于网页查询的轻量级搜索引擎。实现了从爬取网页
,处理网页
,显示结果
等整个搜索引擎的流程。该项目分为三个阶段:线下阶段,线上阶段,优化阶段。线下部分使用tinyxml2
解析爬取的网页,以此建立网页库
,网页偏移库
;再使用cppjieba
分词库,TopK算法
生成指纹信息
作为去重
标准并生成新的网页库
与网页偏移库
,去重后通过TF-IDF算法
建立倒排索引库
。线上部分则使用EchoLib框架
搭建服务器,客户端发送查询词后,服务器计算文本特征
并建立VSM模型
,并使用余弦相似度算法
匹配网页,将匹配的网页通过余弦值
排序后使用jsoncpp
封装后发送。优化部分则使用mysql
作为网页存储的数据库,redis
作为Cache缓存
,log4cpp
添加日志系统
。
该项目主要分为三个阶段:线下阶段,线上阶段,优化阶段。
- 线下阶段
-
首先使用tinyxml2解析python爬取的网页,将爬取的网页进行进行解析之后放入内存,再将内存中的网页整理格式之后,输出到磁盘,这也就时创建 网页库 与 网页偏移库 的过程。
-
读取网页库与网页偏移库,使用 cppjieba库 对文章进行分词,再使用 TopK算法 计算出每一篇文章最高频的k个单词,以这k个单词作为该文章的 指纹信息, 这样可以达到对文章去重的效果。根据去重之后的 文章,建立 新的网页库 与 新的网页偏移库。
-
使用 TF-IDF 算法建立 倒排索引库。
补充:
- TF-IDF算法
该算法实质上是一种计算权值的算法,主要用于计算出每一个词在每一篇文章中所占的权值,也可以理解成某个单词在某个文章中的重要程度。
举例: 有很多不同的数学公式可以用来计算TF-IDF。这边的例子以上述的数学公式来计算。词频 (TF) 是一词语出现的次数除以该文件的总词语数。假如一篇文件的总词语数是100个,而词语“母牛”出现了3次,那么“母牛”一词在该文件中的词频就是3/100=0.03。一个计算文件频率 (IDF) 的方法是文件集里包含的文件总数除以测定有多少份文件出现过“母牛”一词。所以,如果“母牛”一词在1,000份文件出现过,而文件总数是10,000,000份的话,其逆向文件频率就是 lg(10,000,000 / 1,000)=4。最后的TF-IDF的分数为0.03 * 4=0.12。
计算过程较为复杂,详细可参考: 百度百科:TF-IDF算法
- 倒排索引
倒排索引是通过属性值来查找记录。通常我们使用索引,是通过记录来查找属性,但是这样显然效率太低;于是倒排索引的出现帮助我们解决了效率的问题,因为它可以通过属性值找到对应的记录。
项目中建立的倒排索引:
unordered_map<string, vector<pair<int, double>>> _invertIndexTable; //倒排索引 <单词,<所在文档ID, 单词权重>>
- 线上阶段
采用EchoLib并发服务器框架,此时假设客户端发送查找 如何成为大师级程序员 相关的网页。
服务器的处理流程如下:
-
将客户端发送的查询语句看成一篇文章,通过TF-IDF算法计算出各个单词在该篇文章中的权重。
-
通过倒排索引,查找出所有匹配的网页。这里的匹配代表着该网页中包含客户端查询词中的所有关键词。
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使用 余弦相似度算法 计算出每一篇网页对应查询语句的余弦相似度,根据余弦相似度大小对网页进行排序。
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为每一篇网页都形成摘要。
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将文章封装成json字符串返回给客户端。
-
客户端解析json字符串并显示。
- 优化阶段
-
使用mysql数据库来存储网页。
-
使用redis来作为缓存cache。
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log4cpp记录日志文件。
同时,在VScode
的后台也记录了查询词,并且将其记录到了日志文件
中,方便查看。
- 建立网页库与网页偏移库
技术亮点:
开源库tinyxml2(DFS遍历节点)
,正则表达式
,文件流字符串流操作
,Unix目录操作
,单例模式(饿汉)
- 网页去重
技术亮点:
开源库cppjieba分词
,set停词集合
,TopK算法(判断网页重复)
- 建立倒排索引
技术亮点:
unordered_map倒排哈希表
,TF-IDF算法(计算权重)
- 搭建线程池框架
技术亮点:
基于对象线程池设计
,Posix线程类,互斥锁,条件变量
,任务队列
,自动加解锁类
,子线程安全退出机制
,回调函数
,智能指针unique_ptr
- 搭建服务器框架
技术亮点:
基于对象服务器设计
,回调函数
,socket网络编程
,IO多路复用epoll
,eventfd(IO线程与计算线程分离)
,客户端安全退出机制
,智能指针shared_ptr
(前两步框架可直接使用博主的开源项目 MirrorLib) - 搭建搜索引擎框架
技术亮点:
文件流字符串流操作
,TF-IDF算法
,开源库log4cpp记录日志
,余弦相似度算法
,开源库jsoncpp
- 使用mysql作为网页存储的数据库
- 使用redis作为Cache缓存
如果对于上述算法感觉不是很理解,可以看看这一篇文章: 基于 K-means 算法实现的文本聚类(干货)