# 第十六章 布尔搜索
> 原文：[Chapter 16 Boolean search](http://greenteapress.com/thinkdast/html/thinkdast017.html)
> 译者：[飞龙](https://github.com/wizardforcel)
> 协议：[CC BY-NC-SA 4.0](http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/)
> 自豪地采用[谷歌翻译](https://translate.google.cn/)
在本章中，我展示了上一个练习的解决方案。然后，你将编写代码来组合多个搜索结果，并按照它与检索词的相关性进行排序。
## 16.1 爬虫的答案
首先，我们来解决上一个练习。我提供了一个`WikiCrawler`的大纲；你的工作是填写`crawl`。作为一个提醒，这里是`WikiCrawler`类中的字段：
```java
public class WikiCrawler {
// keeps track of where we started
private final String source;
// the index where the results go
private JedisIndex index;
// queue of URLs to be indexed
private Queue<String> queue = new LinkedList<String>();
// fetcher used to get pages from Wikipedia
final static WikiFetcher wf = new WikiFetcher();
}
```
当我们创建`WikiCrawler`时，我们传入`source`和 index。最初`queue`只包含一个元素，`source`。
注意，`queue`的实现是`LinkedList`，所以我们可以在末尾添加元素，并从开头删除它们 - 以常数时间。通过将`LinkedList`对象赋给`Queue`变量，我们将使用的方法限制在`Queue`接口中；具体来说，我们将使用`offer`添加元素，以及`poll`来删除它们。
这是我的`WikiCrawler.crawl`的实现：
```java
public String crawl(boolean testing) throws IOException {
if (queue.isEmpty()) {
return null;
}
String url = queue.poll();
System.out.println("Crawling " + url);
if (testing==false && index.isIndexed(url)) {
System.out.println("Already indexed.");
return null;
}
Elements paragraphs;
if (testing) {
paragraphs = wf.readWikipedia(url);
} else {
paragraphs = wf.fetchWikipedia(url);
}
index.indexPage(url, paragraphs);
queueInternalLinks(paragraphs);
return url;
}
```
这个方法的大部分复杂性是使其易于测试。这是它的逻辑：
+ 如果队列为空，则返回`null`来表明它没有索引页面。
+ 否则，它将从队列中删除并存储下一个 URL。
+ 如果 URL 已经被索引，`crawl`不会再次对其进行索引，除非它处于测试模式。
+ 接下来，它读取页面的内容：如果它处于测试模式，它从文件读取；否则它从 Web 读取。
+ 它将页面索引。
+ 它解析页面并向队列添加内部链接。
+ 最后，它返回索引的页面的 URL。
我在 15.1 节展示了`Index.indexPage`的一个实现。所以唯一的新方法是`WikiCrawler.queueInternalLinks`。
我用不同的参数编写了这个方法的两个版本：一个是`Elements`对象，包含每个段落的 DOM 树，另一个是`Element`对象，包含大部分段落。
第一个版本只是循环遍历段落。第二个版本是实际的逻辑。
```java
void queueInternalLinks(Elements paragraphs) {
for (Element paragraph: paragraphs) {
queueInternalLinks(paragraph);
}
}
private void queueInternalLinks(Element paragraph) {
Elements elts = paragraph.select("a[href]");
for (Element elt: elts) {
String relURL = elt.attr("href");
if (relURL.startsWith("/wiki/")) {
String absURL = elt.attr("abs:href");
queue.offer(absURL);
}
}
}
```
要确定链接是否为“内部”链接，我们检查 URL 是否以`/wiki/`开头。这可能包括我们不想索引的一些页面，如有关维基百科的元页面。它可能会排除我们想要的一些页面，例如非英语语言页面的链接。但是，这个简单的测试足以起步了。
这就是它的一切。这个练习没有很多新的材料；这主要是一个机会，把这些作品组装到一起。
## 16.2 信息检索
这个项目的下一个阶段是实现一个搜索工具。我们需要的部分包括：
+ 一个界面，其中用户可以提供检索词并查看结果。
+ 一种查找机制，它接收每个检索词并返回包含它的页面。
+ 用于组合来自多个检索词的搜索结果的机制。
+ 对搜索结果打分和排序的算法。
用于这样的过程的通用术语是“信息检索”，你可以在 <http://thinkdast.com/infret> 上阅读更多信息 。
在本练习中，我们将重点介绍步骤 3 和 4 。我们已经构建了一个 2 的简单的版本。如果你有兴趣构建 Web 应用程序，则可以考虑完成步骤 1。
## 16.3 布尔搜索
大多数搜索引擎可以执行“布尔搜索”，这意味着你可以使用布尔逻辑来组合来自多个检索词的结果。例如：
+ 搜索“java + 编程”（加号可省略）可能只返回包含两个检索词：“java”和“编程”的页面。
+ “java OR 编程”可能会返回包含任一检索词但不一定同时出现的页面。
+ “java -印度尼西亚”可能返回包含“java”，不包含“印度尼西亚”的页面。
包含检索词和运算符的表达式称为“查询”。
当应用给搜索结果时，布尔操作符`+`，`OR`和`-`对应于集合操作 交，并和差。例如，假设
+ `s1`是包含“java”的页面集，
+ `s2`是包含“编程”的页面集，以及
+ `s3`是包含“印度尼西亚”的页面集。
在这种情况下：
+ `s1`和`s2`的交集是含有“java”和“编程”的页面集。
+ `s1`和`s2`的并集是含有“java”或“编程”的页面集。
+ `s1`与`s2`的差集是含有“java”而不含有“印度尼西亚”的页面集。
在下一节中，你将编写实现这些操作的方法。
## 16.4 练习 13
在本书的仓库中，你将找到此练习的源文件：
+
+ `WikiSearch.java`，它定义了一个对象，包含搜索结果并对其执行操作。
+ `WikiSearchTest.java`，它包含`WikiSearch`的测试代码。
+ `Card.java`，它演示了如何使用`java.util.Collections`的`sort`方法。
你还将找到我们以前练习中使用过的一些辅助类。
这是`WikiSearch`类定义的起始：
```java
public class WikiSearch {
// map from URLs that contain the term(s) to relevance score
private Map<String, Integer> map;
public WikiSearch(Map<String, Integer> map) {
this.map = map;
}
public Integer getRelevance(String url) {
Integer relevance = map.get(url);
return relevance==null ? 0: relevance;
}
}
```
`WikiSearch`对象包含 URL 到它们的相关性分数的映射。在信息检索的上下文中，“相关性分数”用于表示页面多么满足从查询推断出的用户需求。相关性分数的构建有很多种方法，但大部分都基于“检索词频率”，它是搜索词在页面上的显示次数。一种常见的相关性分数称为 TF-IDF，代表“检索词频率 - 逆向文档频率”。你可以在 <http://thinkdast.com/tfidf> 上阅读更多信息 。
你可以选择稍后实现 TF-IDF，但是我们将从一些更简单的 TF 开始：
+ 如果查询包含单个检索词，页面的相关性就是其词频；也就是说该词在页面上出现的次数。
+ 对于具有多个检索词的查询，页面的相关性是检索词频率的总和；也就是说，任何检索词出现的总次数。
现在你准备开始练习了。运行`ant build`来编译源文件，然后运行 `ant WikiSearchTest`。像往常一样，它应该失败，因为你有工作要做。
在`WikiSearch.java`中，填充的`and`，`or`以及`minus`的主体，使相关测试通过。你不必担心`testSort`。
你可以运行`WikiSearchTest`而不使用`Jedis`，因为它不依赖于 Redis 数据库中的索引。但是，如果要对索引运行查询，则必须向文件提供有关`Redis`服务器的信息。详见 14.3 节。
运行`ant JedisMaker`来确保它配置为连接到你的 Redis 服务器。然后运行`WikiSearch`，它打印来自三个查询的结果：
+ “java”
+ “programming”
+ “java AND programming”
最初的结果不按照特定的顺序，因为`WikiSearch.sort`是不完整的。
填充`sort`的主体，使结果以递增的相关顺序返回。我建议你使用`java.util.Collections`提供的`sort`方法，它可以排序任何种类的`List`。你可以阅读 <http://thinkdast.com/collections> 上的文档 。
有两个`sort`版本：
+ 单参数版本接受列表并使用它的`compareTo`方法对元素进行排序，因此元素必须是`Comparable`。
+ 双参数版本接受任何对象类型的列表和一个`Comparator`，它是一个提供`compare`方法的对象，用于比较元素。
如果你不熟悉`Comparable`和`Comparator`接口，我将在下一节中解释它们。
## 16.5 `Comparable`和`Comparator`
本书的仓库包含了`Card.java`，它演示了两个方式来排序`Card`对象的列表。这里是类定义的起始：
```java
public class Card implements Comparable<Card> {
private final int rank;
private final int suit;
public Card(int rank, int suit) {
this.rank = rank;
this.suit = suit;
}
```
`Card`对象拥有两个整形字段，`rank`和`suit`。`Card`实现了`Comparable<Card>`，也就是说它提供`compareTo`：
```java
public int compareTo(Card that) {
if (this.suit < that.suit) {
return -1;
}
if (this.suit > that.suit) {
return 1;
}
if (this.rank < that.rank) {
return -1;
}
if (this.rank > that.rank) {
return 1;
}
return 0;
}
```
`compareTo`规范表明，如果`this`小于`that`，则应该返回一个负数，如果它更大，则为正数，如果它们相等则为`0`。
如果使用单参数版本的`Collections.sort`，它将使用元素提供的`compareTo`方法对它们进行排序。为了演示，我们可以列出`52`张卡，如下所示：
```java
public static List<Card> makeDeck() {
List<Card> cards = new ArrayList<Card>();
for (int suit = 0; suit <= 3; suit++) {
for (int rank = 1; rank <= 13; rank++) {
Card card = new Card(rank, suit);
cards.add(card);
}
}
return cards;
}
```
并这样排序它们：
```java
Collections.sort(cards);
```
这个版本的`sort`将元素按照所谓的“自然秩序”放置，因为它由对象本身决定。
但是可以通过提供一个`Comparator`对象，来强制实现不同的排序。例如，`Card`对象的自然顺序将`Ace`视为最小的牌，但在某些纸牌游戏中，它的排名最高。我们可以定义一个`Comparator`，将`Ace`视为最大的牌，像这样：
```java
Comparator<Card> comparator = new Comparator<Card>() {
@Override
public int compare(Card card1, Card card2) {
if (card1.getSuit() < card2.getSuit()) {
return -1;
}
if (card1.getSuit() > card2.getSuit()) {
return 1;
}
int rank1 = getRankAceHigh(card1);
int rank2 = getRankAceHigh(card2);
if (rank1 < rank2) {
return -1;
}
if (rank1 > rank2) {
return 1;
}
return 0;
}
private int getRankAceHigh(Card card) {
int rank = card.getRank();
if (rank == 1) {
return 14;
} else {
return rank;
}
}
};
```
该代码定义了一个匿名类，按需实现`compare`。然后它创建一个新定义的匿名类的实例。如果你不熟悉 Java 中的匿名类，可以在 <http://thinkdast.com/anonclass> 上阅读它们。
使用这个`Comparator`，我们可以这样调用`sort`：
```java
Collections.sort(cards, comparator);
```
在这个顺序中，黑桃的`Ace`是牌组上的最大的牌；梅花二是最小的。
如果你想试验这个部分的代码，它们在`Card.java`中。作为一个练习，你可能打算写一个比较器，先按照`rank`，然后再按照`suit`，所以所有的`Ace`都应该在一起，所有的二也是。以此类推。
## 16.6 扩展
如果你完成了此练习的基本版本，你可能需要处理这些可选练习：
+ 请阅读 <http://thinkdast.com/tfidf> 上的 TF-IDF，并实现它。你可能需要修改`JavaIndex`来计算文档频率；也就是说，每个检索词在索引的所有页面上出现的总次数。
+ 对于具有多个检索词的查询，每个页面的总体相关性目前是每个检索词的相关性的总和。想想这个简单版本什么时候可能无法正常运行，并尝试一些替代方案。
+ 构建用户界面，允许用户输入带有布尔运算符的查询。解析查询，生成结果，然后按相关性排序，并显示评分最高的 URL。考虑生成“片段”，它显示了检索词出现在页面的哪里。如果要为用户界面制作 Web 应用程序，请考虑将 Heroku 作为简单选项，用于 开发和部署 Java Web应用程序。见 <http://thinkdast.com/heroku>。
