elasticsearch[二]-DSL查询语法:全文检索、精准查询(term/range)、地理坐标查询(矩阵、范围)、复合查询(相关性算法)、布尔查询

ES-DSL查询语法(全文检索、精准查询、地理坐标查询)

1.DSL查询文档

elasticsearch 的查询依然是基于 JSON 风格的 DSL 来实现的。

1.1.DSL 查询分类

Elasticsearch 提供了基于 JSON 的 DSL(Domain Specific Language)来定义查询。常见的查询类型包括:

  • 查询所有:查询出所有数据,一般测试用。例如:match_all

  • 全文检索(full text)查询:利用分词器对用户输入内容分词,然后去倒排索引库中匹配。例如:

    • match_query
    • multi_match_query
    • 精确查询:根据精确词条值查找数据,一般是查找 keyword、数值、日期、boolean 等类型字段。例如:

      • ids
      • range
      • term
      • 地理(geo)查询:根据经纬度查询。例如:

        • geo_distance
        • geo_bounding_box
        • 复合(compound)查询:复合查询可以将上述各种查询条件组合起来,合并查询条件。例如:

          • bool
          • function_score

            查询的语法基本一致:

            GET /indexName(索引库名称)/_search
            {
              "query": {
                "查询类型": {
                  "查询条件": "条件值"
                }
              }
            }
            

            我们以查询所有为例,其中:

            • 查询类型为 match_all
            • 没有查询条件
              // 查询所有
              GET /heima/_search
              {
                "query": {
                  "match_all": {
                  }
                }
              }
              

              其它查询无非就是查询类型、查询条件的变化。

              1.2. 全文检索查询

              1.2.1. 使用场景

              全文检索查询的基本流程如下:

              • 对用户搜索的内容做分词,得到词条
              • 根据词条去倒排索引库中匹配,得到文档 id
              • 根据文档 id 找到文档,返回给用户

                比较常用的场景包括:

                • 商城的输入框搜索
                • 百度输入框搜索

                  例如京东:

                  因为是拿着词条去匹配,因此参与搜索的字段也必须是可分词的 text 类型的字段。

                  1.2.2. 基本语法

                  常见的全文检索查询包括:

                  • match 查询:单字段查询
                  • multi_match 查询:多字段查询,任意一个字段符合条件就算符合查询条件

                    match 查询语法如下:

                    GET /indexName/_search
                    {
                      "query": {
                        "match": {
                          "FIELD": "TEXT"
                        }
                      }
                    }
                    

                    mulit_match 语法如下:

                    GET /indexName/_search
                    {
                      "query": {
                        "multi_match": {
                          "query": "TEXT",
                          "fields": ["FIELD1", " FIELD12"]
                        }
                      }
                    }
                    

                    1.2.3. 示例

                    match 查询示例:

                    multi_match 查询示例:

                    可以看到,两种查询结果是一样的,为什么?

                    因为我们将 brand、name、business 值都利用 copy_to 复制到了 all 字段中。因此你根据三个字段搜索,和根据 all 字段搜索效果当然一样了。

                    但是,搜索字段越多,对查询性能影响越大,因此建议采用 copy_to,然后单字段查询的方式。

                    1.2.4. 总结

                    match 和 multi_match 的区别是什么?

                    • match:根据一个字段查询
                    • multi_match:根据多个字段查询,参与查询字段越多,查询性能越差

                      1.3. 精准查询

                      精确查询一般是查找 keyword、数值、日期、boolean 等类型字段。所以不会对搜索条件分词。常见的有:

                      • term:根据词条精确值查询
                      • range:根据值的范围查询

                        1.3.1.term 查询

                        因为精确查询的字段搜是不分词的字段,因此查询的条件也必须是不分词的词条。查询时,用户输入的内容跟自动值完全匹配时才认为符合条件。如果用户输入的内容过多,反而搜索不到数据。

                        语法说明:

                        // term查询
                        GET /indexName/_search
                        {
                          "query": {
                            "term": {
                              "FIELD": {
                                "value": "VALUE"
                              }
                            }
                          }
                        }
                        

                        示例:

                        当我搜索的是精确词条时,能正确查询出结果:

                        但是,当我搜索的内容不是词条,而是多个词语形成的短语时,反而搜索不到:

                        1.3.2.range 查询

                        范围查询,一般应用在对数值类型做范围过滤的时候。比如做价格范围过滤。

                        基本语法:

                        // range查询
                        GET /indexName/_search
                        {
                          "query": {
                            "range": {
                              "FIELD": {
                                "gte": 10, // 这里的gte代表大于等于,gt则代表大于
                                "lte": 20 // lte代表小于等于,lt则代表小于
                              }
                            }
                          }
                        }
                        

                        示例:

                        1.3.3. 总结

                        精确查询常见的有哪些?

                        • term 查询:根据词条精确匹配,一般搜索 keyword 类型、数值类型、布尔类型、日期类型字段
                        • range 查询:根据数值范围查询,可以是数值、日期的范围

                          1.4. 地理坐标查询

                          所谓的地理坐标查询,其实就是根据经纬度查询,官方文档:https://www.elastic.co/guide/en/elasticsearch/reference/current/geo-queries.html

                          常见的使用场景包括:

                          • 携程:搜索我附近的酒店
                          • 滴滴:搜索我附近的出租车
                          • 微信:搜索我附近的人

                            附近的酒店:

                            附近的车:

                            1.4.1. 矩形范围查询

                            矩形范围查询,也就是 geo_bounding_box 查询,查询坐标落在某个矩形范围的所有文档:

                            查询时,需要指定矩形的左上、右下两个点的坐标,然后画出一个矩形,落在该矩形内的都是符合条件的点。

                            语法如下:

                            // geo_bounding_box查询
                            GET /indexName/_search
                            {
                              "query": {
                                "geo_bounding_box": {
                                  "FIELD": {
                                    "top_left": { // 左上点
                                      "lat": 31.1,
                                      "lon": 121.5
                                    },
                                    "bottom_right": { // 右下点
                                      "lat": 30.9,
                                      "lon": 121.7
                                    }
                                  }
                                }
                              }
                            }
                            

                            这种并不符合 “附近的人” 这样的需求,所以我们就不做了。

                            1.4.2. 附近查询

                            附近查询,也叫做距离查询(geo_distance):查询到指定中心点小于某个距离值的所有文档。

                            换句话来说,在地图上找一个点作为圆心,以指定距离为半径,画一个圆,落在圆内的坐标都算符合条件:

                            语法说明:

                            // geo_distance 查询
                            GET /indexName/_search
                            {
                              "query": {
                                "geo_distance": {
                                  "distance": "15km", // 半径
                                  "FIELD": "31.21,121.5" // 圆心
                                }
                              }
                            }
                            

                            示例:

                            我们先搜索陆家嘴附近 15km 的酒店:

                            发现共有 47 家酒店。

                            然后把半径缩短到 3 公里:

                            1.5. 复合查询

                            复合(compound)查询:复合查询可以将其它简单查询组合起来,实现更复杂的搜索逻辑。常见的有两种:

                            • fuction score:算分函数查询,可以控制文档相关性算分,控制文档排名
                            • bool query:布尔查询,利用逻辑关系组合多个其它的查询,实现复杂搜索

                              1.5.1. 相关性算分

                              当我们利用 match 查询时,文档结果会根据与搜索词条的关联度打分(_score),返回结果时按照分值降序排列。

                              例如,我们搜索 “虹桥如家”,结果如下:

                              [
                                {
                                  "_score" : 17.850193,
                                  "_source" : {
                                    "name" : "虹桥如家酒店真不错",
                                  }
                                },
                                {
                                  "_score" : 12.259849,
                                  "_source" : {
                                    "name" : "外滩如家酒店真不错",
                                  }
                                },
                                {
                                  "_score" : 11.91091,
                                  "_source" : {
                                    "name" : "迪士尼如家酒店真不错",
                                  }
                                }
                              ]
                              

                              在 elasticsearch 中,早期使用的打分算法是 TF-IDF 算法,公式如下:

                              在后来的 5.1 版本升级中,elasticsearch 将算法改进为 BM25 算法,公式如下:

                              TF-IDF 算法有一各缺陷,就是词条频率越高,文档得分也会越高,单个词条对文档影响较大。而 BM25 则会让单个词条的算分有一个上限,曲线更加平滑:

                              小结:elasticsearch 会根据词条和文档的相关度做打分,算法由两种:

                              • TF-IDF 算法
                              • BM25 算法,elasticsearch5.1 版本后采用的算法

                                1.5.2. 算分函数查询

                                根据相关度打分是比较合理的需求,但合理的不一定是产品经理需要的。

                                以百度为例,你搜索的结果中,并不是相关度越高排名越靠前,而是谁掏的钱多排名就越靠前。如图:

                                要想认为控制相关性算分,就需要利用 elasticsearch 中的 function score 查询了。

                                1)语法说明

                                function score 查询中包含四部分内容:

                                • 原始查询条件:query 部分,基于这个条件搜索文档,并且基于 BM25 算法给文档打分,原始算分(query score)
                                • 过滤条件:filter 部分,符合该条件的文档才会重新算分
                                • 算分函数:符合 filter 条件的文档要根据这个函数做运算,得到的函数算分(function score),有四种函数
                                  • weight:函数结果是常量
                                  • field_value_factor:以文档中的某个字段值作为函数结果
                                  • random_score:以随机数作为函数结果
                                  • script_score:自定义算分函数算法
                                  • 运算模式:算分函数的结果、原始查询的相关性算分,两者之间的运算方式,包括:
                                    • multiply:相乘
                                    • replace:用 function score 替换 query score
                                    • 其它,例如:sum、avg、max、min

                                      function score 的运行流程如下:

                                      • 1)根据原始条件查询搜索文档,并且计算相关性算分,称为原始算分(query score)
                                      • 2)根据过滤条件,过滤文档
                                      • 3)符合过滤条件的文档,基于算分函数运算,得到函数算分(function score)
                                      • 4)将原始算分(query score)和函数算分(function score)基于运算模式做运算,得到最终结果,作为相关性算分。

                                        因此,其中的关键点是:

                                        • 过滤条件:决定哪些文档的算分被修改
                                        • 算分函数:决定函数算分的算法
                                        • 运算模式:决定最终算分结果
                                          2)示例

                                          需求:给 “如家” 这个品牌的酒店排名靠前一些

                                          翻译一下这个需求,转换为之前说的四个要点:

                                          • 原始条件:不确定,可以任意变化
                                          • 过滤条件:brand = “如家”
                                          • 算分函数:可以简单粗暴,直接给固定的算分结果,weight
                                          • 运算模式:比如求和

                                            因此最终的 DSL 语句如下:

                                            GET /hotel/_search
                                            {
                                              "query": {
                                                "function_score": {
                                                  "query": {  .... }, // 原始查询,可以是任意条件
                                                  "functions": [ // 算分函数
                                                    {
                                                      "filter": { // 满足的条件,品牌必须是如家
                                                        "term": {
                                                          "brand": "如家"
                                                        }
                                                      },
                                                      "weight": 2 // 算分权重为2
                                                    }
                                                  ],
                                                  "boost_mode": "sum" // 加权模式,求和
                                                }
                                              }
                                            }
                                            

                                            测试,在未添加算分函数时,如家得分如下:

                                            添加了算分函数后,如家得分就提升了:

                                            3)小结

                                            function score query 定义的三要素是什么?

                                            • 过滤条件:哪些文档要加分
                                            • 算分函数:如何计算 function score
                                            • 加权方式:function score 与 query score 如何运算

                                              1.5.3. 布尔查询

                                              布尔查询是一个或多个查询子句的组合,每一个子句就是一个子查询。子查询的组合方式有:

                                              • must:必须匹配每个子查询,类似 “与”
                                              • should:选择性匹配子查询,类似 “或”
                                              • must_not:必须不匹配,不参与算分,类似 “非”
                                              • filter:必须匹配,不参与算分

                                                比如在搜索酒店时,除了关键字搜索外,我们还可能根据品牌、价格、城市等字段做过滤:

                                                每一个不同的字段,其查询的条件、方式都不一样,必须是多个不同的查询,而要组合这些查询,就必须用 bool 查询了。

                                                需要注意的是,搜索时,参与打分的字段越多,查询的性能也越差。因此这种多条件查询时,建议这样做:

                                                • 搜索框的关键字搜索,是全文检索查询,使用 must 查询,参与算分
                                                • 其它过滤条件,采用 filter 查询。不参与算分
                                                  1)语法示例:
                                                  GET /hotel/_search
                                                  {
                                                    "query": {
                                                      "bool": {
                                                        "must": [
                                                          {"term": {"city": "上海" }}
                                                        ],
                                                        "should": [
                                                          {"term": {"brand": "皇冠假日" }},
                                                          {"term": {"brand": "华美达" }}
                                                        ],
                                                        "must_not": [
                                                          { "range": { "price": { "lte": 500 } }}
                                                        ],
                                                        "filter": [
                                                          { "range": {"score": { "gte": 45 } }}
                                                        ]
                                                      }
                                                    }
                                                  }
                                                  
                                                  2)示例

                                                  需求:搜索名字包含 “如家”,价格不高于 400,在坐标 31.21,121.5 周围 10km 范围内的酒店。

                                                  分析:

                                                  • 名称搜索,属于全文检索查询,应该参与算分。放到 must 中
                                                  • 价格不高于 400,用 range 查询,属于过滤条件,不参与算分。放到 must_not 中
                                                  • 周围 10km 范围内,用 geo_distance 查询,属于过滤条件,不参与算分。放到 filter 中
                                                    3)小结

                                                    bool 查询有几种逻辑关系?

                                                    • must:必须匹配的条件,可以理解为 “与”
                                                    • should:选择性匹配的条件,可以理解为 “或”
                                                    • must_not:必须不匹配的条件,不参与打分
                                                    • filter:必须匹配的条件,不参与打分

                                                      参考链接:https://www.cnblogs.com/DeryKong/p/17002533.html