ES框架--ES评分规则详解

一、需求

因为需要对搜索结果进行一个统一化的评分,因此需要仔细研究ES本身的评分规则从而想办法把评分统一。

省流:无法确切统一化

二、ES查询评分规则

之前有说过ES的查询评分原理,那么仔细思考之后就会发现,长文本搜索对应的score会比短文本搜索的score高很多:score=单个分词评分之和,长文本对应的词更多那么score就会更多。

通过在查询中设置参数”explain”:true来查看具体的分数来源(explain的输出代价较大。它只是一个调试工具。不要让在生产中使用):

1.查询分数基本结构

request:

post http://localhost:9200/policy_index/_search

{
    "size": 20,
    "query": {
        "match": {
            "policyTitle": {
                "query": "青年大学习"
            }
        }
    },
    "explain": true
}

response:

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可以看到结果集中的一条结果explanation中就是评分的具体信息:

score(总分)=15.48946=score_value(“青年”)+score_value(“大学”)

policyTitle本身存入时和查询时使用的都是ik_max_word分词器(不单独指定search_analyzer即查询默认使用analyzer对应的分词器),为细粒度划分,“青年大学习”被拆分为多个(可以通过切换分词器或自定义专业词库的形式避免,这里仅做评分解析就不管了)

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上面的查询结果中被拆分为青年+大学,根据分词结果,青年+学习也是可以被检索到的(三者都有也行):

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即查询请求会根据分词器在ES内部被重写为以下结构:

"bool": {
      "should": [
        {
     
     "term": { "policyTitle": "青年" }},
        {
     
     "term": { "policyTitle": "大学" }},
        {
     
     "term": { "policyTitle": "学习" }}
      ]
    }
}

2.单独分词分数

参考:

博客:https://www.cnblogs.com/wangchuanfu/p/7452809.html

官方文档:https://www.elastic.co/guide/en/elasticsearch/guide/master/relevance-intro.html 

https://www.elastic.co/guide/en/elasticsearch/guide/master/scoring-theory.html

单独查看第一篇文档中”青年”的得分:9.51721

score(freq=2.0), computed as boost * idf * tf from:

即score=boost * idf * tf

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具体参数:

(一)TF/IDF评分模型

(1)tf--频率

该术语在本文档中出现的频率如何?次数越多,分数越高

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image

如果您不关心术语在字段中出现的频率,而您只关心该术语是否存在,那么您可以在字段映射中禁用术语频率:

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(2)idf--逆文档频率

该术语在集合中的所有文档中出现的频率是多少?次数越多,分数越低

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(二)向量空间评分模型

具体见官网:https://www.elastic.co/guide/en/elasticsearch/guide/master/scoring-theory.html#vector-space-model

介绍:

向量空间模型提供了一种将多项查询与文档进行比较的方法。输出是一个单一的分数,表示文档与查询的匹配程度。为了做到这一点,模型将文档和查询都表示为向量。

向量实际上只是一个包含数字的一维数组,例如:

[1,2,5,22,3,8]

在向量空间模型中,向量中的每个数字都是一个词的权重,用词频/逆文档频率计算(词语越稀有,权重越大)。

(虽然 TF/IDF 是计算向量空间模型项权重的默认方法,但它不是唯一的方法。其他模型如 Okapi-BM25 存在并且在 Elasticsearch 中可用。TF/IDF 是默认值,因为它是一种简单、高效的算法,可以产生高质量的搜索结果,并且经受住了时间的考验。)

待匹配内容会根据数组向量形成一条线,而文档中与其匹配的内容也会形成对应的线,那么线越靠近就说明结果越匹配。

(三)实用评分函数

对于多项查询,Lucene 采用布尔模型TF/IDF向量空间模型,并将它们组合在一个高效的包中,一旦文档与查询匹配,Lucene 就会计算该查询的分数,并结合每个匹配项的分数。用于评分的公式称为实用评分函数。

score(q,d)  =  
            queryNorm(q)  
          · coord(q,d)    
          · ∑ (           
                tf(t in d)   
              · idf(t)²      
              · t.getBoost() 
              · norm(t,d)    
            ) (t in q)  

1.queryNorm--查询规范化因子
是对查询进行规范化的一种尝试,以便可以将一个查询的结果与另一个查询的结果进行比较。
尽管查询规范的目的是使不同查询的结果具有可比性,但效果并不理想。相关性_score的唯一目的是按照正确的顺序对当前查询的结果进行排序。您不应该尝试比较来自不同查询的相关性分数。
每个文档的查询规范化因子相同,无法更改。

2.coord--协调因子
用于奖励包含较高百分比查询词的文档。文档中出现的查询词越多,文档与查询匹配的可能性就越大,分数越高。
也就是同时包含“青年”“大学”“学习”的文档的分数不仅仅是三者相加的分数,而是会使用协调因子将分数乘以文档中匹配项的数量,然后除以查询中的项总数。

3.tf--词频

4.idf--逆文档频率

5.t.getBoost()--查询提升
用于增加查询中某个字段的重要性:https://www.elastic.co/guide/en/elasticsearch/guide/master/query-time-boosting.html

6.norm--场长范数
字段有多长?字段越短,权重越高。
如果一个术语出现在一个短字段中,那么与同一个术语出现在一个更大的字段中相比,认为更匹配,分数更高。

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3.总结

查询分数=分词分数之和

分词分数=boost提升*tf词语出现频率*idf词语在所有文档的此字段中出现频率,其他的参数根据需求设定

三、ES自定义评分规则

即function_score,这个之前有比较详细的讲解,更具体的案例应用和参数讲解见官网:https://www.elastic.co/guide/en/elasticsearch/guide/master/function-score-query.html

在我的案例中使用的是在policyTitle+textContent中查询词语,并根据省份+分类得到一个比例与查询分数进行相乘的形式来计算score,发送query请求并explain查看是否符合我们设定的需求:

总分:39.185825

1.查询得分:10.312058

由词语在policyTitle和textContent中的分数之和组成,正常√

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2.自定义得分:3.8000002

由script_score和衰减函数linear的得分2.8+1组成,正常√

其中script_score由分类决定,如果分类与用户的用户画像分类匹配,返回指定权重的分数,用户画像由类似

{金融贸易=0.70000005, 医疗健康=0.1, 其他=0.1, 工业=0.1}形式构成,说明用户常看金融类,那么金融类的得分会更高。

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总分=查询得分*自定义得分,正常√,这样就会让符合条件的文档分数大幅提高

3.测试

上面查询的是一个没有特别属性的中义词,会返回令人满意的结果,下面搜索一些具有特殊省份、分类的词语,观察function_score是否会因为设定的省份和分类而极大影响,导致返回不合理的结果。

(1)特殊省份

根据分类判断,正常√

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(2)特殊分类

这里发现省份和分类的影响还是很大的

除非查询本身的分数很高,否则会更倾向于符合function中分类和省份的结果。。

搜索:工业废水

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(3)特殊省份+特殊分类

这里体现的更明显,由于省份分数为0/1,在查询时甚至完全忽略省份,完全由分类决定

搜索:北京工业废水

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考虑控制分类的返回值不超过1.5,尽管用户可能在某一个分类中经常浏览,但是为了避免搜素结果过多的由分类决定而导致查询的结果不理想,于是进行一定的权重控制。控制不匹配分类等的最低返回值为1,这样即使分类、省份都不匹配,如果查询得分很高依然不会受到太大影响,不至于让用户完全无法看到这样的结果。

这样一来,保证function无论如何在1-2.5之间。(考虑通过衰减因子改变省份的值,例如不再是0/1,而是0/0.5,从而减小省份的影响,形成1-2的function分数--最终选择的方案)

(4)修改后再次查询

①特殊分类:工业废水

文档相关性占比很大,分类和省份占比(1-2)

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②特殊省份+特殊分类:北京工业废水

这里发现由于在文档中查询“北京工业废水”,由于查询分数不会专注于“北京”,因此往往会按照“工业废水”的高评分*自定义评分来得到高分,暂时想到的解决是:

1.如果涉及特殊省份的查询,引导用户自己单独选中侧边栏的省份选项后再查询(告知用户这样搜索效果更好)

2.去除TF词频的影响,即不在意词语在文档中出现了多少次,只在意是否出现,那么就可以比较好的保证文档中能出现大部分的搜索语句,但是这个就涉及到用户希望出现的结果是什么样的,需要考虑。

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四、总结

总之,score=查询得分(分词得分之和)与自定义得分综合计算的结果,其中查询得分涉及比较多,不太好改,而且考虑到查询结果对不同用户的得分观感都是不一样的,不可能用匹配度之类的确切结果进行描述,于是选择以排名第一的结果为100分,将分数称为“推荐指数”等形式的主观词汇,当然后续根据用户体验还会尝试修改,目前想到的解决方案就是这样了。

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