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ES 逆文档频率评分异常(Shard Local IDF)原理解析

Elasticsearch之家 2022-08-30
482
听说关注了的小伙伴都new出了对象

1、问题现象描述

假设有shard_local_idf
索引(索引数据见文章末尾)

    GET shard_local_idf/_search
    {
    "query": {
    "match": {
    "title": "xiaomi shouji"
    }
    }
    }

    召回结果如下:

      "hits" : [
      {
      "_index" : "shard_local_idf",
      "_type" : "_doc",
      "_id" : "11",
      "_score" : 1.9924302,
      "_routing" : "0",
      "_source" : {
      "title" : "xiaomi tv"
      }
      },
      {
      "_index" : "shard_local_idf",
      "_type" : "_doc",
      "_id" : "1",
      "_score" : 1.6282079,
      "_routing" : "1",
      "_source" : {
      "title" : "xiaomi shouji"
      }
      },
      {
      "_index" : "shard_local_idf",
      "_type" : "_doc",
      "_id" : "10",
      "_score" : 1.4816045,
      "_routing" : "1",
      "_source" : {
      "title" : "xiaomi tv"
      }
      }
      ...
      ]


      2、原因分析

      注意

      如果对 相关性评分算法比较陌生,推荐先阅读以下文章: Elasticsearch相关度评分算法(三):BM25(Okapi BM25)[1]

      2.1 词频得分(TF)相关性

      对于_doc1和_doc11,两个文档词频都是1,他们在同一个索引,所以反词频一定相同,所以单就TF得分而言,这两个词得分肯定相同。

      因此,对于上述问题,TF得分为常量,不是问题产生的主要原因。

      2.2 反词频得分(IDF)相关性

      假设对于搜索词“xiaomi”,两个文档的得分都是 $x$,对于_doc1 而言,由于假设 $idf$ 得分为 $y$ 根据 $idf$ 计算函数可知 $y$ > 0,而对于 _doc11 而言,tv
       并未被命中,因此 $idf$ 得分为 0。

      那么由此可计算两个文档的最终得分为:_doc1:$x + y$ > _doc11:$x$ 什么是逆文档频率评分(IDF)

      2.3 eplain 查看执行计划

      通过 explain 计算以下得分,如下

        GET shard_local_idf/_search
        {
        "explain": true,
        "query": {
        "match": {
        "title": "xiaomi shouji"
        }
        }
        }

        对于 query:xiaomi shouji 查询结果如下:

        _doc1:总分:1.4816045(term:xiaomi) + 0.14660348(term:shouji) = 1.6282079xiaomi:2.2 * 1.4816046 * 0.45454544 = 1.4816045boost:2.2($k_1$+1)idf:1.4816046n:2N:10tf:0.45454544shouji:2.2 * 0.14660348 * 0.45454544 = 0.14660348boost:2.2($k_1$+1)idf:0.14660348tf:0.45454544_doc11:总分:1.9924302(term:xiaomi) = 1.9924302xiaomi:2.2 * 1.9924302 * 0.45454544 = 1.9924302boost:2.2($k_1$+1)idf:1.9924302n:1N:10tf:0.45454544tv:0

        3、解决方案

        3.1 开发和灰度环境或数据量不大的情况

        search_type
        dfs_query_then_fetch
        :使用从运行搜索的所有分片收集的信息,全局计算分布式词频。虽然此选项提高了评分的准确性,但它增加了每个分片的往返行程,这可能会导致搜索速度变慢。
        query_then_fetch
        :(默认)为每个运行搜索的分片本地计算分布式词频。我们建议使用此选项进行更快的搜索,但评分可能不太准确。


        测试环境设置:search_type
         = dfs_query_then_fetch
         即表示在计算 $idf$ 的分值的时候,对全局进行计算,而不是 local_shard 。会牺牲一部分性能,换取准确性。这种方式适合于本地开发环境或者测试环境,或者生产环境中数据不对的情况下。

        3.2 对于生产环境

        对于生产环境,一般分布式数据库数据都不会太少,既然设计了多个分片,必然要考虑海量数据的情况。一般来说用 query_then_fetch
         不太合适,会影响检索速度,牺牲用户体验。

        生产环境真正的做法是避免分片不均衡,包括分片的大小、节点分片的分配数量、文档的均衡分配等。ES 本身通过 shard reblance 实现分片自动均衡策略,但是如果人工通过 routing 的方式分配数据,务必要保证数据按照某种机制,如分布式哈希表来控制数据的均衡分配,以避免这种情况的产生。

        总结:在不了解分布式文档路由原理的前提下,不要随意使用 routing 来指定文档的分配机制。以免挖坑。

          GET shard_local_idf/_search?search_type=dfs_query_then_fetch
          {
          "explain": true,
          "query": {
          "match": {
          "title": "xiaomi shouji"
          }
          }
          }

          4、测试数据

            PUT shard_local_idf
            {
            "settings": {
            "number_of_shards": 2,
            "number_of_replicas": 0
            }
            }
            PUT shard_local_idf/_bulk?routing=1&refresh=true
            {"index":{"_id":1,"_type":"_doc"}}
            {"title":"xiaomi shouji"}
            {"index":{"_id":2,"_type":"_doc"}}
            {"title":"huawei shouji"}
            {"index":{"_id":3,"_type":"_doc"}}
            {"title":"pingguo shouji"}
            {"index":{"_id":4,"_type":"_doc"}}
            {"title":"zhongxing shouji"}
            {"index":{"_id":5,"_type":"_doc"}}
            {"title":"sanxing shouji"}
            {"index":{"_id":6,"_type":"_doc"}}
            {"title":"bodao shouji"}
            {"index":{"_id":7,"_type":"_doc"}}
            {"title":"oppo shouji"}
            {"index":{"_id":8,"_type":"_doc"}}
            {"title":"lg shouji"}
            {"index":{"_id":9,"_type":"_doc"}}
            {"title":"vivo shouji"}
            {"index":{"_id":10,"_type":"_doc"}}
            {"title":"xiaomi tv"}
            PUT shard_local_idf/_bulk?routing=0&refresh=true
            {"index":{"_id":11,"_type":"_doc"}}
            {"title":"xiaomi tv"}
            {"index":{"_id":12,"_type":"_doc"}}
            {"title":"huawei 12"}
            {"index":{"_id":3,"_type":"_doc"}}
            {"title":"pingguo 13"}
            {"index":{"_id":14,"_type":"_doc"}}
            {"title":"zhongxing 14"}
            {"index":{"_id":15,"_type":"_doc"}}
            {"title":"sanxing 51"}
            {"index":{"_id":16,"_type":"_doc"}}
            {"title":"bodao 16"}
            {"index":{"_id":17,"_type":"_doc"}}
            {"title":"oppo 17"}
            {"index":{"_id":18,"_type":"_doc"}}
            {"title":"lg 18"}
            {"index":{"_id":19,"_type":"_doc"}}
            {"title":"vivo 19"}
            {"index":{"_id":20,"_type":"_doc"}}
            {"title":"meizu 20"}


            References

            [1]
             Elasticsearch相关度评分算法(三):BM25(Okapi BM25): https://es-cn.blog.csdn.net/article/details/124811138

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