vQFd4 18 окт в 13:33

Полнотекстовый поиск в java приложениях с помощью Elasticsearch

Простой

41 мин

2.7K

Блог компании РостелекомJava*Поисковые технологии*

Введение

В современном мире объёмы данных растут экспоненциально, и эффективное управление информацией становится критически важным для успеха любого приложения.

Полнотекстовый поиск играет ключевую роль в обеспечении быстрого и точного доступа к нужным данным, особенно в системах с большим количеством неструктурированной информации. От правильной реализации поисковых возможностей зависит пользовательский опыт и, как следствие, конкурентоспособность продукта на рынке.

Сочетание технологий Spring Boot, Elasticsearch и PostgreSQL предоставляет мощный и гибкий инструмент для реализации полнотекстового поиска в корпоративных приложениях. Spring Boot ускоряет разработку и упрощает конфигурацию, PostgreSQL обеспечивает надёжное хранение данных, а Elasticsearch добавляет возможность масштабируемого и быстрого поиска по большим объёмам данных. Вместе они образуют эффективное решение, способное удовлетворить требования даже самых сложных проектов.

Цель данной статьи — подробно рассмотреть подходы к интеграции Elasticsearch в Spring Boot приложение, использующее PostgreSQL в качестве основного хранилища данных. Мы обсудим следующие ключевые темы:

Правильная индексация JPA-сущностей и их связей: рассмотрим, как корректно индексировать сущности с различными типами связей (Many-To-One, One-To-Many, One-To-One, Many-To-Many) для обеспечения консистентности данных между базой данных и поисковым индексом.
Разметка атрибутов для поискового индекса: обсудим, какие атрибуты следует включать в индекс и как использовать аннотации для настройки индексирования полей.
Совмещение и разделение JPA-сущностей и Elasticsearch документов: проанализируем преимущества и недостатки использования одних и тех же классов для хранения и поиска, а также подходы к их разделению для повышения гибкости и производительности.
Настройка весов и реализация сложных синонимических связей: изучим, как настроить релевантность результатов поиска с помощью весовых коэффициентов и использовать синонимы для улучшения качества поиска.
Многослойные фильтры, нечёткий поиск и ранжирование по релевантности: рассмотрим продвинутые техники фильтрации и поиска, позволяющие пользователям быстро находить нужную информацию даже при неточных запросах.

В статье мы приведем практические примеры реализации и конфигурации, которые помогут вам применить рассмотренные подходы в своих проектах. В итоге вы получите полноценное понимание того, как эффективно интегрировать Elasticsearch в Spring Boot приложение для реализации мощного и масштабируемого полнотекстового поиска.

Настройка проекта

Перед тем как перейти к реализации полнотекстового поиска, необходимо правильно настроить инфраструктуру проекта, обеспечив интеграцию между Spring Boot, PostgreSQL и Elasticsearch. Такой подход обеспечит высокую производительность, надёжность хранения данных и масштабируемость поисковых возможностей.

Добавление зависимостей Elasticsearch и PostgreSQL в проект Spring Boot

Для начала нам нужно добавить необходимые зависимости в проект Spring Boot. В проекте на базе Maven зависимости указываются в файле pom.xml. Elasticsearch и PostgreSQL предоставляют официальные библиотеки, которые позволяют легко интегрировать их со Spring Boot.

Зависимости для Elasticsearch и PostgreSQL

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-data-elasticsearch</artifactId>
</dependency>

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-data-jpa</artifactId>
</dependency>

<dependency>
    <groupId>org.postgresql</groupId>
    <artifactId>postgresql</artifactId>
    <scope>runtime</scope>
</dependency>

Эти зависимости включают в проект поддержку JPA для взаимодействия с PostgreSQL, а также Elasticsearch для реализации полнотекстового поиска. spring-boot-starter-data-elasticsearch упрощает работу с Elasticsearch, предоставляя удобный интерфейс для создания и управления поисковыми индексами.

Конфигурация подключения к Elasticsearch и PostgreSQL

После добавления зависимостей необходимо настроить подключение к базам данных и поисковому движку. В Spring Boot конфигурация обычно выполняется через файл application.properties или application.yml. В этом файле мы указываем необходимые параметры для подключения к PostgreSQL и Elasticsearch.

Пример конфигурации в application.properties:

# Настройка PostgreSQL
spring.datasource.url=jdbc:postgresql://localhost:5432/my_database
spring.datasource.username=your_username
spring.datasource.password=your_password
spring.datasource.driver-class-name=org.postgresql.Driver
spring.jpa.hibernate.ddl-auto=update
spring.jpa.show-sql=true

# Настройка Elasticsearch
spring.elasticsearch.uris=http://localhost:9200
spring.elasticsearch.username=elastic_user
spring.elasticsearch.password=elastic_password

В этом примере указаны ключевые параметры подключения к PostgreSQL, включая URL, параметры подключения и драйвер. Для Elasticsearch используется адрес локального узла (localhost:9200) и параметры подключения к кластеру Elasticsearch. Эти параметры могут быть легко изменены в зависимости от конкретной среды и конфигурации вашего проекта.

Краткое описание решения

Основой нашего приложения комбинация реляционной базы данных (PostgreSQL) для надежного хранения структурированных данных и Elasticsearch для реализации полнотекстового поиска. Каждая из этих технологий отвечает за свою часть системы:

PostgreSQL — это основное хранилище данных, которое управляет транзакциями, обеспечивая целостность и надёжность данных. JPA используется для работы с сущностями и управления данными на уровне базы.
Elasticsearch — это поисковый движок, отвечающий за хранение и индексирование данных, чтобы обеспечить высокопроизводительный поиск. Данные из PostgreSQL могут быть автоматически индексированы в Elasticsearch, что позволяет мгновенно искать по большим объёмам информации.

Взаимодействие компонентов:

Модель данных (JPA-сущности) хранится в PostgreSQL.
Сервисный слой Spring Boot управляет логикой работы приложения и взаимодействием с базой данных.
Elasticsearch получает данные для индексирования из сервисного слоя приложения и использует их для построения поисковых индексов.
REST API в приложении Spring Boot позволяет пользователям выполнять запросы поиска, которые перенаправляются в Elasticsearch для выполнения полнотекстовых запросов.

Такой подход позволяет разделить хранение данных и поисковую логику, что значительно упрощает масштабирование системы. PostgreSQL отвечает за согласованность данных, а Elasticsearch обрабатывает поиск, обеспечивая низкую задержку и высокую производительность запросов даже при больших объёмах данных.

Логический поток данных:

Создание и изменение данных — данные записываются и хранятся в PostgreSQL через JPA.
Индексирование данных — данные автоматически индексируются в Elasticsearch при помощи событийных обработчиков или синхронизации.
Поиск — пользователи выполняют поисковые запросы через API, которые обрабатываются Elasticsearch, обеспечивая высокую скорость поиска и точность результатов.

Такая архитектура предоставляет высокую отказоустойчивость и масштабируемость. PostgreSQL продолжает обеспечивать стабильную работу системы, а Elasticsearch помогает снизить нагрузку на базу данных за счёт вынесения поисковой логики в отдельный сервис.

Этот базовый набор компонентов закладывает основу для успешной реализации полнотекстового поиска и легко адаптируется под задачи любого уровня сложности.

Правильная индексация JPA-сущностей и их связей

Одним из важнейших аспектов при реализации полнотекстового поиска в приложениях с использованием JPA, Spring Boot и Elasticsearch является правильная индексация сущностей и их взаимных связей. Важно учесть, как связанные данные будут представлены в индексе, поскольку это напрямую влияет на производительность, сложность запросов и точность поиска. В этой главе мы рассмотрим различные типы связей в JPA и стратегии их индексации в Elasticsearch.

Обзор типов связей в JPA

JPA поддерживает четыре основных типа связей между сущностями. Понимание этих связей необходимо для правильного отображения и индексации данных в Elasticsearch, особенно если нужно обеспечить высокую производительность и релевантность поиска.

Основные типы связей в JPA:

Many-To-One: несколько объектов одной сущности могут быть связаны с одной записью другой сущности. Пример: несколько товаров (Product) могут относиться к одной категории (Category).
One-To-Many: это обратная связь Many-To-One, когда одна сущность может быть связана с несколькими сущностями. Пример: одна категория может содержать множество товаров.
One-To-One: одна сущность может быть связана только с одной другой сущностью. Пример: пользователь и его профиль.
Many-To-Many: несколько объектов одной сущности могут быть связаны с несколькими объектами другой сущности. Пример: пользователи могут иметь несколько ролей, и роли могут быть присвоены нескольким пользователям.

Примеры JPA-сущностей с различными типами связей

Пример 1: Many-To-One и One-To-Many

Взаимосвязь между товарами и категориями. Один товар может принадлежать одной категории, но одна категория может содержать множество товаров.

@Entity
public class Product {

    @Id
    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
    private Long id;

    private String name;

    @ManyToOne
    @JoinColumn(name = "category_id")
    private Category category;

    // геттеры и сеттеры
}

@Entity
public class Category {

    @Id
    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
    private Long id;

    private String name;

    @OneToMany(mappedBy = "category")
    private List<Product> products;

    // геттеры и сеттеры
}

Пример 2: One-To-One

Связь между пользователем и его профилем. У каждого пользователя может быть только один профиль, и каждый профиль принадлежит только одному пользователю.

@Entity
public class User {

    @Id
    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
    private Long id;

    private String username;

    @OneToOne
    @JoinColumn(name = "profile_id")
    private Profile profile;

    // геттеры и сеттеры
}

@Entity
public class Profile {

    @Id
    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
    private Long id;

    private String bio;

    // геттеры и сеттеры
}

Пример 3: Many-To-Many

Пользователи и роли. Один пользователь может иметь несколько ролей, и одна роль может быть назначена нескольким пользователям.

@Entity
public class User {

    @Id
    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
    private Long id;

    private String username;

    @ManyToMany
    @JoinTable(
        name = "user_role",
        joinColumns = @JoinColumn(name = "user_id"),
        inverseJoinColumns = @JoinColumn(name = "role_id"))
    private Set<Role> roles;

    // геттеры и сеттеры
}

@Entity
public class Role {

    @Id
    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
    private Long id;

    private String roleName;

    @ManyToMany(mappedBy = "roles")
    private Set<User> users;

    // геттеры и сеттеры
}

Настройка индексации сущностей в Elasticsearch с учётом этих связей

Настройка индексации сущностей, имеющих связи, — это сложная задача, так как нужно учитывать, как эффективно отразить взаимные зависимости в поисковом индексе.

В Elasticsearch связи могут быть отображены различными способами, в зависимости от объёма данных, сложности сущностей и требований к производительности поиска.

Индексация JPA-сущностей с различными видами связей в Elasticsearch требует правильного выбора стратегии для эффективного поиска и сохранения данных. В зависимости от типа связи (Many-To-One, One-To-Many, One-To-One, Many-To-Many), подходы к индексации могут различаться. Ниже мы рассмотрим стратегии индексации с примерами реализации.

Стратегии индексации сущностей со взаимными связями

1. Денормализация данных (вложенные документы)

В большинстве случаев, когда данные сильно взаимосвязаны, денормализация данных путём включения связанных сущностей в основной документ (nested documents) является предпочтительным подходом. Это позволяет Elasticsearch хранить связанные данные вместе с основной сущностью, что делает поиск быстрым и простым.

Пример: индексация товаров с категориями

Вместо того чтобы создавать отдельные индексы для товаров и категорий, мы можем включить категорию прямо в документ товара:

@Document(indexName = "products")
public class ProductDocument {

    @Id
    private Long id;

    @Field(type = FieldType.Text)
    private String name;

    @Field(type = FieldType.Keyword)
    private String categoryName;

    // Конструктор для преобразования JPA-сущности в документ Elasticsearch
    public ProductDocument(Product product) {
        this.id = product.getId();
        this.name = product.getName();
        this.categoryName = product.getCategory().getName();
    }

    // геттеры и сеттеры
}

Преимущества:

Упрощает и ускоряет выполнение запросов, так как все данные находятся в одном документе.
Упрощает обработку связанных данных в одном запросе.

Недостатки:

Может увеличиваться размер индекса, если данные сильно денормализованы.
При изменении связанных данных (например, категории) нужно пересчитывать и обновлять все документы, которые ссылаются на эти данные.

2. Референсные ссылки (указатели на связанные сущности)

Этот подход предполагает, что в основном документе хранятся только ссылки на связанные сущности, а не сами данные. Например, можно сохранить идентификатор категории в документе товара, а саму категорию хранить в отдельном индексе.

Пример: использование референсных ссылок

@Document(indexName = "products")
public class ProductDocument {

    @Id
    private Long id;

    @Field(type = FieldType.Text)
    private String name;

    @Field(type = FieldType.Keyword)
    private Long categoryId;

    // Конструктор для преобразования JPA-сущности в документ Elasticsearch
    public ProductDocument(Product product) {
        this.id = product.getId();
        this.name = product.getName();
        this.categoryId = product.getCategory().getId();
    }

    // геттеры и сеттеры
}

Преимущества:

Экономия места в индексе, так как данные не дублируются.
Простота обновления связанных данных (обновление категории не требует обновления всех связанных товаров).

Недостатки:

Для выполнения сложных запросов могут потребоваться дополнительные запросы к другим индексам.
Потенциальное снижение производительности при выполнении полнотекстовых запросов на основании данных, находящихся в другом индексе.

3. Использование вложенных документов (nested)

Этот подход применяется, когда нам необходимо сохранять сложные связанные структуры данных. Вложенные документы позволяют хранить массивы связанных объектов прямо внутри основного документа и обращаться к ним как к отдельным сущностям.

Пример: вложенные роли для пользователей

@Document(indexName = "users")
public class UserDocument {

    @Id
    private Long id;

    @Field(type = FieldType.Text)
    private String username;

    @Field(type = FieldType.Nested, includeInParent = true)
    private List<RoleDocument> roles;

    // Конструктор для преобразования JPA-сущности в документ Elasticsearch
    public UserDocument(User user) {
        this.id = user.getId();
        this.username = user.getUsername();
        this.roles = user.getRoles().stream()
                         .map(role -> new RoleDocument(role.getRoleName()))
                         .collect(Collectors.toList());
    }

    // геттеры и сеттеры
}

public class RoleDocument {

    @Field(type = FieldType.Keyword)
    private String roleName;

    public RoleDocument(String roleName) {
        this.roleName = roleName;
    }

    // геттеры и сеттеры
}

Преимущества:

Поддержка сложных структур данных внутри документа.
Позволяет выполнять поиск и фильтрацию по вложенным объектам.

Недостатки:

Увеличение размера индекса при сложных вложенных структурах.
Более медленные операции индексации и обновления, поскольку изменение вложенного документа требует полной перезаписи всего документа.

Выбор стратегии индексации

При выборе подхода к индексации необходимо учитывать несколько факторов:

Частота изменений данных: если связанные данные часто изменяются (например, категории продуктов), лучше использовать референсные ссылки или вложенные документы, чтобы избежать частых переиндексаций.
Объём данных: денормализация данных упрощает запросы, но увеличивает объём индекса. Это может быть нецелесообразно при работе с большими объёмами данных.
Сложность запросов: если приложение требует сложных запросов с участием связанных данных (например, поиск по ролям и пользователям одновременно), вложенные документы могут быть предпочтительным выбором.

Индексация JPA-сущностей с учётом их взаимных связей — это важный аспект проектирования систем поиска с Elasticsearch. Выбор стратегии индексации (денормализация, референсные ссылки или вложенные документы) зависит от требований к производительности, объёму данных и частоте изменений. Понимание преимуществ и недостатков каждого подхода позволяет построить эффективную и масштабируемую архитектуру для полнотекстового поиска в приложениях.

Разметка атрибутов для поискового индекса

Когда мы реализуем полнотекстовый поиск с помощью Elasticsearch, правильная разметка атрибутов играет ключевую роль в качестве и производительности поиска. Elasticsearch позволяет точно управлять тем, какие данные индексировать, как они будут обработаны и как их интерпретировать при выполнении поисковых запросов.

В этом разделе рассмотрим выбор атрибутов для индексации, использование аннотаций для их разметки и настройку типов данных и анализаторов для полей.

Выбор атрибутов, которые необходимо индексировать

Прежде чем перейти к технической части, важно определить, какие атрибуты сущностей действительно необходимо индексировать. Основная цель — сфокусироваться на тех данных, которые будут полезны в поисковых запросах.

Как выбрать атрибуты для индексации?

Релевантные для поиска данные: индексируются только те поля, которые имеют значение для поисковых запросов пользователей. Например, для сущности «Товар» (Product) атрибуты, такие как название (name), описание (description), могут быть индексированы для полнотекстового поиска, в то время как идентификатор продукта или внутренние технические данные, могут быть проигнорированы.
Атрибуты для фильтрации и сортировки: некоторые поля могут не использоваться для полнотекстового поиска, но могут быть полезны для фильтрации результатов. Например, категории товаров или их стоимость.
Размер данных: поскольку индексирование данных требует дополнительного места и ресурсов для хранения и обработки, важно избежать индексирования больших объёмов незначимой информации. Например, двоичные данные или длинные поля с внутренними заметками могут быть исключены из индекса.

Пример выбора атрибутов для сущности Product:

@Entity
public class Product {

    @Id
    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
    private Long id;

    private String name;

    @Column(length = 2000)
    private String description;

    private String sku;

    private Double price;

    @ManyToOne
    @JoinColumn(name = "category_id")
    private Category category;

    private LocalDate releaseDate;

    // геттеры и сеттеры
}

В данном примере для полнотекстового поиска будут полезны поля name и description, поле sku можно использовать для фильтрации или сортировки, а price может служить для диапазонных запросов.

Использование аннотаций для разметки индексируемых полей

Elasticsearch интеграция в Spring Boot использует аннотации для указания того, какие поля должны быть индексированы и как они будут интерпретироваться в процессе поиска. Для этого используется аннотация @Field, которая позволяет управлять типом данных и настройками индексации для каждого поля.

Основные аннотации для индексации:

@Field: основная аннотация для указания, что поле должно быть проиндексировано.
type: указывает тип данных для поля в индексе Elasticsearch.
analyzer: определяет, какой анализатор будет использоваться для текстового поля.
index: может быть использован для указания, индексировать поле или нет.
store: если установлено в true, поле будет храниться отдельно в индексе, что позволяет его извлечение без доступа к исходному документу.

Пример индексации полей с использованием аннотаций:

@Document(indexName = "products")
public class ProductDocument {

    @Id
    private Long id;

    @Field(type = FieldType.Text, analyzer = "standard")
    private String name;

    @Field(type = FieldType.Text, analyzer = "standard")
    private String description;

    @Field(type = FieldType.Keyword)
    private String sku;

    @Field(type = FieldType.Double)
    private Double price;

    @Field(type = FieldType.Date, format = DateFormat.date)
    private LocalDate releaseDate;

    // геттеры и сеттеры
}

В этом примере мы индексируем поля name и description как текстовые поля, которые будут анализироваться для полнотекстового поиска. Поле sku указано как Keyword, то есть оно будет индексироваться для точного поиска (например, поиска по уникальному идентификатору товара). Поле price хранится как числовое значение (Double), что позволяет выполнять операции сравнения и диапазонные запросы.

Настройка типов данных и анализаторов для полей

Elasticsearch поддерживает несколько типов данных для полей, каждый из которых имеет своё назначение. Выбор правильного типа данных обеспечивает эффективную индексацию и поиск.

Основные типы данных:

Text: используется для текстовых данных, которые должны быть разобраны и проанализированы для полнотекстового поиска. Поля типа Text разбиваются на токены с помощью анализаторов.
Keyword: используется для точного поиска по значениям, которые не нужно анализировать (например, артикулы, метки). Поля типа Keyword идеально подходят для фильтрации и агрегаций.
Numeric: тип данных для числовых значений. Включает Integer, Long, Double и Float. Эти поля можно использовать для операций сравнения и фильтрации по диапазонам.
Date: хранит даты. Поддерживаются различные форматы, что позволяет проводить поиск по временным промежуткам.
Boolean: хранит значения true/false для логических условий.

Пример настройки типов данных:

@Document(indexName = "products")
public class ProductDocument {

    @Id
    private Long id;

    @Field(type = FieldType.Text, analyzer = "standard")
    private String name;

    @Field(type = FieldType.Keyword)
    private String sku;

    @Field(type = FieldType.Double)
    private Double price;

    @Field(type = FieldType.Date, format = DateFormat.date)
    private LocalDate releaseDate;

    @Field(type = FieldType.Boolean)
    private Boolean available;

    // геттеры и сеттеры
}

В этом примере используются различные типы полей, включая Text, Keyword, Double, Date и Boolean, каждый из которых настроен для конкретных целей: текстовые поля для поиска, числовые и логические — для фильтрации и сортировки.

Настройка анализаторов

Анализаторы в Elasticsearch играют важную роль в том, как текстовые данные разбиваются на токены и индексируются. Анализаторы можно настроить для каждого текстового поля, чтобы управлять процессом поиска.

Пример настройки анализатора:

@Field(type = FieldType.Text, analyzer = "custom_analyzer")
private String description;

Анализатор custom_analyzer можно настроить в конфигурации Elasticsearch следующим образом:

{
  "settings": {
    "analysis": {
      "analyzer": {
        "custom_analyzer": {
          "type": "custom",
          "tokenizer": "standard",
          "filter": ["lowercase", "asciifolding"]
        }
      }
    }
  }
}

В данном примере анализатор custom_analyzer использует стандартный токенизатор и фильтры, которые преобразуют все символы в нижний регистр и удаляют акценты. Это может быть полезно для улучшения поиска по текстовым данным.

Правильная разметка атрибутов и выбор подходящих типов данных — это важнейший шаг в реализации эффективного полнотекстового поиска. В этом разделе мы рассмотрели, как выбирать поля для индексации, использовать аннотации для указания параметров индексации и настраивать типы данных и анализаторы для различных типов полей. Это позволяет достичь высокой производительности поиска и улучшить релевантность результатов, что особенно важно при работе с большими объёмами данных.

Совмещение и разделение JPA-сущностей и Elasticsearch документов

Когда вы проектируете систему, которая использует как реляционную базу данных (например, PostgreSQL), так и поисковый движок (например, Elasticsearch), возникает вопрос: стоит ли использовать одни и те же классы для JPA-сущностей и Elasticsearch документов или лучше разделить их на отдельные классы?

В этом разделе мы рассмотрим оба подхода — совмещение и разделение, подробно разберём их преимущества и недостатки, а также предложим практические рекомендации и примеры реализации.

Преимущества и недостатки использования одних и тех же классов для JPA и Elasticsearch

Преимущества совмещения JPA-сущностей и документов Elasticsearch

Упрощение модели данных: использование одного и того же класса для JPA-сущностей и документов Elasticsearch снижает сложность разработки. Вам не нужно создавать отдельные классы для поиска и хранения, что упрощает кодовую базу и уменьшает дублирование данных.
Меньше усилий на синхронизацию: поскольку один и тот же класс используется для взаимодействия как с базой данных, так и с поисковым индексом, нет необходимости поддерживать отдельные механизмы для синхронизации данных между сущностями и индексами Elasticsearch. Это упрощает логику обновления и предотвращает возможные рассинхронизации данных.
Упрощение маппинга: Spring Data Elasticsearch автоматически преобразует сущности в документы Elasticsearch. Когда классы совмещены, маппинг между базой данных и поисковым индексом становится прямым, что снижает вероятность ошибок в коде.

Недостатки совмещения JPA-сущностей и документов Elasticsearch

Негибкость модели данных: реляционная модель базы данных и модель данных Elasticsearch служат разным целям. Использование одного класса для обеих целей может привести к компромиссам в архитектуре, снижая производительность как реляционной базы данных, так и поискового движка.
Перегрузка сущностей: в реляционной базе данных часто используются сложные связи (Many-To-One, One-To-Many), которые не всегда эффективно индексируются в Elasticsearch. Это может привести к избыточному индексированию или неоптимальному поиску.
Производительность: использование одних и тех же сущностей для базы данных и Elasticsearch может замедлить производительность, если вам приходится индексировать много полей или поддерживать сложные связи, которые неэффективны в поисковых запросах.

Пример совмещения сущностей

Рассмотрим пример, где сущность Product одновременно используется для хранения данных в PostgreSQL и для индексирования в Elasticsearch.

@Entity
@Document(indexName = "products")
public class Product {

    @Id
    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
    private Long id;

    @Field(type = FieldType.Text, analyzer = "standard")
    private String name;

    @Field(type = FieldType.Text)
    private String description;

    @Field(type = FieldType.Double)
    private Double price;

    @ManyToOne
    @JoinColumn(name = "category_id")
    private Category category;

    @Field(type = FieldType.Keyword)
    private String sku;

    // геттеры и сеттеры
}

Здесь один и тот же класс Product используется для работы с базой данных через JPA и для индексации данных в Elasticsearch. Это удобно, так как вам не нужно писать дополнительный код для преобразования сущности в документ для индекса.

Когда следует разделять сущности и документы на разные классы

В некоторых сценариях целесообразно разделять JPA-сущности и документы Elasticsearch на разные классы. Это особенно актуально, когда:

Разные требования к структуре данных: реляционная модель и модель поиска могут иметь разные требования к структуре данных. Например, в базе данных может быть много связанных таблиц и нормализации данных, тогда как для Elasticsearch нужно денормализовать данные для улучшения производительности поиска.
Сложные связи: если ваши JPA-сущности имеют сложные связи (например, Many-To-Many), лучше разделить их на отдельные классы для Elasticsearch, чтобы не перегружать индекс сложной структурой данных. Для поиска обычно требуется упрощённая модель, где все необходимые данные находятся в одном документе.
Оптимизация для поиска: документы в Elasticsearch могут содержать только ту информацию, которая нужна для поиска. Например, в сущности базы данных может храниться больше информации, чем нужно для поиска, и эта информация не должна попадать в индекс Elasticsearch.
Логика индексации и агрегаций: в Elasticsearch можно использовать агрегации и фильтры, которые не всегда связаны с реляционной структурой данных. В таких случаях создание отдельной структуры для поисковых запросов может улучшить производительность и упростить разработку.

Преимущества разделения:

Гибкость в моделировании данных: вы можете адаптировать модель данных для каждого из хранилищ (PostgreSQL и Elasticsearch), что позволяет оптимизировать их под специфические задачи.
Оптимизация для каждого хранилища: вы можете хранить и обрабатывать данные по-разному в базе данных и индексе, улучшая производительность обеих систем.
Лучшая производительность поиска: если данные в Elasticsearch денормализованы, то поисковые запросы выполняются быстрее, так как не требуется выполнять дополнительные соединения между таблицами.

Недостатки разделения:

Сложность синхронизации данных: необходимо обеспечить, чтобы данные в PostgreSQL и Elasticsearch оставались синхронизированными. Это требует дополнительной логики обновления индексов.
Увеличение объёма кода: придётся поддерживать два отдельных класса для одной и той же сущности, что может увеличить сложность кода и его обслуживание.

Пример разделения сущностей

Рассмотрим пример, где мы разделяем JPA-сущность и документ Elasticsearch.

JPA-сущность ProductEntity для PostgreSQL:

@Entity
public class ProductEntity {

    @Id
    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
    private Long id;

    private String name;

    private String description;

    private Double price;

    @ManyToOne
    @JoinColumn(name = "category_id")
    private Category category;

    private String sku;

    // геттеры и сеттеры
}

Elasticsearch документ ProductDocument для индекса:

@Document(indexName = "products")
public class ProductDocument {

    @Id
    private Long id;

    @Field(type = FieldType.Text, analyzer = "standard")
    private String name;

    @Field(type = FieldType.Text)
    private String description;

    @Field(type = FieldType.Double)
    private Double price;

    @Field(type = FieldType.Keyword)
    private String sku;

    @Field(type = FieldType.Keyword)
    private String categoryName;

    // Конструктор для преобразования из JPA-сущности в документ Elasticsearch
    public ProductDocument(ProductEntity product) {
        this.id = product.getId();
        this.name = product.getName();
        this.description = product.getDescription();
        this.price = product.getPrice();
        this.sku = product.getSku();
        this.categoryName = product.getCategory().getName(); // Денормализация категории
    }

    // геттеры и сеттеры
}

В данном примере JPA-сущность ProductEntity используется для хранения данных в PostgreSQL с использованием реляционных связей. Документ ProductDocument для Elasticsearch денормализован и включает только ту информацию, которая необходима для поиска (например, categoryName вместо полной сущности Category).

Примеры реализации

Пример с использованием совмещения сущностей:

Если сущность не содержит сложных связей и вы хотите использовать её как для базы данных, так и для поиска, вы можете использовать один и тот же класс, как в примере ниже:

@Document(indexName = "products")
@Entity
public class Product {

    @Id
    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
    private Long id;

    @Field(type = FieldType.Text)
    private String name;

    @Field(type = FieldType.Text)
    private String description;

    @Field(type = FieldType.Double)
    private Double price;

    @Field(type = FieldType.Keyword)
    private String sku;

    // геттеры и сеттеры
}

Пример с разделением сущностей:

Если сущность имеет сложные связи и вы хотите оптимизировать модель данных для поиска, лучше разделить сущности для базы данных и для Elasticsearch.

Сущность для базы данных:

@Entity
public class ProductEntity {

    @Id
    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
    private Long id;

    private String name;

    private String description;

    private Double price;

    @ManyToOne
    @JoinColumn(name = "category_id")
    private Category category;

    private String sku;

    // геттеры и сеттеры
}

Документ для Elasticsearch:

@Document(indexName = "products")
public class ProductDocument {

    @Id
    private Long id;

    @Field(type = FieldType.Text)
    private String name;

    @Field(type = FieldType.Text)
    private String description;

    @Field(type = FieldType.Double)
    private Double price;

    @Field(type = FieldType.Keyword)
    private String sku;

    @Field(type = FieldType.Keyword)
    private String categoryName;

    // Конструктор для преобразования из сущности
    public ProductDocument(ProductEntity product) {
        this.id = product.getId();
        this.name = product.getName();
        this.description = product.getDescription();
        this.price = product.getPrice();
        this.sku = product.getSku();
        this.categoryName = product.getCategory().getName();
    }

    // геттеры и сеттеры
}

Совмещение или разделение JPA-сущностей и документов Elasticsearch — это важный архитектурный выбор, который зависит от требований вашего приложения.

Если приложение имеет простую модель данных и вы хотите минимизировать дублирование кода, использование одного и того же класса для базы данных и поиска может быть хорошим решением.

Однако, если вам нужно оптимизировать производительность поиска или ваша модель данных включает сложные связи, разделение сущностей на разные классы для базы данных и поискового индекса может улучшить производительность и гибкость.

Настройка весов (boosting)

Одной из ключевых особенностей Elasticsearch является возможность настройки весов (boosting) для атрибутов, что позволяет контролировать релевантность результатов поиска. Настройка весов — это мощный инструмент для оптимизации поиска, особенно в случаях, когда некоторые поля или данные более важны для пользователя, чем другие.

В этой главе мы подробно рассмотрим, что такое веса в поисковых запросах, как их настраивать для различных полей, и покажем, как это влияет на результаты поиска. Также мы приведём примеры реализации настройки весов в Elasticsearch, чтобы продемонстрировать, как это можно применять на практике.

Объяснение концепции весов в поисковых запросах

Когда пользователь отправляет запрос в поисковую систему, Elasticsearch возвращает результаты, которые ранжируются по релевантности. Внутри Elasticsearch каждый документ получает оценку, которая основывается на разных факторах, включая совпадения по запросу, количество слов в документе, плотность слов, а также значения полей.

Вес (boost) — это механизм, который позволяет вам искусственно увеличивать (или уменьшать) влияние определённых полей или условий при вычислении оценки документа. Вес применяется как к атрибутам документа, так и к самим запросам, помогая точнее настроить ранжирование результатов.

Когда использовать весовые коэффициенты:

Если определенные поля важнее других (например, название продукта важнее, чем описание).
Если результаты поиска должны быть отфильтрованы или упорядочены по приоритетам (например, чтобы продвигать более актуальные результаты).
Если нужно учитывать бизнес-логику в результатах поиска (например, продукты с более высокой ценой должны иметь больший вес).

Настройка весов для различных полей и их влияние на результаты поиска

Настройка весов для полей позволяет тонко управлять тем, как Elasticsearch будет обрабатывать и ранжировать документы. По умолчанию все поля индексируются с одинаковыми весами, но это не всегда отвечает требованиям приложения.

Пример: поля с разным весом

Предположим, у нас есть индексы продуктов, и мы хотим, чтобы поле name имело большее значение, чем поле description. Это логично, поскольку название продукта должно иметь больший вес, чем его описание при поиске.

Влияние весов на результаты поиска

Когда к полям применяются разные веса, Elasticsearch будет учитывать эти значения при вычислении релевантности документа. Документ с совпадением в поле с более высоким весом получит более высокую оценку и, как следствие, будет выше в результатах поиска.

Как это работает:

Поля с более высоким весом будут больше влиять на общую оценку документа.
Это позволяет поднять в результатах поиска те документы, которые более релевантны по важным полям, даже если другие документы имеют больше совпадений по второстепенным полям.
Настройка весов особенно полезна для сложных полнотекстовых запросов, где требуется учитывать несколько атрибутов документа.

Примеры конфигурации весов в Elasticsearch

Настройка весов в Elasticsearch может быть выполнена как на уровне индексации (когда вы задаёте вес для конкретного поля), так и на уровне запросов (когда вес применяется к условиям поиска).

Пример 1: настройка весов на уровне полей

Для того чтобы поле имело больший вес при индексации, можно использовать параметр boost в аннотации @Field:

@Document(indexName = "products")
public class ProductDocument {

    @Id
    private Long id;

    @Field(type = FieldType.Text, analyzer = "standard", boost = 2.0)
    private String name;

    @Field(type = FieldType.Text, analyzer = "standard")
    private String description;

    @Field(type = FieldType.Keyword)
    private String sku;

    @Field(type = FieldType.Double)
    private Double price;

    // геттеры и сеттеры
}

В этом примере мы назначили полю name вес 2.0, тогда как остальные поля имеют стандартный вес (1.0 по умолчанию). Это означает, что совпадения в поле name будут оказывать в два раза большее влияние на итоговую оценку релевантности документа, чем совпадения в поле description.

Пример 2: настройка весов на уровне запросов

Помимо установки весов на уровне индексации, вы можете настраивать веса прямо в запросах. Для этого используется параметр boost в различных типах запросов.

Пример запросов с весами:

{
  "query": {
    "bool": {
      "should": [
        {
          "match": {
            "name": {
              "query": "iphone",
              "boost": 2.0
            }
          }
        },
        {
          "match": {
            "description": {
              "query": "iphone"
            }
          }
        }
      ]
    }
  }
}

Здесь мы используем запрос bool с условием should, это означает, что документ может соответствовать любому из этих условий (либо по названию, либо по описанию), но совпадения в поле name будут иметь больший вес, чем совпадения в поле description, так как поле name имеет коэффициент boost равный 2.0.

Пример 3: комбинирование весов и фильтров

В более сложных сценариях можно комбинировать веса с фильтрами, чтобы документы, соответствующие определённым условиям, получали более высокие оценки.

Пример с использованием весов и фильтров:

{
  "query": {
    "function_score": {
      "query": {
        "bool": {
          "must": {
            "match": {
              "name": "iphone"
            }
          }
        }
      },
      "field_value_factor": {
        "field": "popularity",
        "factor": 1.2,
        "modifier": "sqrt",
        "missing": 1
      }
    }
  }
}

В этом примере используется запрос function_score, который комбинирует результаты поиска с весами на основе значения поля popularity. Чем выше значение поля popularity, тем большее влияние оно оказывает на итоговый рейтинг документа. Это полезно, если нужно учитывать популярность продукта при ранжировании результатов.

Настройка весов (boosting) является мощным инструментом для управления релевантностью результатов поиска в Elasticsearch. Применение весов на уровне полей и запросов позволяет вам тонко настраивать, как различные поля будут влиять на результаты поиска. Важно правильно балансировать веса, чтобы пользователи получали наиболее релевантные и точные результаты.

Примеры, приведённые в этом разделе, демонстрируют различные способы конфигурации весов, которые можно адаптировать в зависимости от бизнес-логики вашего приложения.

Реализация сложных синонимических связей

Синонимы играют важную роль в полнотекстовом поиске, позволяя пользователям находить релевантные результаты, даже если они используют различные слова или выражения для описания одного и того же объекта. Настройка синонимов в Elasticsearch помогает улучшить релевантность поиска, расширяя запросы и позволяя системе более точно интерпретировать намерения пользователя.

В этой главе мы подробно рассмотрим значение синонимов в поиске, процесс их настройки в Elasticsearch, а также примеры использования синонимических связей для улучшения релевантности результатов.

Значение синонимов в поиске

В контексте полнотекстового поиска синонимы позволяют системе интерпретировать запросы с учётом возможных вариаций в языке пользователя.

Например, пользователи могут искать одно и то же, используя разные термины: один пользователь может ввести запрос «смартфон», а другой — «мобильный телефон». Без синонимических связей Elasticsearch будет воспринимать эти запросы как разные, даже если они касаются одного и того же объекта.

Преимущества использования синонимов:

Улучшение пользовательского опыта: пользователи могут получать релевантные результаты независимо от того, какие термины они использовали.
Повышение релевантности: синонимы расширяют возможности поиска, позволяя системе охватывать больше вариантов запросов.
Унификация терминов: использование синонимов помогает обработать различные варианты одного и того же слова (например, жаргонизмы, синонимы и аббревиатуры).

Пример без синонимов:

Пользователь вводит запрос «смартфон», но продукты в базе данных описаны как «мобильные телефоны». Без настройки синонимов Elasticsearch не сможет сопоставить запрос и данные, и релевантные результаты не будут найдены.

Настройка синонимических словарей в Elasticsearch

Elasticsearch поддерживает синонимы на уровне индексирования и поиска. Для настройки синонимов используются специальные анализаторы с фильтрами синонимов, которые можно настроить через конфигурацию индекса. Синонимы можно указывать либо в виде встроенного списка, либо загружать их из файла.

Шаги для настройки синонимических словарей

Создание синонимического фильтра: фильтр синонимов определяет список синонимов, которые будут использоваться для конкретных полей.
Добавление фильтра в анализатор: анализатор применяет фильтр синонимов к текстовым данным как при индексации, так и при выполнении поиска.

Пример настройки синонимов

Создаём файл synonyms.txt, который будет содержать список синонимов:

смартфон, мобильный телефон, телефон
автомобиль, машина, авто
ноутбук, лэптоп, портативный компьютер

Настраиваем анализатор для индекса, который будет использовать синонимы:

PUT /products
{
  "settings": {
    "analysis": {
      "filter": {
        "synonym_filter": {
          "type": "synonym",
          "synonyms_path": "analysis/synonyms.txt"
        }
      },
      "analyzer": {
        "synonym_analyzer": {
          "tokenizer": "standard",
          "filter": [
            "lowercase",
            "synonym_filter"
          ]
        }
      }
    }
  },
  "mappings": {
    "properties": {
      "name": {
        "type": "text",
        "analyzer": "synonym_analyzer"
      },
      "description": {
        "type": "text",
        "analyzer": "synonym_analyzer"
      }
    }
  }
}

Объяснение конфигурации

synonym_filter: фильтр синонимов загружает синонимические пары из файла synonyms.txt.
synonym_analyzer: анализатор применяет фильтры для нормализации текста (например, приведение к нижнему регистру) и для замены слов их синонимами.
mappings: мы применили анализатор с синонимами для полей name и description, чтобы при индексации и поиске эти поля использовали синонимическую логику.

Варианты настройки синонимов

Однонаправленные синонимы: можно указать, что одно слово заменяется на другое, не применяя обратную замену.
Пример:
```
ноутбук => лэптоп
```
В этом случае запрос по слову «ноутбук» приведёт к результатам, содержащим «лэптоп», но не наоборот.
Множественные синонимы: несколько синонимов могут быть заменены друг на друга.
Пример:
```
машина, авто, автомобиль
```
Запросы по любому из этих слов приведут к одинаковым результатам.

Примеры использования синонимов для улучшения релевантности

Пример 1: поиск с синонимами

Пусть у нас есть продукты с названиями, в которых используются различные термины: один товар называется «смартфон», а другой — «мобильный телефон». После настройки синонимов запрос «смартфон» должен находить и товары с названием «мобильный телефон».

Запрос без синонимов

GET /products/_search
{
  "query": {
    "match": {
      "name": "смартфон"
    }
  }
}

Результат: вернёт только документы, в которых присутствует слово «смартфон».

Запрос с синонимами

GET /products/_search
{
  "query": {
    "match": {
      "name": "смартфон"
    }
  }
}

Результат: благодаря фильтру синонимов Elasticsearch вернёт результаты, содержащие как «смартфон», так и «мобильный телефон».

Пример 2: Сложные синонимические связи

Допустим, мы хотим, чтобы запросы по словам «авто» или «машина» возвращали результаты с документами, содержащими «автомобиль». Благодаря настройке синонимов Elasticsearch сможет корректно интерпретировать эти термины.

Пример конфигурации синонимов

авто, машина, автомобиль

Пример запроса

GET /products/_search
{
  "query": {
    "match": {
      "name": "автомобиль"
    }
  }
}

Результат: запросы по словам «авто», «машина» и «автомобиль» будут возвращать одни и те же результаты, несмотря на различия в используемых терминах.

Пример 3: улучшение поиска с использованием контекстуальных синонимов

Предположим, что термин «iPhone» используется как синоним для «смартфона» в определённом контексте. Мы можем настроить Elasticsearch для использования таких контекстуальных синонимов, чтобы результаты были более релевантными.

Настройка контекстуальных синонимов

смартфон => iPhone

Пример запроса:

GET /products/_search
{
  "query": {
    "match": {
      "name": "iPhone"
    }
  }
}

Результат: запросы по «смартфон» теперь могут возвращать результаты с «iPhone», что полезно для брендированных или контекстуальных запросов.

Настройка синонимов в Elasticsearch — это мощный инструмент для повышения релевантности поиска. Правильно настроенные синонимические связи позволяют охватить больше вариантов запросов, улучшить качество поиска и предоставить пользователям наиболее релевантные результаты. Используя примеры настройки фильтров синонимов и конфигурации анализаторов, можно значительно улучшить пользовательский опыт и точность результатов в полнотекстовых системах поиска.

Многослойные фильтры

Фильтрация данных является важной частью процесса поиска в Elasticsearch, позволяя уточнять результаты по различным параметрам и условиям.

В отличие от полнотекстового поиска, который определяет релевантность результатов, фильтры работают независимо от оценки релевантности и просто исключают или включают документы в результаты, основываясь на заданных условиях. Это делает фильтры эффективными для решения задач, где нужно сузить диапазон результатов, не влияя на их ранжирование.

В этом разделе мы разберём понятие фильтров в Elasticsearch, как реализовать многослойные фильтры для уточнения поиска и приведём примеры использования фильтров по различным параметрам.

Понятие фильтров в Elasticsearch

Фильтры в Elasticsearch — это механизм, который позволяет сузить результаты поиска на основе конкретных условий. В отличие от полнотекстовых запросов фильтры не участвуют в ранжировании результатов. Это означает, что фильтры возвращают только те документы, которые соответствуют заданным условиям, не меняя их релевантность.

Основные особенности фильтров

Отсутствие влияния на релевантность: фильтры просто исключают документы, которые не соответствуют условиям, не изменяя оценку релевантности оставшихся документов.
Кэширование: фильтры в Elasticsearch могут быть закэшированы, что делает их эффективными при повторяющихся запросах.
Комбинирование: фильтры можно комбинировать с другими фильтрами и запросами, что позволяет создавать сложные логические условия.

Когда использовать фильтры

Для применения статичных условий (например, фильтрация по категориям товаров, диапазонам цен, наличию).
Для удаления нерелевантных документов из результатов без изменения их оценки.
Для реализации сложных многоступенчатых условий поиска.

Реализация многослойных фильтров для уточнения результатов поиска

Многослойные фильтры позволяют сузить результаты поиска, применяя несколько условий последовательно или параллельно. Elasticsearch поддерживает несколько типов фильтров, которые можно комбинировать для построения гибких условий фильтрации:

Term Filter: фильтрация по точному совпадению значения.
Range Filter: фильтрация по диапазону значений.
Exists Filter: фильтрация на основании существования значения.
Bool Filter: логические операторы для объединения фильтров (AND, OR, NOT).

Пример многослойного фильтра

Предположим, у нас есть база данных продуктов, и мы хотим применить фильтры, чтобы отобразить только доступные товары в определённой категории, с ценой в заданном диапазоне.

Запрос с многослойными фильтрами

GET /products/_search
{
  "query": {
    "bool": {
      "must": {
        "match": {
          "description": "смартфон"
        }
      },
      "filter": [
        {
          "term": {
            "category": "electronics"
          }
        },
        {
          "range": {
            "price": {
              "gte": 10000,
              "lte": 50000
            }
          }
        },
        {
          "term": {
            "available": true}
        }
      ]
    }
  }
}

Объяснение запроса

must: мы ищем товары с описанием «смартфон».
filter: применяем несколько условий фильтрации:
- товары должны принадлежать к категории «electronics»;
- цена должна быть в диапазоне от 10 000 до 50 000;
- товар должен быть в наличии (поле available равно true).

Такой запрос возвращает только те товары, которые соответствуют всем условиям, при этом фильтры не изменяют релевантность результатов, а просто исключают товары, не удовлетворяющие условиям.

Примеры использования фильтров по различным параметрам

Фильтры можно применять для различных типов данных и параметров, таких как категории, диапазоны значений, дата, состояние объекта и многое другое. Рассмотрим несколько распространённых примеров использования фильтров.

Пример 1: фильтрация по категориям

В интернет-магазине пользователь может захотеть увидеть только товары из определённой категории, например, «электроника». Для этого можно использовать term фильтр, который будет искать точные совпадения с категорией:

GET /products/_search
{
  "query": {
    "bool": {
      "filter": {
        "term": {
          "category": "electronics"
        }
      }
    }
  }
}

Пример 2: фильтрация по диапазону цен

Диапазон цен — это один из самых распространённых фильтров в электронной коммерции. Для этого используется range фильтр, который позволяет задать границы минимальной и максимальной цены.

GET /products/_search
{
  "query": {
    "bool": {
      "filter": {
        "range": {
          "price": {
            "gte": 10000,
            "lte": 50000
          }
        }
      }
    }
  }
}

Этот запрос отфильтрует товары, цена которых находится в диапазоне от 10 000 до 50 000.

Пример 3: фильтрация по дате

Если необходимо фильтровать результаты по дате, например, товары, добавленные в определённый период, можно использовать range фильтр для работы с полями даты:

GET /products/_search
{
  "query": {
    "bool": {
      "filter": {
        "range": {
          "created_at": {
            "gte": "2023-01-01",
            "lte": "2023-12-31"
          }
        }
      }
    }
  }
}

Этот запрос вернёт товары, которые были добавлены в течение 2023 года.

Пример 4: фильтрация по нескольким параметрам с логическими операциями

Иногда необходимо комбинировать фильтры с использованием логических операторов, таких как AND, OR, NOT. Для этого в Elasticsearch используется bool фильтр, который позволяет объединять несколько условий.

Пример фильтрации товаров по нескольким условиям

GET /products/_search
{
  "query": {
    "bool": {
      "must": {
        "match": {
          "description": "смартфон"
        }
      },
      "filter": {
        "bool": {
          "must": [
            {
              "term": {
                "category": "electronics"
              }
            },
            {
              "range": {
                "price": {
                  "gte": 10000,
                  "lte": 50000
                }
              }
            }
          ],
          "must_not": {
            "term": {
              "available": false}
          }
        }
      }
    }
  }
}

Объяснение запроса

must: ищем товары, содержащие слово «смартфон».
must в фильтре: товары должны принадлежать к категории «electronics» и иметь цену в диапазоне от 10 000 до 50 000.
must_not в фильтре: исключаем товары, которые недоступны (значение available = false).

Многослойные фильтры — это мощный инструмент для точной настройки поиска в Elasticsearch. Они позволяют сузить результаты поиска на основе различных условий, не влияя на релевантность документов.

Фильтры могут применяться для работы с точными значениями, диапазонами, датами и другими параметрами, а также комбинироваться с логическими операторами для создания сложных условий.

Используя фильтры, вы можете предоставлять пользователям более точные результаты, соответствующие их запросам и предпочтениям.

Нечёткий поиск

Нечёткий поиск (fuzzy search) — это метод поиска, который позволяет находить документы даже при наличии ошибок или вариаций в запросах. Он особенно полезен в случаях, когда пользователи допускают опечатки или вводят слова в разных формах.

Elasticsearch поддерживает нечёткий поиск через специальную настройку параметра fuzziness, что даёт возможность обрабатывать различные варианты и ошибки в запросах.

В этом разделе мы рассмотрим, как работает нечёткий поиск, как настроить степень нечеткости и приведём примеры его использования для обработки опечаток и вариаций слов.

Объяснение нечёткого поиска и его применение

Нечёткий поиск используется для поиска документов, которые не обязательно содержат точное совпадение с запросом, но всё же релевантны. Он полезен в ситуациях, когда:

Пользователи делают опечатки при вводе запросов.
Есть слова с разными вариантами написания (например, «фотография» и «фото»).
Необходимо учитывать близкие по смыслу слова или их синонимичные формы.

Пример использования

Предположим, пользователь хочет найти «iPhone», но вводит «iPhon» (допущена опечатка). Без нечёткого поиска Elasticsearch не вернёт документы с правильным вариантом слова. Однако с использованием нечёткого поиска система сможет найти совпадение даже с учётом ошибки.

Настройка степени нечёткости (fuzziness) в запросах

Elasticsearch поддерживает настройку параметра fuzziness, который определяет, насколько сильно может отличаться запрос от фактических данных в индексе. Степень нечёткости задаётся в виде числового значения или параметра AUTO, который автоматически определяет допустимую степень вариаций в зависимости от длины запроса.

Значения для параметра fuzziness:

AUTO: Elasticsearch автоматически определяет допустимую степень нечеткости в зависимости от длины слова. Например:
- Для слов длиной 3 или менее символов не допускаются ошибки.
- Для слов длиной 4–5 символов допускается одна ошибка.
- Для слов длиной 6 и более символов допускается две ошибки.
Числовое значение: Вы можете задать точное количество допустимых ошибок вручную:
- 0: полное совпадение (не допускаются ошибки).
- 1: допускается одна ошибка (например, опечатка или лишний/пропущенный символ).
- 2: допускаются две ошибки.

Пример настройки степени нечёткости:

GET /products/_search
{
  "query": {
    "match": {
      "name": {
        "query": "iPhon",
        "fuzziness": "AUTO"
      }
    }
  }
}

Объяснение: В этом примере мы ищем продукты с названием, похожим на «iPhon». Использование fuzziness: "AUTO" позволяет Elasticsearch автоматически выбрать подходящую степень нечеткости, учитывая длину запроса.

Примеры использования нечёткого поиска для обработки опечаток и вариаций слов

Нечёткий поиск особенно полезен, когда пользователи могут вводить запросы с ошибками или использовать разные варианты написания слов. Рассмотрим несколько примеров использования нечёткого поиска в реальных ситуациях.

Пример 1: поиск с опечаткой

Предположим, у нас есть база данных продуктов, и пользователь случайно ввёл «iphon» вместо «iPhone». Чтобы Elasticsearch мог найти нужные документы, используем нечёткий поиск.

Запрос:

GET /products/_search
{
  "query": {
    "match": {
      "name": {
        "query": "iphon",
        "fuzziness": "AUTO"
      }
    }
  }
}

Результат: запрос вернёт документы, содержащие правильное слово «iPhone», несмотря на опечатку.

Пример 2: поиск с вариацией слова

Допустим, пользователи могут искать «ноутбук» или «лэптоп», и вы хотите, чтобы Elasticsearch нашёл оба варианта. Вместо использования синонимов можно настроить нечёткий поиск для обработки таких вариаций.

Запрос

GET /products/_search
{
  "query": {
    "match": {
      "name": {
        "query": "noutbuk",
        "fuzziness": 1
      }
    }
  }
}

Объяснение: мы настроили нечёткость с параметром fuzziness: 1, что допускает одну ошибку. Это позволит Elasticsearch сопоставить запрос «noutbuk» с документами, содержащими «ноутбук» и его вариации.

Пример 3: поиск по коротким словам

Для коротких слов (менее 4 символов) Elasticsearch, используя параметр fuzziness: AUTO, не будет допускать ошибок. Это сделано для того, чтобы не расширять поиск слишком сильно и не включать нерелевантные результаты.

Запрос

GET /products/_search
{
  "query": {
    "match": {
      "name": {
        "query": "mac",
        "fuzziness": "AUTO"
      }
    }
  }
}

Результат: Elasticsearch вернёт только точные совпадения, так как длина слова слишком мала для нечёткого поиска.

Пример 4: поиск с большим числом вариаций

Если вы хотите допустить две ошибки в длинных словах, можно явно указать степень нечёткости.

Запрос

GET /products/_search
{
  "query": {
    "match": {
      "name": {
        "query": "macbok",
        "fuzziness": 2
      }
    }
  }
}

Результат: запрос вернёт документы, содержащие слово «MacBook», несмотря на две ошибки в запросе («macbok» вместо «MacBook»).

Пример 5: поиск с учётом различных форм слов

Пользователь может вводить слово в разных формах. Например, искать «фото» вместо «фотография». В таких случаях нечёткий поиск поможет охватить вариации написания слова.

Запрос

GET /products/_search
{
  "query": {
    "match": {
      "description": {
        "query": "фото",
        "fuzziness": 1
      }
    }
  }
}

Результат: запрос вернёт документы, содержащие «фото» или «фотография», несмотря на различия в написании и форме слова.

Нечёткий поиск в Elasticsearch — это мощный инструмент для улучшения пользовательского опыта, позволяющий находить документы, даже если запросы содержат опечатки или вариации слов. С помощью настройки параметра fuzziness вы можете управлять степенью нечеткости и адаптировать поиск под различные сценарии.

Примеры, рассмотренные в этом разделе, демонстрируют, как эффективно использовать нечёткий поиск для обработки ошибок и вариаций в запросах, делая поиск более гибким и толерантным к ошибкам пользователей.

Ранжирование по релевантности

Ранжирование результатов поиска — это процесс упорядочивания документов на основе их релевантности к запросу пользователя.

Elasticsearch использует продвинутые алгоритмы для вычисления релевантности, которые помогают системе находить и выводить наиболее подходящие документы. Однако стандартные настройки не всегда удовлетворяют специфическим требованиям бизнеса и в таких случаях можно настроить ранжирование для улучшения качества поиска.

В этом разделе мы подробно рассмотрим, как работает механизм ранжирования в Elasticsearch, как можно настраивать факторы, влияющие на релевантность, и приведём примеры оптимизации ранжирования для улучшения пользовательского опыта.

Как работает механизм ранжирования в Elasticsearch

В основе ранжирования в Elasticsearch лежит модель TF-IDF (Term Frequency-Inverse Document Frequency), которая оценивает релевантность документа на основании количества вхождений запроса (частота термина) и его важности относительно всех документов (обратная частота документа). Эта модель учитывает не только точные совпадения термов, но и их значимость для каждого конкретного запроса.

Основные компоненты ранжирования

TF (Term Frequency) — частота термина: чем больше раз термин встречается в документе, тем выше его значимость для этого документа.
IDF (Inverse Document Frequency) — обратная частота документа: если термин встречается во многих документах, его значимость снижается.
Norm — нормализация длины документа: длинные документы имеют меньшее влияние, чем короткие, если оба содержат один и тот же термин.
BM25 — улучшенный алгоритм ранжирования, используемый по умолчанию в Elasticsearch. BM25 расширяет TF-IDF, добавляя дополнительные параметры для лучшего ранжирования длинных текстов.

Как Elasticsearch рассчитывает релевантность

Когда пользователь отправляет запрос, Elasticsearch анализирует каждый документ в индексе, вычисляя оценку релевантности (score), основанную на совпадениях термов, их частоте и весах. Оценка используется для сортировки документов от наиболее релевантных к наименее релевантным.

Пример простого запроса

GET /products/_search
{
  "query": {
    "match": {
      "description": "смартфон"
    }
  }
}

В данном запросе Elasticsearch оценивает, насколько слово «смартфон» часто встречается в поле description каждого документа, и возвращает результаты, отсортированные по их релевантности к запросу.

Настройка факторов, влияющих на релевантность результатов

Elasticsearch позволяет настраивать ранжирование результатов поиска, изменяя значения весов (boost) для различных полей или используя специальные функции, такие как function_score, которые добавляют больше гибкости в оценке релевантности.

Настройка весов (boosting)

Вы можете задавать весовые коэффициенты для различных полей, чтобы одно поле влияло на релевантность больше, чем другое. Например, поле name может быть более важным для поиска, чем description, поэтому ему можно задать больший вес.

Пример настройки весов для полей

GET /products/_search
{
  "query": {
    "bool": {
      "should": [
        {
          "match": {
            "name": {
              "query": "смартфон",
              "boost": 2.0
            }
          }
        },
        {
          "match": {
            "description": {
              "query": "смартфон"
            }
          }
        }
      ]
    }
  }
}

В этом примере поле name имеет вес 2.0, что означает, что совпадения в этом поле будут оказывать в два раза большее влияние на итоговую оценку релевантности, чем совпадения в поле description.

Использование функции function_score

Функция function_score позволяет модифицировать оценки релевантности на основе дополнительных факторов, таких как популярность продукта, цена или дата добавления. Это особенно полезно для ранжирования документов с учётом бизнес-логики.

Пример с function_score

Допустим, мы хотим, чтобы продукты с более высокой популярностью (поле popularity) имели больший вес в результатах поиска.

GET /products/_search
{
  "query": {
    "function_score": {
      "query": {
        "match": {
          "description": "смартфон"
        }
      },
      "field_value_factor": {
        "field": "popularity",
        "factor": 1.5,
        "modifier": "sqrt",
        "missing": 1
      }
    }
  }
}

Объяснение: в этом запросе мы используем field_value_factor, чтобы повысить вес продуктов с высоким значением поля popularity. Чем выше популярность продукта, тем выше его оценка релевантности.

Использование decay-функций

Decay-функции позволяют снижать оценку релевантности в зависимости от расстояния (времени, цены и т.д.). Например, можно настроить, чтобы более новые товары имели больший вес, а старые постепенно снижались в оценке.

Пример использования decay-функции для даты

GET /products/_search
{
  "query": {
    "function_score": {
      "query": {
        "match": {
          "description": "смартфон"
        }
      },
      "decay_function": {
        "gauss": {
          "created_at": {
            "origin": "now",
            "scale": "30d",
            "decay": 0.5
          }
        }
      }
    }
  }
}

Объяснение: в этом запросе товары, добавленные недавно (поле created_at), будут получать более высокие оценки. Чем старше товар, тем меньше его оценка.

Примеры оптимизации ранжирования для улучшения пользовательского опыта

Настройка ранжирования в Elasticsearch позволяет создать более интуитивный и удобный для пользователя поиск. Рассмотрим несколько примеров оптимизации, которые можно применить для улучшения пользовательского опыта.

Пример 1: продвижение более популярных товаров

Допустим, у нас есть интернет-магазин, и мы хотим, чтобы более популярные товары отображались выше в результатах поиска, при этом сохраняя их релевантность к запросу. Для этого можно использовать функцию field_value_factor, как показано ранее.

Пример 2: придание большего веса названиям продуктов

Пользователи часто ожидают, что названия продуктов имеют большее значение, чем описания. Для этого можно использовать весовые коэффициенты, чтобы поле name имело больший вес.

GET /products/_search
{
  "query": {
    "bool": {
      "should": [
        {
          "match": {
            "name": {
              "query": "смартфон",
              "boost": 3.0
            }
          }
        },
        {
          "match": {
            "description": {
              "query": "смартфон"
            }
          }
        }
      ]
    }
  }
}

Результат: продукты, у которых слово «смартфон» встречается в названии, будут выводиться выше, чем те, у которых это слово встречается только в описании.

Пример 3: учет сезонности или временных акций

Если у вашего бизнеса есть товары, популярные в определённое время года или по акциям, можно настроить ранжирование с учётом даты добавления или продолжительности акции.

GET /products/_search
{
  "query": {
    "function_score": {
      "query": {
        "match": {
          "description": "смартфон"
        }
      },
      "decay_function": {
        "gauss": {
          "created_at": {
            "origin": "now",
            "scale": "10d",
            "decay": 0.7
          }
        }
      }
    }
  }
}

Объяснение: товары, недавно добавленные на сайт, будут отображаться выше в результатах поиска, что позволяет учитывать сезонность или недавние акции.

Пример 4: ранжирование на основе пользовательских отзывов

Если ваш сайт поддерживает рейтинг товаров или отзывы пользователей, можно ранжировать результаты поиска с учётом рейтинга.

GET /products/_search
{
  "query": {
    "function_score": {
      "query": {
        "match": {
          "description": "смартфон"
        }
      },
      "field_value_factor": {
        "field": "rating",
        "factor": 2.0,
        "modifier": "sqrt",
        "missing": 1
      }
    }
  }
}

Результат: товары с более высоким рейтингом будут отображаться выше, что улучшит пользовательский опыт и повысит доверие к результатам поиска.

Ранжирование по релевантности в Elasticsearch — это мощный инструмент для управления результатами поиска. Настраивая веса полей, используя функции function_score и применяя decay-функции, вы можете значительно улучшить релевантность выдачи и адаптировать результаты под бизнес-логику вашего приложения. Оптимизация ранжирования помогает улучшить пользовательский опыт, предоставляя более точные и полезные результаты поиска.

Заключение

Мы подробно рассмотрели процесс реализации полнотекстового поиска в приложении на основе Spring Boot, Elasticsearch и PostgreSQL. В ходе анализа прошли все ключевые этапы настройки и оптимизации системы поиска, начиная от правильной индексации JPA-сущностей и заканчивая сложными механизмами ранжирования результатов. Подведём итоги всех рассмотренных тем и дадим рекомендации для дальнейшего улучшения системы.

Итак, что же мы обсудили

Мы начали с базовой настройки проекта, а затем обсудили:

Правильную индексацию JPA-сущностей и их связей: изучили различные типы связей в JPA (One-To-Many, Many-To-One, One-To-One, Many-To-Many) и рассмотрели, как правильно индексировать эти сущности для использования в поисковых запросах.
Разметку атрибутов для поискового индекса: обсудили, как выбрать атрибуты для индексации, использовать аннотации для управления индексом и конфигурацией полей, а также как настроить анализаторы и типы данных.
Совмещение и разделение JPA-сущностей и Elasticsearch документов: рассмотрели, когда имеет смысл использовать один и тот же класс для хранения данных в PostgreSQL и индексации в Elasticsearch, а когда целесообразно разделять эти сущности.
Настройка весов (boosting): узнали, как можно настроить веса для полей в поисковых запросах, чтобы определённые атрибуты (например, название продукта) оказывали большее влияние на результаты поиска.
Реализация сложных синонимических связей: обсудили важность синонимов для поиска, как настроить синонимические словари в Elasticsearch и как синонимы могут улучшить релевантность выдачи.
Многослойные фильтры: рассмотрели, как фильтры могут применяться для более точного управления результатами поиска, включая фильтрацию по категориям, диапазонам цен и датам.
Нечёткий поиск: узнали, как настроить нечёткий поиск (fuzziness) для обработки опечаток и вариаций слов в запросах, что значительно улучшает пользовательский опыт.
Ранжирование по релевантности: разобрали механизм ранжирования документов в Elasticsearch и как можно настраивать этот процесс для улучшения релевантности поиска, используя веса, функции и decay-функции.

О преимуществах использования Elasticsearch со Spring Boot и PostgreSQL

Интеграция Elasticsearch со Spring Boot и PostgreSQL предоставляет разработчикам мощный инструмент для реализации полнотекстового поиска в современных веб-приложениях. Эта комбинация технологий обладает рядом важных преимуществ:

Масштабируемость и производительность: Elasticsearch спроектирован для работы с большими объёмами данных и обеспечивает высокую скорость поиска благодаря распределённой архитектуре и использованию мощных индексационных механизмов.
Гибкость настройки поиска: Elasticsearch позволяет легко настраивать индексы, анализаторы, весовые коэффициенты и синонимические словари, что даёт разработчикам полный контроль над тем, как происходит поиск и какие данные возвращаются.
Совместимость с реляционными базами данных: PostgreSQL используется для хранения данных в реляционной модели, что делает эту комбинацию подходящей для бизнес-приложений, где важно сохранить структурированные данные в базе, но при этом обеспечить высокую скорость и гибкость поиска через Elasticsearch.
Улучшенный пользовательский опыт: благодаря настройкам нечеткого поиска, ранжирования по релевантности и фильтрации, пользователи получают более точные и релевантные результаты, даже если в запросах допущены ошибки или используются различные вариации слов.