支持的版本:当前 (17) / 16 / 15 / 14 / 13
开发版本:devel
不支持的版本:12 / 11 / 10 / 9.6 / 9.5 / 9.4 / 9.3 / 9.2 / 9.1 / 9.0 / 8.4 / 8.3

12.1. 简介 #

全文搜索(或简称文本搜索)提供了识别满足查询的自然语言文档的能力,并且可以选择按与查询的相关性对它们进行排序。最常见的搜索类型是查找包含给定查询词的所有文档,并按它们与查询的相似性顺序返回它们。查询相似性的概念非常灵活,并且取决于具体的应用程序。最简单的搜索将查询视为一组单词,并将相似性视为文档中查询词的频率。

文本搜索运算符已经在数据库中存在多年。PostgreSQL 具有用于文本数据类型的 ~~*LIKEILIKE 运算符,但它们缺少现代信息系统所需的许多基本属性

  • 没有语言支持,即使是英语也是如此。正则表达式是不够的,因为它们不能轻易地处理派生词,例如,satisfiessatisfy。您可能会错过包含 satisfies 的文档,尽管您在搜索 satisfy 时可能希望找到它们。可以使用 OR 来搜索多个派生形式,但这很繁琐且容易出错(某些单词可能有数千个派生词)。

  • 它们不提供搜索结果的排序(排名),这使得在找到数千个匹配文档时它们效果不佳。

  • 它们往往速度很慢,因为没有索引支持,因此它们必须为每次搜索处理所有文档。

全文索引允许对文档进行预处理并保存索引以供以后快速搜索。预处理包括

  • 将文档解析为词元。识别各种词元类别(例如,数字、单词、复合词、电子邮件地址)很有用,以便可以对它们进行不同的处理。原则上,词元类别取决于具体的应用程序,但对于大多数目的,使用预定义的类别集就足够了。PostgreSQL 使用解析器来执行此步骤。提供了一个标准解析器,并且可以为特定需求创建自定义解析器。

  • 将词元转换为词位。词位是一个字符串,就像词元一样,但它已经过规范化,以便使同一个词的不同形式相似。例如,规范化几乎总是包括将大写字母折叠为小写字母,并且通常涉及删除后缀(例如英语中的 ses)。这允许搜索查找同一单词的变体形式,而无需繁琐地输入所有可能的变体。此外,此步骤通常会消除停用词,这些词非常常见,以至于它们对于搜索毫无用处。(简而言之,词元是文档文本的原始片段,而词位是被认为对索引和搜索有用的词。)PostgreSQL 使用字典来执行此步骤。提供了各种标准字典,并且可以为特定需求创建自定义字典。

  • 存储针对搜索优化的预处理文档。例如,每个文档可以表示为已排序的规范化词位数组。除了词位之外,通常还需要存储位置信息以用于邻近度排名,以便将包含更密集的查询词区域的文档分配比具有分散查询词的文档更高的排名。

字典允许对如何规范化词元进行细粒度的控制。使用适当的字典,您可以

  • 定义不应建立索引的停用词。

  • 使用 Ispell 将同义词映射到单个词。

  • 使用词库将短语映射到单个词。

  • 使用 Ispell 字典将单词的不同变体映射到规范形式。

  • 使用 Snowball 词干规则将单词的不同变体映射到规范形式。

提供了一个数据类型 tsvector 用于存储预处理的文档,以及一个类型 tsquery 用于表示已处理的查询(第 8.11 节)。这些数据类型有许多可用的函数和运算符(第 9.13 节),其中最重要的是匹配运算符 @@,我们将在 第 12.1.2 节中介绍它。可以使用索引来加速全文搜索(第 12.9 节)。

12.1.1. 什么是文档? #

文档是全文搜索系统中搜索的单元;例如,杂志文章或电子邮件消息。文本搜索引擎必须能够解析文档并将词位(关键字)与其父文档的关联存储起来。稍后,这些关联用于搜索包含查询词的文档。

对于 PostgreSQL 中的搜索,文档通常是数据库表的一行中的文本字段,或者可能是此类字段的组合(连接),可能存储在多个表中或动态获取。换句话说,可以从不同的部分构建文档以进行索引,并且它可能不会作为整体存储在任何地方。例如

SELECT title || ' ' ||  author || ' ' ||  abstract || ' ' || body AS document
FROM messages
WHERE mid = 12;

SELECT m.title || ' ' || m.author || ' ' || m.abstract || ' ' || d.body AS document
FROM messages m, docs d
WHERE m.mid = d.did AND m.mid = 12;

注意

实际上,在这些示例查询中,应使用 coalesce 来防止单个 NULL 属性导致整个文档的 NULL 结果。

另一种可能性是将文档作为简单的文本文件存储在文件系统中。在这种情况下,可以使用数据库来存储全文索引并执行搜索,并且可以使用一些唯一的标识符从文件系统中检索文档。但是,从数据库外部检索文件需要超级用户权限或特殊函数支持,因此这通常不如将所有数据保存在 PostgreSQL 中方便。此外,将所有内容保存在数据库中可以轻松访问文档元数据,以帮助进行索引和显示。

对于文本搜索目的,每个文档必须简化为预处理的 tsvector 格式。搜索和排名完全在文档的 tsvector 表示上执行 — 只有在文档被选中以显示给用户时,才需要检索原始文本。因此,我们通常将 tsvector 称为文档,但这当然只是完整文档的紧凑表示。

12.1.2. 基本文本匹配 #

PostgreSQL 中的全文搜索基于匹配运算符 @@,如果 tsvector(文档)与 tsquery(查询)匹配,则该运算符返回 true。哪个数据类型写在前面都没关系

SELECT 'a fat cat sat on a mat and ate a fat rat'::tsvector @@ 'cat & rat'::tsquery;
 ?column?
----------
 t

SELECT 'fat & cow'::tsquery @@ 'a fat cat sat on a mat and ate a fat rat'::tsvector;
 ?column?
----------
 f

正如上面的示例所暗示的那样,tsquery 不仅仅是原始文本,就像 tsvector 一样。tsquery 包含搜索词,这些搜索词必须是已经规范化的词位,并且可以使用 AND、OR、NOT 和 FOLLOWED BY 运算符组合多个词。(有关语法详细信息,请参见第 8.11.2 节。)有函数 to_tsqueryplainto_tsqueryphraseto_tsquery 有助于将用户编写的文本转换为正确的 tsquery,主要是通过规范化文本中出现的单词。类似地,to_tsvector 用于解析和规范化文档字符串。因此,在实践中,文本搜索匹配看起来更像这样

SELECT to_tsvector('fat cats ate fat rats') @@ to_tsquery('fat & rat');
 ?column?
----------
 t

请注意,如果写成以下形式,则此匹配将不会成功

SELECT 'fat cats ate fat rats'::tsvector @@ to_tsquery('fat & rat');
 ?column?
----------
 f

因为此处不会发生 rats 一词的规范化。tsvector 的元素是词位,假定它们已经过规范化,因此 ratsrat 不匹配。

@@ 运算符还支持 text 输入,允许在简单情况下跳过将文本字符串显式转换为 tsvectortsquery。可用的变体包括

tsvector @@ tsquery
tsquery  @@ tsvector
text @@ tsquery
text @@ text

我们已经看到了前两个。形式 text @@ tsquery 等效于 to_tsvector(x) @@ y。形式 text @@ text 等效于 to_tsvector(x) @@ plainto_tsquery(y)

tsquery 中,&(AND)运算符指定其两个参数都必须出现在文档中才能匹配。类似地,|(OR)运算符指定其参数中至少有一个必须出现,而 !(NOT)运算符指定其参数必须出现才能匹配。例如,查询 fat & ! rat 匹配包含 fat 但不包含 rat 的文档。

借助 <-> (FOLLOWED BY) tsquery 运算符,可以搜索短语,只有当其参数的匹配项相邻且按给定顺序排列时才会匹配。例如:

SELECT to_tsvector('fatal error') @@ to_tsquery('fatal <-> error');
 ?column?
----------
 t

SELECT to_tsvector('error is not fatal') @@ to_tsquery('fatal <-> error');
 ?column?
----------
 f

FOLLOWED BY 运算符有一个更通用的版本,形式为 <N>,其中 N 是一个整数,表示匹配的词位之间的位置差异。<1><-> 相同,而 <2> 允许在匹配项之间恰好出现一个其他词位,依此类推。phraseto_tsquery 函数使用此运算符来构造一个 tsquery,当某些单词是停用词时,该 tsquery 可以匹配多词短语。例如:

SELECT phraseto_tsquery('cats ate rats');
       phraseto_tsquery
-------------------------------
 'cat' <-> 'ate' <-> 'rat'

SELECT phraseto_tsquery('the cats ate the rats');
       phraseto_tsquery
-------------------------------
 'cat' <-> 'ate' <2> 'rat'

有时有用的一个特殊情况是,可以使用 <0> 来要求两个模式匹配同一个单词。

可以使用括号来控制 tsquery 运算符的嵌套。如果没有括号,| 的绑定最松散,然后是 &,然后是 <->! 的绑定最紧密。

值得注意的是,当 AND/OR/NOT 运算符位于 FOLLOWED BY 运算符的参数中时,它们的含义与它们不在 FOLLOWED BY 运算符中时略有不同,因为在 FOLLOWED BY 中,匹配的确切位置非常重要。例如,通常 !x 仅匹配在任何位置都不包含 x 的文档。但是 !x <-> y 匹配 y,如果它不是紧跟在 x 之后;文档中其他位置出现的 x 不会阻止匹配。另一个例子是,x & y 通常只需要 xy 都出现在文档的某个位置,但是 (x & y) <-> z 要求 xy 在同一个位置匹配,紧邻 z 之前。因此,此查询的行为与 x <-> z & y <-> z 不同,后者将匹配包含两个单独的序列 x zy z 的文档。(这个特定的查询按书写方式是无用的,因为 xy 不能在同一位置匹配;但是对于更复杂的情况,例如前缀匹配模式,这种形式的查询可能很有用。)

12.1.3. 配置 #

以上都是简单的文本搜索示例。如前所述,全文搜索功能包括执行更多操作的能力:跳过索引某些单词(停用词)、处理同义词以及使用复杂的解析,例如,基于不仅仅是空格进行解析。此功能由文本搜索配置控制。PostgreSQL 提供了许多语言的预定义配置,您可以轻松创建自己的配置。(psql\dF 命令显示所有可用的配置。)

在安装期间,会选择合适的配置,并且在 postgresql.conf 中相应地设置 default_text_search_config。如果您对整个集群使用相同的文本搜索配置,则可以使用 postgresql.conf 中的值。要在整个集群中使用不同的配置,但在任何一个数据库中使用相同的配置,请使用 ALTER DATABASE ... SET。否则,您可以在每个会话中设置 default_text_search_config

每个依赖于配置的文本搜索函数都有一个可选的 regconfig 参数,以便可以显式指定要使用的配置。仅当省略此参数时,才使用 default_text_search_config

为了更容易构建自定义文本搜索配置,配置是从更简单的数据库对象构建的。PostgreSQL 的文本搜索功能提供了四种与配置相关的数据库对象

  • 文本搜索解析器将文档分解为令牌并对每个令牌进行分类(例如,作为单词或数字)。

  • 文本搜索字典将令牌转换为规范化形式并拒绝停用词。

  • 文本搜索模板提供字典的基础函数。(字典只是指定一个模板和该模板的一组参数。)

  • 文本搜索配置选择一个解析器和一组字典,用于规范化解析器产生的令牌。

文本搜索解析器和模板是从底层 C 函数构建的;因此,开发新的解析器和模板需要具备 C 编程能力,并且需要超级用户权限才能将其安装到数据库中。(在 PostgreSQL 发行版的 contrib/ 区域中有附加解析器和模板的示例。)由于字典和配置只是参数化并连接一些底层解析器和模板,因此创建新的字典或配置不需要特殊权限。创建自定义字典和配置的示例将在本章后面出现。

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