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基于多级指引索引的高效技术(1)

2014-05-15 01:04 摘 要 介绍了搜索引擎中基于多级指引索引的高效技术。包括索引压缩，置入文件阀值的方法。其中索引压缩介绍了字节对齐压缩、Elias gamma编码、Elias delta编码、Golomb编码、二 元插值编码，并对其压缩效率，解压速度以及相对性能做了比较，叙述了在不同的情况下使用不同的编码，以便提高搜索效率。 关键词 搜索引擎，多级指引索引，索引压缩，置入文件阀值1 引言 搜索引擎（Search Engine）是随着Web信息的迅速增加，从1995年开始逐渐发展起来的技术。它是一种Web上的应用软件系统，以一定的策略在Web上发现和收集信息，对信息进行组织和处理，为用户提供Web信息查询服务。 一个搜索引擎由搜索器、索引器、检索器和用户接口等四个部分组成。其中索引器是一个搜索引擎的核心部分，因此索引的好坏直接影响到整个搜索引擎的质量。采用多级指引索引数据结构，尽管建立时需要付出一定代价，但是极大地提高了查询效率。本文在多级指引索引的基础上，介绍了提高效率的策略，其中包括多级指引索引的压缩，置入文件阈值（posting list threshold）的方法。2 多级指引索引简介图1 索引多级指引结构 多级指引索引是倒排索引的进化，既满足检索接口的词语-网页结构的需要，又考虑到庞大数据量结构组织的可行性。在词语集设置网页指针，将包含该词语的网页分块放置，减少存储相同词语的空间，根据词语标识符直接找到网页分块首位置，并为下一级指引提供前提；同一个词语在不同网页中出现的位置是变值，设置位置指针可以减少存储相同网页号的空间。3 多级指引索引的压缩 多级指引索引压缩的目标是通过减少存储需求来降低输入输出。需要压缩的内容包括：词语列表中的词语名，每一个置入文件列表记录（entry）中的词频，每一个置入文件列表记录文档标识符。如果多级指引索引减少存储量，I/O读写置入列表（posting list）的时间就会减少，也就减少了内存、磁盘空间的占用。而一个没有被压缩的多级指引索引通常需要超过30％的空间来存储可压缩的数据，压缩后的数据只占原可压缩数据的10％－15％。但是存在的问题是，要对数据编码解码，增加了CPU时间耗用，考虑到I/O是系统的瓶颈，CPU与I/O之间不断扩大的性能差距，以时间换取空间是可行的。压缩不仅提高查询时的效率，还能加快创建索引，从各方面提升系统性能。 多级指引索引压缩的方法有字节对齐压缩，Elias gamma编码，Elias delta编码，Golomb编码，二元插值编码。3.1 字节对齐压缩（Byte-Aligned） 字节对齐压缩[1]即对于一个给定的正整数，用一个或多个字节表示。表示该数首字节最左边的两位为长度指示器（length indicator），剩余位可以用来存储实际的数。文档ID不同，记为x，文档ID需要基于x的字节标识码，用前面所说的2bits写下长度指示器。写下x的二进制表示法，如下例：0-63 00xxxxxx64-(16K-1) 01xxxxxx xxxxxxxx16K-(4M-1) 10xxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx4M-(1G-1) 11xxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx0 000000001 00000001… …63 0011111164 01000000 0100000065 01000000 01000001字节对齐压缩的优点是容易编码和解码，位操作少，占用CPU时间少，缺点是对很小的整数压缩率低，每个整数最少用一个字节的空间。3.2 Elias gamma（γ）编码 用γ[2]方法表示文档ID的x的数值： 表示2的 次幂不超过x的最大值；一个0作为标记位（marker）；取x－ 余数二进制编码的 位。用2 ＋1bits表示x的值，整数越小，则表示它值的位数就越少。大多数词频相对很小。举个例子：X=22