數(shù)碼產(chǎn)品信息的主題爬蟲設(shè)計

數(shù)碼產(chǎn)品信息的主題爬蟲設(shè)計

0查詢結(jié)果的干擾自web站點出現(xiàn)以來，該網(wǎng)站一直在開發(fā)。通用搜索引擎是基于整個Web采集信息，采集的頁面數(shù)量非常大，因此在檢索的結(jié)果中，包含了大量與查詢不相關(guān)或相關(guān)性很小的內(nèi)容，這些查詢結(jié)果都極大地干擾到了用戶。隨著Web信息的急劇膨脹，這種干擾也越來越嚴重，同時用戶也越來越渴望得到與特定主題相關(guān)的信息。通用搜索引擎向用戶提供幾乎所有類型、任何主題的資源，這顯然已經(jīng)不能滿足用戶針對特定主題的查詢要求。針對這種情況，需要一個數(shù)據(jù)全面深入精確且更新及時的主題搜索引擎。1開展特定領(lǐng)域、特定人群開展的檢索服務(wù)主題搜索引擎是相對通用搜索引擎的信息量大、查詢不準確、深度不夠等因素而提出來的新的搜索引擎服務(wù)模式，它是通用搜索引擎在某個類別的專業(yè)化，就是針對性地為某一特定主題、特定領(lǐng)域、特定人群或是特定需求提供的信息檢索服務(wù)。通用搜索引擎好比是“超市”，商品應(yīng)有盡有，而主題搜索引擎就好比是“家具城”、“電腦城”，提供專項服務(wù)。主題搜索引擎因為具有較強的領(lǐng)域針對性，能夠排除很多冗余信息，在很大程度上減少了不相關(guān)的檢索結(jié)果，從而提高了檢索的準確性。主題搜索引擎與通用搜索引擎在工作原理上是相似的，也是由信息采集、信息處理和信息檢索三部分組成。不同的是主題搜索引擎只采集與主題相關(guān)的信息。主題爬蟲就是為其搜集與主題相關(guān)的網(wǎng)頁資源。2主題設(shè)計2.1種子網(wǎng)頁的體系結(jié)構(gòu)如果將互聯(lián)網(wǎng)看成是一張圖，那么每個網(wǎng)頁就是其中的節(jié)點，網(wǎng)頁與網(wǎng)頁之間的鏈接則構(gòu)成弧，用圖的遍歷算法通過弧可以遍歷每個節(jié)點。爬蟲就是這樣順著鏈接按圖索驥，爬行整個網(wǎng)絡(luò)的。爬蟲從種子網(wǎng)頁出發(fā)，向服務(wù)器發(fā)送HTTP請求，請求URL對應(yīng)的資源，分析下載的頁面，提取鏈接，將鏈接加入URL隊列，以便后續(xù)讀取。普通爬蟲的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。種子網(wǎng)頁用來賦予抓取模塊初始的URL，抓取模塊以這些初始URL去Internet上爬行;爬行模塊向URL對應(yīng)的Server發(fā)送HTTP請求，請求URL所標識的資源，Server返回響應(yīng)消息，響應(yīng)消息中的響應(yīng)正文即為我們請求的資源;鏈接抓取模塊，得到我們請求的網(wǎng)頁之后，抓取其中的超級鏈接，將沒有訪問過的鏈接存放到URL哈希表中。抓取到的網(wǎng)頁存放在網(wǎng)頁庫中，為后面的預(yù)處理索引模塊提供基礎(chǔ)。主題爬蟲是以普通爬蟲為基礎(chǔ)的，實際上它是對普通爬蟲功能上的擴充，用于搜集與主題相關(guān)的網(wǎng)頁，其組成如圖2所示。包括種子網(wǎng)頁、主題確立模塊、爬行模塊、過濾模塊、鏈接抓取模塊和排序模塊等等。種子網(wǎng)頁和普通爬蟲的種子網(wǎng)頁的作用一樣，爬蟲以種子網(wǎng)頁為起始網(wǎng)頁爬行，但是所不同的是種子網(wǎng)頁的選取有一定的限制;主題確立模塊用于確立爬行的主題;爬行模塊和普通爬蟲的相應(yīng)模塊功能相同;過濾模塊對爬行的網(wǎng)頁進行相關(guān)性判定，提取與主題相關(guān)性強的網(wǎng)頁;鏈接抓取是抓取網(wǎng)頁中的鏈接以便爬蟲的后續(xù)爬行;排序模塊是對與主題相關(guān)的網(wǎng)頁進行重要性判定。2.2種子網(wǎng)頁的自動選取由于主題搜索引擎是面向特定主題或是領(lǐng)域的，所以初始種子網(wǎng)頁的選取是比較關(guān)鍵的。種子網(wǎng)頁首先應(yīng)該是與該主題相關(guān)的，否則爬蟲無法工作。那么如何來選取種子網(wǎng)頁呢?種子網(wǎng)頁的選取可以自動選取，但是不確定因素太多，作者采用的是人工干預(yù)方式，好處是實現(xiàn)簡單，而且比較準確;缺點是加入了過多的主觀因素，導致種子選取不夠全面，這點通過下面的主題確立模塊改善。首先，通過咨詢該領(lǐng)域?qū)＜耀@取主題關(guān)鍵詞集合，利用這些關(guān)鍵詞去元搜索引擎中查找，從中選取質(zhì)量較高的網(wǎng)頁作為種子網(wǎng)頁。關(guān)鍵詞主要集中于數(shù)碼產(chǎn)品的性能元素。2.3．基于文本特征的權(quán)值提取關(guān)鍵詞集合采取專家意見，比較準確，可以將專家提供的關(guān)鍵詞集合作為主題，但是由于主觀因素分量太重，導致可能會有遺漏不全面，所以需要重設(shè)主題關(guān)鍵詞集合。本文采用的是專家意見和特征提取相結(jié)合的方式。特征提取是利用一個與主題相關(guān)的網(wǎng)頁集合，由程序自動提取網(wǎng)頁集合的共同特征。這里利用種子網(wǎng)頁集合更新主題關(guān)鍵詞集合。特征提取主要基于以下兩種方式:(1)基于主題詞典的特征詞向量提取主題搜索引擎網(wǎng)頁的特征項一般都是專業(yè)詞匯或是特定領(lǐng)域的常見詞匯，所以用主題相關(guān)的詞條才能更好地表征網(wǎng)頁。參照主題詞典進行特征提取，只匹配那些在詞典中存在的詞，文檔向量空間維數(shù)大大降低，可以用少量的詞匯較好地涵蓋某一主題的同時降低計算復雜度。這種方式存在的缺陷在于特征項的權(quán)值量化不夠精確，不具備全面概括性。本文采用的是下面一種方式。(2)基于權(quán)重特征詞提取文本詞條數(shù)量眾多，如果用文本中的所有詞條做文本向量，向量空間的維數(shù)可想而知，進而影響系統(tǒng)效率，而且文本詞條包括大量如停用詞等與主題沒有多大關(guān)聯(lián)的詞條，所以必須進行特征提取，用有代表性的特征詞表征網(wǎng)頁。這里用到向量空間模型VSM(VectorSpaceModel)算法。VSM是一種文本特征的表示方法，它的基本思想就是任何文本文檔都可以用一組文本向量(T1,T2，…，Tn)表示，其中Ti(1≤i≤n)是文本中的詞條。每個特征項Ti在網(wǎng)頁中都有一定的權(quán)重，于是網(wǎng)頁就可以用一個向量(W1,W2，…，Wn)(其中Wi為特征項Ti在頁面中的權(quán)重)來表征其特性。權(quán)重大的詞也必然是文檔中較重要的詞，將這些詞條抽取作為特征詞Ti(1≤i≤n)。在這里計算權(quán)重使用的是TF-IDF算法。TF(TermFrequency)，即詞條頻率，用詞條在文檔中出現(xiàn)的次數(shù)進行歸一化來表示，也就是詞條出現(xiàn)的次數(shù)除以網(wǎng)頁的總詞數(shù)(Fi/Z)。但是這明顯存在漏洞。如“的”等詞通常沒有什么意義，但是它往往占了總詞頻的80%以上，稱這種詞為“應(yīng)刪除詞”。針對上面的情況，信息檢索中又提出了逆文本頻率IDF(InverseDocumentFrequency)計算權(quán)重，使得在越多文檔中出現(xiàn)的詞條的權(quán)重越小，在越少文檔中出現(xiàn)的詞條權(quán)重越大。，其中D為全部網(wǎng)頁數(shù)，Di為出現(xiàn)了詞條Ti的網(wǎng)頁個數(shù)。所以特征項Ti的權(quán)重Wi=(Fi/Z)·log(D/Di)。2.4下載資源獲取爬行模塊和通用搜索引擎的對應(yīng)模塊基本上沒有什么區(qū)別，讀取等待隊列中URL，向?qū)?yīng)服務(wù)器請求資源，服務(wù)器予以響應(yīng)，爬蟲下載資源。在爬行模塊中，為便于爬行數(shù)碼產(chǎn)品的性能參數(shù)頁面，在該部分加入了正則表達式加以限制。2.5．種子網(wǎng)頁的相似度爬行模塊下載了網(wǎng)頁內(nèi)容，為了確保網(wǎng)頁的主題相關(guān)性，必須對網(wǎng)頁進行相關(guān)性判定。與主題不相關(guān)或是相關(guān)性較低的網(wǎng)頁的價值甚小，必須將它們過濾掉，這是普通蜘蛛與主題蜘蛛的根本區(qū)別之所在。如何判斷網(wǎng)頁與主題的相關(guān)性呢?在上文中已經(jīng)提到了VSM，每一個網(wǎng)頁都可以用一個特征向量來表征。計算兩個向量的相似度，在向量代數(shù)中，可以簡化為求兩個向量的一致性，確定向量是否一致，可以用余弦定理來實現(xiàn)。兩個向量的夾角越小說明這兩個向量越接近，表現(xiàn)在網(wǎng)頁上就是兩個網(wǎng)頁的內(nèi)容越相似。假設(shè)網(wǎng)頁A的特征項的權(quán)重向量為α=(W1,W2，…，Wn);網(wǎng)頁B的權(quán)重向量β=(V1,V2，…，Vn)(WI和Vi分別為向量α、β的特征項權(quán)重)，那么A和B的相似度就可以用如下的公式來判定:如何比較相似度已經(jīng)解決了，余下的問題是新的網(wǎng)頁和種子網(wǎng)頁中的哪個網(wǎng)頁進行比較呢?種子網(wǎng)頁中某一個網(wǎng)頁是不能代表主題的，所以提供了下面兩種方法:(1)將新的網(wǎng)頁與種子網(wǎng)頁中的每一個求相似度，然后求相似度的平均值，缺點是每個網(wǎng)頁都要重復多次計算，增加了計算復雜度。本文采用下面的計算中心向量的方法。(2)求出主題中心向量Vector，新的網(wǎng)頁再與中心向量求相似度。種子網(wǎng)頁可以看成是與主題密切相關(guān)的一類網(wǎng)頁，可以用類內(nèi)的全部元素的質(zhì)心(Centroid)來刻畫一個類的總體特性，從而得到中心向量Vector。設(shè)種子網(wǎng)頁的集合為D=(D1,D2，…，Dn)，每個網(wǎng)頁向量Di∈D，其中Di=(W1i,W2i，…，Wni)(Wji為特征項的權(quán)重)，那么主題中心向量可以用如下公式來計算:得到了中心向量，將新的網(wǎng)頁向量與之求相似度，指定一個閾值r，當相似度大于r時就認為該頁面和主題是相關(guān)的，添加到網(wǎng)頁庫中，以待后續(xù)的索引，否則丟棄該頁面。2.6選擇匹配頁面的方案得到新的網(wǎng)頁后，需要進一步提取新網(wǎng)頁的鏈接以便爬蟲繼續(xù)展開工作。鏈接的提取可以設(shè)定URL模板，通常是采用正則表達式來提取與之匹配的URL，這樣可以針對性的采集網(wǎng)頁，適合規(guī)模比較小、信息源穩(wěn)定的需求，但是后期維護成本太高，不太適合網(wǎng)頁庫搜索引擎級別的要求。但是既然是一種技術(shù)，就可以與其他的技術(shù)相互補充，因為技術(shù)只是手段，目的是切返用戶之需?？偟膩碚f鏈接的抓取模塊和普通蜘蛛的相應(yīng)模塊沒什么本質(zhì)區(qū)別。2.7網(wǎng)頁具體的相似度和選擇實驗數(shù)據(jù)顯示，約85%的用戶只翻看搜索引擎返回結(jié)果的前10個結(jié)果，即返回結(jié)果頁面的第一頁。這個用戶行為決定了盡管搜索引擎返回的結(jié)果數(shù)據(jù)十分龐大，但真正可能被用戶所瀏覽的只是前面的很小一部分而已，所以排序策略是至關(guān)重要的，也是搜索引擎成敗的關(guān)鍵。用戶排序模塊的作用是依據(jù)網(wǎng)頁的質(zhì)量進行排序，將價值大的網(wǎng)頁排在前面，以便用戶方便獲得所需資源?，F(xiàn)在的排序算法有很多，諸如HITS、詞頻和位置的加權(quán)排序、基于Alexa的網(wǎng)站排序等等，這里提出的是相似度和PageRank的結(jié)合算法。PageRank基于“從許多優(yōu)質(zhì)網(wǎng)頁鏈接過來的網(wǎng)頁，必定還是優(yōu)質(zhì)網(wǎng)頁”的回歸關(guān)系來判定所有網(wǎng)頁的重要性的。PageRank的思想源于學術(shù)引文機制:當從網(wǎng)頁A鏈接到網(wǎng)頁B時，就認為網(wǎng)頁A投了網(wǎng)頁B一票，增加了B的重要性，最后根據(jù)B的得票數(shù)來評定其重要性。計算公式如下:其中:PR(B)為頁面B的網(wǎng)頁級別;Pi為頁面B的鏈入網(wǎng)頁;PR(Pi)為頁面Pi的網(wǎng)頁級別;C(Pi)為頁面Pi鏈出的鏈接數(shù)量;d為阻尼系數(shù)，取值范圍為(0,1)，一般為0.85，因為并不是每一個網(wǎng)頁都有出度或入度的;N為總網(wǎng)頁數(shù)量;n為頁面B的入度;(1-d)非鏈接進入頁面瀏覽的概率，即用戶沒有對當前頁面繼續(xù)鏈接訪問，而是轉(zhuǎn)到其他的頁面隨機訪問的概率;(1-d)/N即為隨機訪問頁面B的概率。頁面Pi(i=1，…，n)擁有到頁面B的鏈接，頁面Pi的出度為C(Pi)，所以由頁面Pi到頁面B的概率為1/C(Pi)，進而頁面Pi通過鏈接進入頁面B的概率為d/C(Pi)，那么頁面Pi傳遞給頁面B的PR值則為，入度為n，將n個頁面?zhèn)鬟f給B的PR值求和即可得到通過鏈接傳遞到B的PR值。PageRank算法在很多大型搜索引擎中都有很好的效果，網(wǎng)頁PR值成為網(wǎng)頁質(zhì)量的評價標準。在主題網(wǎng)頁集合中，相似度可以從很大程度上決定該網(wǎng)頁的重要性，與主題越相似，所含的信息也必然與主題也相近，其質(zhì)量也就越高。綜合PageRank和相似度的分析，網(wǎng)頁質(zhì)量可以用下面的方法計算:其中t∈(0,1)。3主題跟蹤計劃的實現(xiàn)3.1確定使用md5算法的生成和傳播信息根據(jù)URL的處理狀態(tài)將URL存放在四個不同的隊列中，分別是等待隊列、處理隊列、異常隊列和完成隊列。當有新的鏈接產(chǎn)生時，為防止重復抓取，則要檢查隊列，查看當前URL是否已經(jīng)被處理過，這勢必要用到查找算法。URL的最大長度可達2083字節(jié)，同時URL數(shù)量龐大，用順序匹配顯然是不合理的;URL的排列也沒有什么順序可言，所以用二分法等都是不可取的，這里用到的是MD5算法。信息摘要MD5(Message-Digest)算法，是一種單向的HASH函數(shù)，它的功能是將輸入的任意長度的信息，生成一個128位信息，而且不同的輸入得到的結(jié)果不同，通常將它比喻成“信息指紋”，就好像我們每個人都有獨一無二的指紋一樣，MD5算法就是給不同的信息加指紋。根據(jù)它的唯一性，可以對每個URL生成其指紋(MD5值)存儲，將新的URL的指紋與已存儲的URL的指紋進行比較，如果指紋不同，則必定是兩個不同的URL，將該URL加入到等待隊列中等待抓取，否則即表明兩個URL相同，則丟棄。3.2使用線程池的注意事項為了控制速度，使用線程池來實現(xiàn)，多線程充分利用資源，提高了效率。當然采用線程池也有一定的弊端，如果因為網(wǎng)絡(luò)不暢通或是其它原因而導致當前占有的資源的線程始終等待，那么其它任務(wù)也會因為等待資源