倒排索引(Inverted Index)

倒排索引(Inverted Index)

**倒排索引(Inverted Index)**是一种用于快速查找文档中包含特定词的数据结构,广泛应用于全文搜索引擎(如Elasticsearch、Lucene等)和数据库的全文索引中。与传统的正排索引(从文档到词的映射)不同,倒排索引是从词到文档的映射。

倒排索引的核心结构

倒排索引由两部分组成:

1、词典(Term Dictionary):

存储所有唯一的词

通常使用高效的数据结构(如哈希表、B-Tree、Trie树)来快速查找词

2、倒排列表(Posting List):

对于每个词,存储包含该词的文档ID列表(DocumentID List)。

倒排列表通常还会存储额外的信息,如词频(Term Frequency)、位置信息(Position)等。

倒排索引的示例

假设有以下文档集合:

  • 文档1:"I love programming"

  • 文档2:"Programming is fun"

  • 文档3:"I love coding"

1. 分词

首先对文档进行分词,得到以下词项:

  • 文档1:["I", "love", "programming"]

  • 文档2:["Programming", "is", "fun"]

  • 文档3:["I", "love", "coding"]

2. 构建倒排索引

倒排索引的结构如下:

词(Term) 倒排列表(Posting List)
I [文档1, 文档3]
love [文档1, 文档3]
programming [文档1, 文档2]
is [文档2]
fun [文档2]
coding [文档3]

3. 倒排列表的详细信息

在实际应用中,倒排列表可能包含更多信息,例如:

  • 文档ID(Document ID):标识包含该词的文档。

  • 词频(Term Frequency):该词在文档中出现的次数。

  • 位置信息(Position):该词在文档中出现的位置(用于短语查询)。

例如,对于词"programming",倒排列表可能如下:

  • 文档1:词频=1,位置=[2]

  • 文档2:词频=1,位置=[0]

倒排索引的查询过程

以查询词"love"为例:

  1. 在词典中查找"love"

  2. 找到对应的倒排列表[文档1, 文档3]

  3. 返回文档1和文档3作为查询结果。

倒排索引的优化

为了提高倒排索引的查询效率和存储效率,通常会采用以下优化技术:

1. 词典优化

  • 哈希表:快速查找词。

  • B-Tree:支持范围查询。

  • Trie树:支持前缀匹配。

2. 倒排列表压缩

  • 差值编码(Delta Encoding):存储文档ID的差值而非原始值。

  • 位图压缩(Bitmap Compression):使用位图表示文档ID列表。

3. 分布式存储

  • 在大规模文档集合中,倒排索引可以分布到多个节点上,以提高查询性能和存储容量。
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