Elasticsearch Learning to Rank: 利用机器学习提升搜索相关性

Elasticsearch Learning to Rank简介

Elasticsearch Learning to Rank是一个Elasticsearch插件,它将机器学习应用于搜索结果的相关性排序。该插件由OpenSource Connections公司开发,目前被维基媒体基金会、Snagajob等多家公司使用,用于改进其搜索系统的性能。

Learning to Rank (LTR)是一种将机器学习技术应用于信息检索系统的方法,旨在通过学习排序模型来优化搜索结果的排序。与传统的基于规则或启发式的排序方法相比,LTR可以利用大量的训练数据来自动学习最优的排序策略,从而提供更加精准和个性化的搜索体验。

主要功能

Elasticsearch Learning to Rank插件提供了以下主要功能:

特征存储:允许将Elasticsearch查询模板作为特征存储在Elasticsearch中。
特征打分:记录特征得分(相关性分数),用于离线模型开发的训练集创建。
模型存储:可以存储线性模型、XGBoost模型或RankLib模型,这些模型使用存储的特征。
结果重排序:使用存储的模型对搜索结果进行重新排序。

工作原理

Elasticsearch Learning to Rank的工作流程大致如下:

特征工程:定义和提取能够反映文档相关性的特征,如TF-IDF分数、字段匹配度等。
判断列表创建:为训练数据集中的查询-文档对标注相关性分数,形成判断列表。
特征日志:记录每个查询-文档对的特征值。
模型训练:使用判断列表和特征日志训练排序模型。
模型上传:将训练好的模型上传到Elasticsearch。
搜索时重排序:在搜索时使用模型对初始结果进行重新排序。

LTR工作流程

使用方法

安装插件

可以通过Elasticsearch的插件安装命令来安装Learning to Rank插件:

./bin/elasticsearch-plugin install https://github.com/o19s/elasticsearch-learning-to-rank/releases/download/v1.5.4-es7.11.2/ltr-plugin-v1.5.4-es7.11.2.zip

创建特征集

首先需要定义特征集,包含用于排序的各种特征:

POST /_ltr/_featureset/my_featureset
{
  "featureset": {
    "features": [
      {
        "name": "title_query",
        "params": ["keywords"],
        "template": {
          "match": {
            "title": "{{keywords}}"
          }
        }
      },
      {
        "name": "body_query",
        "params": ["keywords"],
        "template": {
          "match": {
            "body": "{{keywords}}"
          }
        }
      }
    ]
  }
}

记录特征值

使用sltr查询记录特征值:

POST /myindex/_search
{
  "query": {
    "bool": {
      "filter": [
        {
          "sltr": {
            "_name": "logged_featureset",
            "featureset": "my_featureset",
            "params": {
              "keywords": "search terms"
            }
          }
        }
      ]
    }
  },
  "ext": {
    "ltr_log": {
      "log_specs": {
        "name": "log_entry1",
        "named_query": "logged_featureset"
      }
    }
  }
}

上传模型

训练完模型后,可以上传到Elasticsearch:

POST /_ltr/_featureset/my_featureset/_createmodel
{
  "model": {
    "name": "my_model",
    "model": {
      "type": "model/ranklib",
      "definition": "## RankLib model definition"
    }
  }
}

使用模型重排序

在搜索时使用模型重新排序结果:

POST /myindex/_search
{
  "query": {
    "match": {
      "title": "search terms"
    }
  },
  "rescore": {
    "window_size": 100,
    "query": {
      "rescore_query": {
        "sltr": {
          "params": {
            "keywords": "search terms"
          },
          "model": "my_model"
        }
      }
    }
  }
}

总结

Elasticsearch Learning to Rank为开发者提供了一个强大的工具,可以利用机器学习技术来优化Elasticsearch的搜索相关性。通过合理地设计特征、准备高质量的训练数据,以及选择合适的模型,可以显著提升搜索结果的质量,为用户带来更好的搜索体验。

然而,实施Learning to Rank系统也面临一些挑战,如如何获取准确反映用户偏好的判断列表、如何选择合适的评估指标、如何构建和维护特征日志基础设施等。这需要搜索工程师和数据科学家的密切合作,以及对业务需求的深入理解。

随着机器学习技术的不断发展,我们可以期待看到更多创新的排序算法和模型被应用到搜索系统中,进一步提升搜索的智能化水平。Elasticsearch Learning to Rank为这一发展提供了重要的基础设施支持,值得广大开发者关注和尝试。