elasticsearch——影响文档评分

一般情况下，类似关系型数据库中影响返回结果的方式，在elasticsearch中也存在，包括sort、size等。但是这都是简单粗暴的对返回结果进行直接处理，很大的可能会影响返回文档的相关度。比如，通过sort操作对搜索结果按时间排序，这时排在前面的文档很可能相关度非常小，而相关度大的文档则因为时间排序被放在了下面。这显然不是我们想要的结果。elasticsearch提供了方法，允许我们用除了搜索之外的其他因素影响返回文档的顺序，同时兼顾文档的相关度。

简单粗暴地评分

首先先说一下elasticsearch的搜索评分逻辑。
查询的权重基于三个因素：词频、逆向文档频率和字段长度归一值。

词频：查询词在该文档中出现的频率。频率越高，权重越高。
逆向文档频率：查询词在所有文档中出现的频率。频率越高，权重越低。可以降低日常使用的高频率词的权重。
字段长度归一值：查询字段的长度。字段长度越长，查询词权重越高，反之越低。

不同词对搜索结果的影响基本取决于以上三个因素，这里不列出详细的计算公式。

如何影响文档评分

首先，影响文档评分的操作推荐是查询的时候进行，这样灵活性更好。这里不介绍简单的评分提升或者降低，直接介绍elasticsearch中控制文档评分的终极武器：function_scor。

function_score

function_score是query结构的一个子集，它对每一个符合查询的文档应用一个或一组函数，达到影响甚至替换原始查询评分的目的。这个操作可以很方便的实现复杂的查询逻辑。
Elasticsearch 预定义了一些函数：

weight：为每个文档应用一个简单而不被规范化的权重提升值：当 weight 为 2 时，最终结果为 2 * _score 。
field_value_factor：使用这个值来修改 _score ，如将 popularity 或 votes （受欢迎或赞）作为考虑因素。
random_score：为每个用户都使用一个不同的随机评分对结果排序，但对某一具体用户来说，看到的顺序始终是一致的。
衰减函数 —— linear 、 exp 、 gauss：将浮动值结合到评分 _score 中，例如结合 publish_date 获得最近发布的文档，结合 geo_location 获得更接近某个具体经纬度（lat/lon）地点的文档，结合 price 获得更接近某个特定价格的文档。
script_score：如果需求超出以上范围时，用自定义脚本可以完全控制评分计算，实现所需逻辑。

以上函数开箱即用，一般情况下，elasticsearch提供的函数就可以满足需求，如果有特殊要求，也可以使用最后一个script_score自己写控制评分脚本。但是script_score对性能有较大影响，能不用就不用。
下面简单说明几个需求，来看看elasticsearch是如何通过function_score实现的。

点击数影响评分

如果想要在原来搜索的基础上，加入点击数的影响，即将点击数高的文档放到搜索结果靠上的位置，但是搜索的评分仍然是主要的依据。

PUT /blogposts/post/1
{
  "title":   "About popularity",
  "content": "In this post we will talk about...",
  "votes":   6
}

这是一篇文章的文档，其中保存了点击数。这里可以通过field_value_factor实现相关需求。

GET /blogposts/post/_search
{
  "query": {
    "function_score": { 
      "query": {
        "multi_match": {
          "query":    "popularity",
          "fields": [ "title", "content" ]
        }
      },
      "field_value_factor": { 
        "field": "votes" 
      }
    }
  }
}

function_score嵌入了一个query查询中，然后内部又设定了一个query，内部的query查询是主查询。在function_score内部还有一个field_value_factor函数，这个函数会对符合每一个主查询的文档使用。每个文档的最终评分都会进行如下的计算：new_score = old_score * number_of_votes
默认的field_value_factor计算是线性的，votes的原始值直接用来计算，这通常不会产生好的结果。一般情况下，通过对数计算取代现行计算，可以取得更平滑的结果。

GET /blogposts/post/_search
{
  "query": {
    "function_score": {
      "query": {
        "multi_match": {
          "query":    "popularity",
          "fields": [ "title", "content" ]
        }
      },
      "field_value_factor": {
        "field":    "votes",
        "modifier": "log1p"
      }
    }
  }
}

将field_value_factor设为对数计算，计算公式：new_score = old_score * log(1 + number_of_votes)。
field_value_factor提供了众多参数，设置相关计算的各种参数，这里不再一一列举。如果想要细致的调整搜索结果的话，参考官方文档进行。

对查询结果进行随机评分

作为网站的所有者，总会希望让广告有更高的展现率。在当前查询下，有相同评分 _score 的文档会每次都以相同次序出现，为了提高展现率，在此引入一些随机性可能会是个好主意，这能保证有相同评分的文档都能有均等相似的展现机率。
我们想让每个用户看到不同的随机次序，但也同时希望如果是同一用户翻页浏览时，结果的相对次序能始终保持一致。这种行为被称为一致随机。
random_score 函数会输出一个 0 到 1 之间的数，当种子 seed 值相同时，生成的随机结果是一致的。例如：

GET /blogposts/post/_search
{
  "query": {
    "function_score": {
      "query": {
        "multi_match": {
          "query":    "popularity",
          "fields": [ "title", "content" ]
        }
      },
      "random_score": {
        "seed":  "userID"
      }
    }
  }
}

使用每个用户的id作为seed传入，可以使每个用户的随机保持一致，同时在不同用户之间保持不同的随机性。

时间、空间上的“越近越好”

一般来说，搜索要求具有时间相关性。也就是说，用户只想看到时间较近的文档，而时间较远的文档，就算相关度较高，用户也不想看到。空间上也有相关的性质，比如以某个点为中心，周围一定距离以内的文档排在返回结果的前面，而超过一定距离的文档就算相关度较高也排在后面。elasticsearch提供了衰减函数，可以对文档的相关性按某个维度进行衰减。

这里不能直接使用sort。因为如果直接使用sort，会让相关度较低的文档排在前面，维度近了但是相关度很差，达不到相关度较高、同时某个维度较近的需求。

elasticsearch提供了三个衰减函数，分别是linear、exp和gauss（线性、指数和高斯函数），它们可以操作数值、时间以及经纬度地理坐标点这样的字段（一般衰减也没有用字符串做衰减的）。所有三个函数都能接受以下参数：

origin：中心点或字段可能的最佳值，落在原点 origin 上的文档评分 _score 为满分 1.0 。
scale：衰减率，即一个文档从原点 origin 下落时，评分 _score 改变的速度。（例如，每 £10 欧元或每 100 米）。
decay：从原点 origin 衰减到 scale 所得的评分 _score ，默认值为 0.5 。
offset：以原点 origin 为中心点，为其设置一个非零的偏移量 offset 覆盖一个范围，而不只是单个原点。在范围 -offset <= origin <= +offset 内的所有评分 _score 都是 1.0 。

衰减曲线

比如，想要搜索某条博客，同时发表时间近的排在前面，引入基于时间的衰减函数。

GET /blogposts/post/_search
{
  "query": {
    "function_score": {
      "query": {
        "multi_match": {
          "query":    "popularity",
          "fields": [ "title", "content" ]
        }
      },
      "gauss" :{
          "timestamp": {
            "origin": "now timestamp",
            "offset": "5d",
            "scale": "10d"
          }
       }
    }
  }
}

按时间和地理空间做衰减，offset 和 scale 必须加上单位。
这里我们确定以当前的时间为衰减函数的中心， 5 天以内的文档，相关度不做处理；5 天到 15 天，衰减系数逐渐降低到0.5；15 天之外，系数继降低。

比如，想将地理空间和价格的影响引入搜索，可以这样实现：

GET /_search
{
  "query": {
    "function_score": {
      "functions": [
        {
          "gauss": {
            "location": {
              "origin": { "lat": 51.5, "lon": 0.12 },
              "offset": "2km",
              "scale":  "3km"
            }
          }
        },
        {
          "gauss": {
            "price": { 
              "origin": "50", 
              "offset": "50",
              "scale":  "20"
            }
          },
          "weight": 2
        }
      ]
    }
  }
}

这里地理空间类型，在衰减函数的参数里要加上单位，而普通的数值类型不用加单位。

通过衰减函数，可以在相关度为主的前提下，引入时间、空间、数值等其他因素，从而影响搜索的返回结果。比起简单粗暴的sort，衰减函数可以保证相关度高的依然排在靠前的位置。

终极武器script_score

elasticsearch支持用户自己写groovy脚本，来自定义复杂的评分影响逻辑。因为日常中不太实用，同时脚本对性能影响较大，所以这里不做介绍。