《探索搜索引擎的奥秘》课件

探索搜索引擎的奥秘什么是搜索引擎？定义功能搜索引擎是一种信息检索系统，旨在帮助用户快速、准确地找到互联网上的相关信息它通过抓取、索引和排序等技术，将海量的网络信息整理成有序的数据库，并根据用户的查询请求，返回最符合需求的结果搜索引擎的历史与发展早期阶段1早期的搜索引擎主要依靠人工目录进行信息整理，如Yahoo!等这些目录通过人工编辑和分类，将网站信息整理成树状结构，用户可以通过浏览目录找到所需信息然而，随着互联网信息的爆炸式增长，人工目录的效率逐渐无法满足需求发展阶段2随着技术的发展，基于关键词的搜索引擎开始出现，如AltaVista、Lycos等这些搜索引擎通过抓取网页内容，建立关键词索引，用户可以通过输入关键词进行搜索然而，这些早期的搜索引擎在排序算法和用户体验方面仍有很大的提升空间成熟阶段3搜索引擎的核心组成索引爬虫1负责构建网页信息的索引，方便快速检负责抓取互联网上的网页信息2索排序查询负责对搜索结果进行排序，将最相关的负责接收用户的查询请求，并返回相关3结果呈现给用户结果爬虫互联网信息的抓取者定义工作原理重要性12爬虫（也称为网络蜘蛛或机器人）是爬虫从一组初始URL开始，访问这些一种自动程序，用于抓取互联网上的URL对应的网页，并提取网页中的链网页信息它通过模拟浏览器的行为，接然后，爬虫会递归地访问这些链访问网页并提取其中的内容，为搜索接，抓取更多的网页信息这个过程引擎提供数据来源会不断重复，直到抓取到足够多的网页或者达到预设的停止条件索引构建信息检索的桥梁定义作用类型索引是搜索引擎的核心组成部分，用索引的主要作用是提高搜索效率通常见的索引类型包括倒排索引、正向于构建网页信息的索引，方便快速检过索引，搜索引擎可以快速定位到包索引等倒排索引是一种常用的索引索索引可以将网页内容转换为一种含用户查询关键词的网页，而不需要结构，它将关键词映射到包含该关键易于搜索的数据结构，从而提高搜索遍历整个网页数据库词的网页列表，可以快速找到包含特效率定关键词的网页查询用户需求的表达用户输入查询理解查询扩展用户通过搜索引擎的搜搜索引擎需要对用户的为了提高搜索结果的覆索框输入关键词或短查询进行理解，分析查盖范围，搜索引擎会对语，表达自己的信息需询的意图和含义这包用户的查询进行扩展，求查询可以是简单的括词法分析、语法分例如添加同义词、近义关键词，也可以是复杂析、语义分析等步骤，词、相关词等这样可的自然语言语句以便更好地理解用户的以找到更多与用户需求需求相关的网页排序信息呈现的艺术相关性排序算法需要评估网页与用户查询的相关性相关性越高的网页，排名应该越靠前相关性评估可以基于关键词匹配、语义相似度等方法权威性排序算法需要考虑网页的权威性权威性高的网页，通常具有更高的质量和可信度，排名应该越靠前权威性评估可以基于链接分析、用户行为分析等方法用户体验排序算法需要考虑用户体验用户体验好的网页，例如加载速度快、内容清晰、排版美观等，排名应该越靠前用户体验评估可以基于网页性能、用户点击率等指标搜索引擎的工作原理详解抓取索引查询排序爬虫从互联网上抓取网页信索引器对抓取到的网页内容用户输入查询请求，查询处排序器对检索到的网页进行息，并将网页内容存储到数进行分析，构建索引，方便理器对查询进行分析和处排序，将最相关的结果呈现据库中快速检索理，然后从索引中检索相关给用户网页爬虫如何工作？队列网页下载URL12爬虫维护一个URL队列，用于爬虫使用HTTP协议下载网页存储待抓取的URL爬虫从队内容下载后的网页内容会被列中取出URL，访问对应的网存储到数据库中，供索引器使页，并提取其中的链接，添加用到队列中链接提取3爬虫从下载的网页内容中提取链接链接提取是爬虫的关键步骤，它决定了爬虫能够抓取到的网页范围网页抓取策略广度优先深度优先优先级抓取广度优先抓取策略优先抓取距离初始深度优先抓取策略优先抓取距离初始优先级抓取策略根据网页的重要性进URL较近的网页这种策略可以快速URL较远的网页这种策略可以深入行抓取例如，可以优先抓取更新频抓取到网站的首页和重要页面抓取网站的子页面和细节内容率高、内容质量高的网页网页去重技术文本相似度SimHash MD5SimHash是一种局部敏MD5是一种常用的哈希通过计算网页文本的相感哈希算法，可以将相算法，可以将网页内容似度，可以判断网页是似的网页映射到相似的映射到一个固定长度的否重复常用的文本相哈希值通过比较哈希哈希值通过比较哈希似度算法包括TF-IDF、值，可以判断网页是否值，可以判断网页是否余弦相似度等重复完全相同索引的构建过程文本分析对网页内容进行文本分析，包括分词、去除停用词、词性标注等步骤构建倒排索引根据文本分析的结果，构建倒排索引倒排索引将关键词映射到包含该关键词的网页列表索引压缩对索引进行压缩，减少索引存储空间，提高检索效率倒排索引的原理关键词文档列表位置信息倒排索引以关键词为索引项，每个关键文档列表存储包含该关键词的网页的位置信息存储关键词在网页中的位置词对应一个包含该关键词的网页列表ID文档列表可以根据网页的重要性进位置信息可以用于计算关键词之间的距网页列表中的每个网页都包含该关键词行排序，例如根据网页的PageRank值离，从而提高搜索结果的相关性的位置信息索引压缩技术无损压缩有损压缩12无损压缩是指在压缩和解压缩有损压缩是指在压缩过程中，过程中，数据不会丢失常用会丢失部分数据常用的有损的无损压缩算法包括LZW、压缩算法包括JPEG、MPEGHuffman编码等等在索引压缩中，通常使用无损压缩算法，以保证索引的准确性前缀压缩3前缀压缩是指将具有相同前缀的关键词合并成一个索引项例如，可以将“apple”和“application”合并成一个索引项，从而减少索引存储空间查询处理流程查询分析1对用户输入的查询进行分析，包括分词、去除停用词、词性标注等步骤查询分析的目的是理解用户的查询意图查询扩展2对查询进行扩展，例如添加同义词、近义词、相关词等查询扩展的目的是提高搜索结果的覆盖范围检索3根据查询分析和查询扩展的结果，从索引中检索相关网页检索的目的是找到包含用户查询关键词的网页排序4对检索到的网页进行排序，将最相关的结果呈现给用户排序的目的是提高搜索结果的质量查询词分析与处理分词去除停用词将用户输入的查询分解成一个个去除查询中的停用词，例如独立的词语分词是查询处理的“的”、“是”、“在”等停用词对基础，分词的准确性直接影响搜搜索结果的影响不大，去除停用索结果的质量词可以提高搜索效率词性标注对查询中的词语进行词性标注，例如名词、动词、形容词等词性标注可以帮助搜索引擎更好地理解用户的查询意图相关性计算余弦相似度深度学习TF-IDFTF-IDF是一种常用的相余弦相似度是一种常用深度学习可以用于计算关性计算方法，它考虑的相关性计算方法，它网页与查询的相关性了关键词在网页中出现将网页和查询表示成向通过训练深度学习模的频率和在整个网页集量，然后计算向量之间型，可以学习到网页和合中出现的频率TF-的余弦值余弦值越查询之间的复杂关系，IDF值越高，说明关键高，说明网页与查询的从而提高相关性计算的词与网页的相关性越相关性越高准确性高排序算法的演进布尔模型布尔模型是最早的排序模型，它根据查询关键词是否出现在网页中来判断网页是否相关布尔模型的缺点是无法对网页进行排序向量空间模型向量空间模型将网页和查询表示成向量，然后计算向量之间的相似度向量空间模型可以对网页进行排序，但它没有考虑网页的权威性概率模型概率模型根据网页与查询的概率关系来判断网页是否相关概率模型可以对网页进行排序，并且考虑了网页的权威性算法BM25基本原理公式BM25是一种基于概率的相关性排序算法，它考虑了关键词在网BM25算法的公式如下ScoreD,Q=ΣIDFqi*fqi,D*k1页中出现的频率、网页的长度以及关键词在整个网页集合中出现+1/fqi,D+k1*1-b+b*|D|/avgdl其中，IDFqi表的频率BM25算法的优点是简单、高效、效果好示关键词qi的逆文档频率，fqi,D表示关键词qi在网页D中出现的频率，|D|表示网页D的长度，avgdl表示平均网页长度，k1和b是调节参数算法PageRank迭代计算PageRank算法通过迭代计算来确定每个网页的PageRank值每次迭代，每2链接分析个网页的PageRank值都会根据链接到PageRank算法是一种基于链接分析的该网页的其他网页的PageRank值进行1更新排序算法，它根据网页之间的链接关系来判断网页的重要性如果一个网页被阻尼系数很多其他重要的网页链接，那么该网页也认为是重要的PageRank算法引入了阻尼系数，用于模拟用户在浏览网页时随机跳转的可能3性阻尼系数可以防止PageRank值过度集中在少数网页上搜索引擎的架构设计分布式1搜索引擎通常采用分布式架构，将数据和计算任务分布到多台服务器上，以提高性能和可扩展性模块化搜索引擎的各个组成部分，例如爬虫、索引器、查询处理器、排序器，通常采用模块2化设计，方便开发和维护可扩展搜索引擎的架构需要具有良好的可扩展性，以应对不断增长的3数据量和用户访问量分布式爬虫架构任务调度1队列2URL爬虫节点3数据存储4分布式爬虫架构将爬虫任务分解成多个子任务，分配到多台爬虫节点上执行任务调度器负责管理和分配任务，URL队列负责存储待抓取的URL，数据存储负责存储抓取到的网页信息分布式索引架构数据分片数据备份负载均衡将索引数据分成多个分片，存储到多台服对索引数据进行备份，以防止数据丢失将查询请求分配到多台服务器上，以提高务器上数据分片可以提高索引的存储容常用的数据备份方法包括主备备份、多副查询并发量常用的负载均衡方法包括轮量和检索效率本备份等询、加权轮询等分布式查询架构分布式查询架构将查询请求分解成多个子查询，分配到多台服务器上执行查询协调器负责管理和合并子查询的结果，最终将结果返回给用户该图表显示了不同组件的响应时间搜索引擎的用户体验准确搜索引擎需要提供准确的搜索结果，满2足用户的搜索需求快速1搜索引擎需要快速响应用户的查询请求，提供快速的搜索结果易用搜索引擎需要提供易用的界面和功能，3方便用户使用搜索结果页面的设计简洁相关性信息丰富123搜索结果页面应该简洁明了，突出搜索结果应该按照相关性进行排搜索结果应该提供丰富的信息，例重点信息，方便用户快速浏览序，将最相关的结果排在前面如网页标题、摘要、URL等，帮助用户判断网页是否相关搜索建议与自动完成搜索建议自动完成搜索建议是指在用户输入查询自动完成是指在用户输入查询时，搜索引擎提供的相关查询建时，搜索引擎自动补全查询自议搜索建议可以帮助用户快速动完成可以减少用户的输入，提找到所需的搜索结果高搜索效率技术搜索建议和自动完成通常基于前缀树（Trie）数据结构实现前缀树可以快速查找具有相同前缀的查询个性化搜索用户画像个性化排序推荐个性化搜索需要建立用根据用户画像，对搜索根据用户画像，向用户户画像，了解用户的兴结果进行个性化排序推荐相关内容例如，趣和偏好用户画像可例如，可以将用户感兴可以推荐用户感兴趣的以基于用户的搜索历趣的网页排在前面新闻、商品、视频等史、浏览历史、地理位置等信息搜索引擎的评估指标准确率准确率是指搜索结果中相关网页的比例准确率越高，说明搜索结果的质量越高召回率召回率是指所有相关网页中被搜索到的比例召回率越高，说明搜索结果的覆盖范围越广用户满意度用户满意度是指用户对搜索结果的满意程度用户满意度可以通过用户调查、点击率等指标进行评估准确率与召回率定义权衡应用准确率是指搜索结果中相关网页的比准确率和召回率之间存在权衡关系提在不同的应用场景中，对准确率和召回例召回率是指所有相关网页中被搜索高准确率可能会降低召回率，反之亦率的要求可能不同例如，在医疗搜索到的比例准确率和召回率是衡量搜索然搜索引擎需要在准确率和召回率之中，对准确率的要求较高，以避免误结果质量的重要指标间找到一个平衡点诊；在新闻搜索中，对召回率的要求较高，以覆盖更多的新闻事件指标NDCG定义公式优点NDCG（Normalized DiscountedNDCG的计算公式如下NDCG=DCG NDCG的优点是考虑了搜索结果的相关Cumulative Gain）是一种常用的排序/IDCG其中，DCG表示Discounted性和排序位置，能够更准确地评估排质量评估指标NDCG考虑了搜索结果Cumulative Gain，IDCG表示Ideal序质量的相关性和排序位置NDCG值越高，Discounted CumulativeGain说明排序质量越高用户满意度调查问卷调查用户反馈用户行为分析通过问卷调查，了解用收集用户的反馈，了解分析用户的搜索行为，户对搜索结果的满意程用户对搜索结果的评例如点击率、停留时度问卷调查可以收集价用户反馈可以帮助间、跳出率等用户行用户的意见和建议，帮搜索引擎发现搜索结果为分析可以帮助搜索引助搜索引擎改进搜索质中的问题，并及时修擎了解用户对搜索结果量复的满意程度搜索引擎的优化网站优化（）SEO网站优化是指通过改进网站的设计和内容，提高网站在搜索引擎中的排名网站优化可以提高网站的流量和用户访问量搜索引擎营销（）SEM搜索引擎营销是指通过购买搜索引擎的广告位，提高网站的曝光率搜索引擎营销可以快速提高网站的流量和用户访问量用户体验优化用户体验优化是指通过改进网站的用户体验，提高用户的满意度用户体验优化可以提高网站的转化率和用户忠诚度网站优化（）基础SEO关键词内容链接选择合适的关键词，是网站优化的基高质量的内容是网站优化的关键内容链接是网站优化的重要因素链接可以础关键词应该与网站的内容相关，并应该原创、有价值、易于阅读，并且包提高网站的权威性和可信度链接包括且具有一定的搜索量含关键词内部链接和外部链接关键词研究与选择工具竞争12可以使用关键词研究工具，例选择关键词时，需要考虑关键如Google KeywordPlanner、词的竞争程度竞争程度越百度指数等，来查找合适的关低，网站越容易在搜索引擎中键词排名靠前相关性3选择的关键词应该与网站的内容相关相关性越强，网站在搜索引擎中排名越容易靠前内容优化策略标题描述网页标题应该包含关键词，并且网页描述应该包含关键词，并且简洁明了网页标题应该能够吸是对网页内容的简要概括网页引用户的注意力，并且告诉用户描述应该能够吸引用户点击网网页的内容页正文网页正文应该包含关键词，并且内容丰富、有价值网页正文应该易于阅读，并且能够解决用户的问题链接建设策略内部链接外部链接友情链接内部链接是指网站内部外部链接是指其他网站友情链接是指与其他网页面之间的链接内部指向本网站的链接外站互相链接友情链接链接可以提高网站的权部链接可以提高网站的可以提高网站的流量和重，并且方便用户浏览权威性和可信度曝光率网站搜索引擎营销（）SEM竞价排名竞价排名是指通过购买搜索引擎的广告位，提高网站的曝光率竞价排名可以快速提高网站的流量和用户访问量展示广告展示广告是指在搜索引擎的合作网站上投放广告展示广告可以提高网站的品牌知名度内容营销内容营销是指通过创建有价值的内容，吸引用户访问网站内容营销可以提高网站的流量和用户忠诚度竞价排名广告关键词选择广告文案出价策略选择与网站内容相关的关键词，并且具撰写吸引用户的广告文案广告文案应制定合理的出价策略出价越高，广告有一定的商业价值关键词的选择直接该简洁明了，突出产品的特点和优势的排名越靠前，但成本也越高需要在影响广告的点击率和转化率出价和成本之间找到一个平衡点搜索引擎作弊与反作弊定义目的12搜索引擎作弊是指通过不正当搜索引擎作弊的目的是提高网的手段，提高网站在搜索引擎站的流量和用户访问量，从而中的排名搜索引擎作弊会损获得更多的商业利益害用户的体验，并且破坏搜索引擎的公平性反作弊3搜索引擎会采取各种反作弊策略，打击搜索引擎作弊行为反作弊策略包括算法调整、人工审核等常见的作弊手段关键词堆砌隐藏文本在网页中大量堆砌关键词，以提在网页中隐藏文本，例如使用与高关键词的密度关键词堆砌会背景颜色相同的字体颜色隐藏降低网页的可读性，并且会被搜文本是为了欺骗搜索引擎，并且索引擎惩罚会被搜索引擎惩罚链接农场加入链接农场，与其他网站互相链接链接农场的链接质量较低，并且会被搜索引擎惩罚搜索引擎的反作弊策略算法调整人工审核惩罚通过调整算法，降低作通过人工审核，发现和对作弊网站进行惩罚，弊网站的排名算法调惩罚作弊网站人工审例如降低排名、删除索整可以有效地打击搜索核可以有效地发现算法引等惩罚可以有效地引擎作弊行为难以识别的作弊行为遏制搜索引擎作弊行为搜索引擎的未来发展趋势人工智能语义搜索个性化搜索人工智能将会在搜索引擎中发挥越来越语义搜索是指能够理解用户查询意图的个性化搜索是指根据用户的兴趣和偏重要的作用人工智能可以提高搜索结搜索语义搜索可以提供更准确、更智好，提供个性化的搜索结果个性化搜果的准确性和相关性能的搜索结果索可以提高用户的满意度人工智能与搜索引擎自然语言处理机器学习深度学习自然语言处理可以帮助搜索引擎理解用机器学习可以帮助搜索引擎学习用户的深度学习可以用于构建更复杂的搜索引户的查询意图自然语言处理技术包括搜索行为，并且提高搜索结果的准确性擎模型，并且提高搜索结果的质量深分词、词性标注、语义分析等和相关性机器学习技术包括监督学度学习技术包括卷积神经网络、循环神习、无监督学习、强化学习等经网络等语义搜索知识图谱语义分析推理123知识图谱是一种结构化的知识表示语义分析是指对用户查询进行语义推理是指根据已知的知识，推断出方法，可以用于存储和表示实体之分析，理解查询的意图和含义语新的知识推理可以帮助搜索引擎间的关系知识图谱可以帮助搜索义分析可以帮助搜索引擎提供更相提供更全面的搜索结果引擎理解用户的查询意图，并且提关的搜索结果供更准确的搜索结果语音搜索语音识别自然语言处理语音合成语音识别是指将用户的语音转换成文自然语言处理是指对用户的查询进行语音合成是指将搜索引擎的搜索结果本语音识别是语音搜索的基础语义分析，理解查询的意图和含义转换成语音语音合成可以方便用户自然语言处理可以帮助搜索引擎提供在不方便看屏幕的情况下获取搜索结更相关的搜索结果果图像搜索图像识别物体检测图像相似度图像识别是指识别图像物体检测是指在图像中图像相似度是指计算两中的物体、场景和人检测出感兴趣的物体张图像的相似程度图物图像识别是图像搜物体检测可以帮助搜索像相似度可以帮助搜索索的基础引擎提供更准确的搜索引擎找到与用户上传的结果图像相似的图像视频搜索视频内容分析视频内容分析是指对视频的内容进行分析，例如识别视频中的物体、场景和人物视频内容分析可以帮助搜索引擎理解视频的内容视频语音识别视频语音识别是指将视频中的语音转换成文本视频语音识别可以帮助搜索引擎理解视频的内容视频推荐视频推荐是指根据用户的兴趣和偏好，向用户推荐相关的视频视频推荐可以提高用户的满意度知识图谱与搜索引擎信息组织语义理解推理能力知识图谱可以帮助搜索引擎更好地组织知识图谱可以帮助搜索引擎更好地理解知识图谱可以提高搜索引擎的推理能和管理互联网上的信息知识图谱可以用户的查询意图知识图谱可以提供更力知识图谱可以帮助搜索引擎提供更将互联网上的信息表示成结构化的知准确、更智能的搜索结果全面的搜索结果识，方便搜索引擎理解和利用垂直搜索引擎定义优点应用123垂直搜索引擎是指专注于特定领域垂直搜索引擎的优点是专业性强、常见的垂直搜索引擎包括医疗搜索或行业的搜索引擎垂直搜索引擎准确性高、用户体验好引擎、法律搜索引擎、购物搜索引可以提供更专业、更准确的搜索结擎等果移动搜索引擎移动优化语音搜索位置感知移动搜索引擎需要针对移动设备进行语音搜索在移动设备上越来越流行移动搜索引擎可以利用用户的地理位优化，例如优化网页加载速度、优化移动搜索引擎需要支持语音搜索功置信息，提供更相关的搜索结果例网页布局等能如，可以搜索附近的餐馆、商店等搜索引擎的商业模式广告收入数据服务技术服务广告收入是搜索引擎最主要的商业模式搜索引擎可以提供数据服务，例如提供关搜索引擎可以提供技术服务，例如提供搜搜索引擎通过展示广告，向广告主收取费键词研究工具、提供用户行为分析报告索引擎优化服务、提供搜索引擎营销服务用等数据服务可以帮助企业更好地了解用等技术服务可以帮助企业提高网站在搜户需求，并且提高营销效果索引擎中的排名，并且提高网站的流量和用户访问量广告收入模式竞价排名竞价排名是指广告主通过竞价，争夺搜索引擎的广告位竞价排名可以快速提高网站的曝光率，但成本也较高展示广告展示广告是指在搜索引擎的合作网站上投放广告展示广告可以提高网站的品牌知名度，但效果可能不如竞价排名联盟广告联盟广告是指与其他网站合作，互相展示广告联盟广告可以扩大广告的覆盖范围，但效果可能不如竞价排名和展示广告数据服务模式关键词研究用户行为分析行业报告提供关键词研究工具，帮助企业了解用提供用户行为分析报告，帮助企业了解提供行业报告，帮助企业了解行业发展户的搜索需求，并且选择合适的关键用户的搜索行为，并且提高营销效果趋势，并且制定合适的营销策略词技术服务模式搜索引擎优化搜索引擎营销12提供搜索引擎优化服务，帮助提供搜索引擎营销服务，帮助企业提高网站在搜索引擎中的企业通过购买搜索引擎的广告排名搜索引擎优化可以提高位，提高网站的曝光率搜索网站的流量和用户访问量引擎营销可以快速提高网站的流量和用户访问量技术咨询3提供技术咨询服务，帮助企业解决在搜索引擎应用中遇到的问题搜索引擎的社会影响信息传播搜索引擎加速了信息传播的速度，信息2可以在全球范围内快速传播信息获取1搜索引擎极大地提高了信息获取的便捷性，用户可以随时随地获取所需的信息知识普及搜索引擎促进了知识普及，用户可以通3过搜索引擎学习各种知识信息获取的便捷性随时随地快速高效信息丰富用户可以随时随地通过搜索引擎获取所搜索引擎可以快速高效地找到用户所需搜索引擎可以提供丰富的信息，满足用需的信息，不再受时间和空间的限制的信息，节省用户的时间和精力户不同的需求信息传播的加速新闻传播知识传播12搜索引擎加速了新闻传播的速搜索引擎促进了知识传播，用度，新闻事件可以在全球范围户可以通过搜索引擎学习各种内快速传播知识文化传播3搜索引擎促进了文化传播，用户可以通过搜索引擎了解不同的文化搜索引擎带来的挑战虚假信息1隐私泄露2信息茧房3搜索引擎也带来了一些挑战，例如虚假信息的传播、用户隐私的泄露、以及信息茧房的形成我们需要采取措施，应对这些挑战，充分发挥搜索引擎的积极作用，并且最大限度地减少其负面影响。