深度探索 Elasticsearch 8.X：function_score 参数解读与实战案例分析-51CTO.COM

在 Elasticsearch 中，function_score 可以让我们在查询的同时对搜索结果进行自定义评分。

function_score 提供了一系列的参数和函数让我们可以根据需求灵活地进行设置。

近期有同学反馈，function_score 的相关参数不好理解，本文将深入探讨 function_score 的核心参数和函数。

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1、function_score 函数的用途及适用场景

Elasticsearch 的 function_score 查询是一种强大的工具，它可以允许我们修改文档的基本的相关评分，让我们在特定的应用场景下获得更好的搜索结果。

这个功能通过提供了一组内置函数（如 script_score, weight, random_score, field_value_factor, decay functions等），以及一系列参数（如boost_mode和score_mode等）来实现。

以下是一些 function_score 可以应用的场景：

1.1 用户偏好场景

如果需要了解用户的兴趣或者行为，我们可以使用 function_score 来提升用户可能感兴趣的结果。

比如在推荐系统中，如果我们已知道用户喜欢某个作者的文章，可以提升这个作者的文章的得分。

比如最近火热的“罗刹海市”就被网易云音乐推荐到最前面。

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1.2 随机抽样场景

如果我们需要从一个大的数据集中随机抽样，可以使用 random_score 函数。

这个函数会给每个文档生成一个随机得分，从而让我们能够得到随机的搜索结果。

1.3 时间敏感的查询场景

对于一些时间敏感的数据，比如新闻、博客文章或者论坛帖子，新的文档通常比旧的文档更相关。

在这种情况下，我们可以使用 decay functions（衰减函数）来降低旧的文档的得分。

1.4 地理位置敏感的查询场景

如果我们的应用关心地理位置，比如房地产或者旅游相关的应用。

可以使用 decay functions （衰减函数）来提升接近某个地理位置的文档的得分。

1.5 特定字段影响场景

如果我们的文档有一些字段值可以影响相关度评分，可以使用 field_value_factor （字段值因子）函数。

比如在电商场景，一个商品的销量、评分或者评论数量可能会影响搜索结果的排序。

总的来说，function_score 提供了一种灵活的方式来满足各种复杂的相关度评分需求。

2、function_score 参数介绍

2.1 boost_mode 参数

boost_mode 决定了如何将查询得分和函数得分进行组合。

可接受的参数有：

boost_mode	描述
multiply	查询得分和函数得分相乘（默认值）
sum	查询得分和函数得分相加
avg	查询得分和函数得分的平均值
first	仅仅使用函数得分
max	查询得分和函数得分中的最大值
min	查询得分和函数得分中的最小值
replace	完全替换查询得分，只使用函数得分

2.2 score_mode

score_mode 决定了如何处理多个函数的分数。

可接受的参数有：

score_mode	描述
multiply	各个函数得分相乘
sum	各个函数得分相加（默认值）
avg	各个函数得分的平均值
first	仅仅使用第一个函数的得分
max	各个函数得分中的最大值
min	各个函数得分中的最小值

2.3 提供的函数

function_score 提供了多种函数类型来进行自定义评分：

Score Function	描述
script_score	用脚本计算得分
weight	简单地修改查询得分，不考虑字段值
random_score	生成随机得分
field_value_factor	使用字段值进行计算得分
decay functions	衰减函数，根据字段值的距离计算得分，越近得分越高

3、function_score 使用实战解读

3.1 构造数据

为了帮助大家更好地理解，我们将创建一个简单的索引，插入一些文档，并对它们执行 function_score 查询。

假设我们有一个名为 articles 的索引，里面存储了一些博客文章的数据，包括作者(author)，标题(title)，内容(content)，以及这篇文章的喜欢数量(likes)。

首先，创建索引并添加一些文档：

PUT /articles
{
  "mappings": {
    "properties": {
      "title": { "type": "text" },
      "author": { "type": "text" },
      "content": { "type": "text" },
      "likes": { "type": "integer" }
    }
  }
}


POST /_bulk
{ "index" : { "_index" : "articles", "_id" : "1" } }
{ "title": "Elasticsearch Basics", "author": "John Doe", "content": "This article introduces the basics of Elasticsearch.", "likes": 100 }
{ "index" : { "_index" : "articles", "_id" : "2" } }
{ "title": "Advanced Elasticsearch", "author": "Jane Doe", "content": "This article covers advanced topics in Elasticsearch.", "likes": 500 }
{ "index" : { "_index" : "articles", "_id" : "3" } }
{ "title": "Elasticsearch Function Score Query", "author": "John Doe", "content": "This article discusses the function_score query in Elasticsearch.", "likes": 250 }

现在我们有了一些文档，让我们对它们执行 function_score 查询。

3.2 使用 script_score 函数实现基于 'likes' 字段的对数加权排序

GET /articles/_search
{
  "query": {
    "function_score": {
      "query": {
        "match_all": {}
      },
      "boost": "5",
      "functions": [
        {
          "script_score": {
            "script": {
              "source": "Math.log(1 + doc['likes'].value)"
            }
          }
        }
      ],
      "boost_mode": "multiply"
    }
  }
}

上述查询使用了 Elasticsearch 的 function_score 查询。

它首先对 "articles" 索引中的所有文档进行匹配（使用 match_all 查询），然后使用一个脚本函数（script_score），该脚本会计算每个文档的 "likes" 字段的自然对数值加一（Math.log(1 + doc['likes'].value)），然后把这个得分与原始查询得分相乘（由于 boost_mode 被设为了 "multiply"），最终的得分再乘以5（由于 boost 被设为了 "5"）。这种查询用于根据 "likes" 字段对结果进行加权排序。

执行结果如下：

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3.3 使用 random_score 生成基于 'likes' 字段的全随机结果查询

GET /articles/_search
{
  "query": {
    "function_score": {
      "query": { 
        "match_all": {} 
      },
      "functions": [
        {
          "random_score": {
            "field": "likes"
          }
        }
      ],
      "boost_mode": "replace"
    }
  }
}

上述查询使用 Elasticsearch 的 function_score 查询，并配合使用 random_score 函数。random_score 函数根据 "likes" 字段的值生成一个随机分数。

重要的是，由于没有提供一个固定的种子（seed），所以每次执行这个查询都会返回一个全新的随机排序结果。

match_all 是基础查询，用来匹配所有文档。然后 random_score 函数基于 "likes" 字段值生成随机分数。

boost_mode 设为 "replace" 表示忽略基础查询的分数，完全使用 random_score 函数的分数作为最终结果。所以，这个查询会在每次执行时都返回全新的随机排序结果。

执行结果如下图所示：

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3.4 field_value_factor 函数根据某个字段的值来修改_score

这对于一些字段很有用，比如"likes"：一篇有很多"likes"的文章可能比"likes"少的文章更相关。

示例如下：

GET /articles/_search
{
  "query": {
    "function_score": {
      "query": {
        "match": {
          "content": "Elasticsearch"
        }
      },
      "functions": [
        {
          "field_value_factor": {
            "field": "likes",
            "factor": 1.2,
            "modifier": "sqrt",
            "missing": 1
          }
        }
      ],
      "boost_mode": "multiply"
    }
  }
}

在这个查询中：

"match": { "content": "Elasticsearch" }

表示基础查询是在 "content" 字段中匹配包含 "Elasticsearch" 的文章。

field_value_factor

函数用来基于 "likes" 字段的值调整查询得分。它首先取 "likes" 字段的值，如果文档没有 "likes" 字段或者该字段的值为空，那么将使用 "missing" 参数指定的默认值1。然后，它将取得的值乘以 "factor" 参数指定的因子1.2。最后，它将结果进行 "modifier" 参数指定的平方根运算（"sqrt"）。

boost_mode

参数设置为 "multiply"，这表示将基础查询的得分和 field_value_factor 函数计算得出的得分相乘，以得到最终的文档得分。

所以，这个查询会返回包含 "Elasticsearch" 的文章，并且文章的得分会根据 "likes" 字段的值进行调整，"likes" 值越高的文章，得分也会越高。

执行结果如下：

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3.5 decay functions 根据某个字段的值的距离来调整_score。

如果值接近某个中心点，得分就会更高。这对于日期或地理位置字段特别有用。

Elasticsearch 提供了三种衰减函数：线性（linear）、指数（exp）、和高斯（gauss）。

以下是使用 gauss 函数的一个示例：

GET /articles/_search
{
  "query": {
    "function_score": {
      "query": {
        "match": {
          "content": "Elasticsearch"
        }
      },
      "functions": [
        {
          "gauss": {
            "likes": {
              "origin": "100",
              "scale": "20",
              "offset": "0",
              "decay": 0.5
            }
          }
        }
      ],
      "boost_mode": "multiply"
    }
  }
}

上述执行可概括为：使用 function_score 和 gauss 函数对含有 'Elasticsearch' 的文章进行基于 'likes' 字段的高斯衰减得分调整"。

在这个查询中：

"match": { "content": "Elasticsearch" }

表示基础查询是在 "content" 字段中匹配包含 "Elasticsearch" 的文章。

gauss

函数则是用来对 "likes" 字段的值进行高斯衰减处理。

其中，

参数	值	描述
origin	100	期望的中心点，即 "likes" 字段的最理想值
scale	20	表示衰减的速度，也就是距离 "origin" 值多远时，得分会衰减到原始得分的一半
offset	0	表示在距离 "origin" 多少的范围内不进行衰减
decay	0.5	表示当距离超过了 "scale" 之后，得分会以多快的速度衰减，例如 0.5 表示超过 "scale" 距离后，得分会衰减到原始得分的一半

boost_mode

参数设置为 "multiply"，这表示将基础查询的得分和 gauss 函数计算得出的得分相乘，以得到最终的文档得分。

所以，这个查询会返回包含 "Elasticsearch" 的文章，并且文章的得分会根据 "likes" 字段的值进行高斯衰减处理，"likes" 值越接近100的文章，得分也会越高。

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4、小结

在深入了解 Elasticsearch 的 function_score 后，我们可以明显感受到其在搜索应用中的强大作用。无论是基于特定字段值的排序，还是利用自定义脚本微调搜索结果，function_score 都能发挥其出色的性能。

尽管 function_score 的参数和选项多样，初看可能会觉得复杂，但只需理解各参数的含义和作用，我们就能根据需求灵活运用。实际案例中，我们使用了 script_score、field_value_factor、random_score 和 decay functions 等函数，演示了如何通过 function_score 满足复杂的搜索需求。

但是，我们也必须注意，在使用 function_score 时，要慎重考虑性能问题，因为复杂的函数和脚本可能占用大量计算资源。在实际应用中，我们应始终关注这一点，以维护良好的系统性能。

此外，随着数据和用户行为的不断变化，我们需要持续观察、学习和调整搜索策略，以不断提升用户体验。在这个过程中，function_score 将是我们强有力的工具。

总的来说，Elasticsearch 的 function_score 是一个强大而灵活的工具，只要我们深入了解并恰当使用，就能够挖掘其巨大的潜力，提升我们的搜索应用性能和用户体验。