JavaScript: 实现简单的中文分词
中文分词在大数据横行的今天是越来越有用武之地了。它不仅被广泛用于专业的中文搜索引擎中，而且在关键词屏蔽、黑白名单以及文本相似度等方面也能大显身手。中文分词最简单也最常用的方式是基于字典查找的方式，通过遍历待分词字符串并在字典中进行查找匹配以达到分词的目的。本文即是采用这种方式。
字典
在本文中，完全依赖于字典，因此需要准备好字典。一般面对不同的领域用不同的字典。比如面向医学的，则字典会添加许多医学术语方面的词。可以很容易的找到常用词的字典，比如搜狗输入法自带的字典等。
停止词
停止词不能用于成词。停止词主要包括无意义的字符(如的、地、得)或词。
常规实现
本文由于只是简单的介绍和实现，所以定义好了简单的字典和停止词，如下代码所示：
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<meta charset="utf-8">
<title>简单的中文分词</title>
<meta name="author" content="" />
<meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=7" />
<meta name="keywords" content="简单的中文分词" />
<meta name="description" content="简单的中文分词" />
</head>
<body>
<script type="text/javascript">
// 字典
var dict = {
"家乡" : 1,
"松花" : 1,
"松花江" : 1,
"那里" : 1,
"四季" : 1,
"四季迷人" : 1,
"迷人" : 1,
"花香" : 1
};
// 停止词
var stop = {
"的" : 1
};
// 待分词的字符串
var words = "我的家乡在松花江边上，那里有四季迷人的花香。";
</script>
</body>
</html>
dict和stop之所以定义为Object，是因为这样可令查找的时间复杂度为常值O(1)。分词的过程有点像正则表达式的惰性匹配。先从words中读取第一个字符"我"并在dict中和stop中查找，如果是停止词，则丢掉已读取的，然后读取第二个字"的"。如果在dict中，则添加到结果集，然后继续读到下一个，再同样去stop和dict中查找，直到处理完成。代码如下：
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<meta charset="utf-8">
<title>简单的中文分词</title>
<meta name="author" content="" />
<meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=7" />
<meta name="keywords" content="简单的中文分词" />
<meta name="description" content="简单的中文分词" />
</head>
<body>
<script type="text/javascript">
// 字典
var dict = {
"家乡" : 1,
"松花" : 1,
"松花江" : 1,
"那里" : 1,
"四季" : 1,
"四季迷人" : 1,
"迷人" : 1,
"花香" : 1
};
// 停止词
var stop = {
"的" : 1
};
// 待分词的字符串
var words = "我的家乡在松花江边上，那里有四季迷人的花香。";
function splitWords(words) {
var start = 0, end = words.length - 1, result = [];
while (start != end) {
var str = [];
for (var i = start; i <= end; i++) {
var s = words.substring(i, i + 1);
// 如果是停止词，则跳过
if (s in stop) {
break;
}
str.push(s);
// 如果在字典中，则添加到分词结果集
if (str.join('') in dict) {
result.push(str.join(''));
}
}
start++;
}
return result;
}
console.group("Base 分词: ");
console.log("待分词的字符串: ", words);
console.log("分词结果: ", splitWords(words));
console.groupEnd();
</script>
</body>
</html>
Trie树实现
但是想一下，在实际应用中，字典可能包含了足够多的词，而且字典中很多词是有共同前缀的。比如上述代码中的"松花"和"松花江"就有共同的前缀"松花"，存储重复的前缀将导致字典占用大量的内存，而这部分其实是可以优化的。还记得我之前的一篇介绍Trie树的文章吗？如果您忘了，那请看：Python: Trie树实现字典排序 。事实上还是有不同之处的，因为之前只是针对26个字母的Trie树。对于需要支持中文的Trie树来说，如果直接用一个字符(这个字符可能是ASCII码字符，也可能是中文字符或其它多字节字符)来表示一个节点，则是不可取的。大家知道最常用的汉字有将近一万个，如果每一个节点都要用一个数组来保存将近一万个子节点，那就太吓人了。所以我这里选择Object的方式来保存，这样的好处是查找时间复杂度为O(1)。但即使这样，这个Object还将容纳将近一万个key，所以我这里将结合另外一种方案来实现。
JavaScript的内码是Unicode，它用1~2个字节来存储。如果我们将一个双字节转成UTF8的三个字节(嗯，是的。本文只考虑UTF8的单字节和三字节，因为双字节、四字节、五字节和六字节太少见了)，单字节还是不变，以第一个字节为起始节点，那么节点的子节点数就变成了固定的256个，然后我们通过起始字节的大小可以知道这是一个单字节或三字节。这种方式有效的节约了内存。接下来是实现代码：
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<meta charset="utf-8">
<title>简单的中文分词</title>
<meta name="author" content="" />
<meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=7" />
<meta name="keywords" content="简单的中文分词" />
<meta name="description" content="简单的中文分词" />
</head>
<body>
<script type="text/javascript">
// 字典
var dict = [
"家乡",
"松花",
"松花江",
"那里",
"四季",
"四季迷人",
"迷人",
"花香",
"hello",
"kitty",
"fine"
];
// 停止词
var stop = {
"的" : 1
};
// 待分词的字符串
var words = "hello, kitty!我的家乡在松花江边上，那里有四季迷人的花香。fine~";
// Trie树
function Trie() {
this.root = new Node(null);
}
Trie.prototype = {
/**
* 将Unicode转成UTF8的三字节
*/
toBytes : function(word) {
var result = [];
for (var i = 0; i < word.length; i++) {
var code = word.charCodeAt(i);
// 单字节
if (code < 0x80) {
result.push(code);
} else {
// 三字节
result = result.concat(this.toUTF8(code));
}
}
return result;
},
toUTF8 : function(c) {
// 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
// 1110xxxx
var byte1 = 0xE0 | ((c >> 12) & 0x0F);
// 10xxxxxx
var byte2 = 0x80 | ((c >> 6) & 0x3F);
// 10xxxxxx
var byte3 = 0x80 | (c & 0x3F);
return [byte1, byte2, byte3];
},
toUTF16 : function(b1, b2, b3) {
// 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
var byte1 = (b1 << 4) | ((b2 >> 2) & 0x0F);
var byte2 = ((b2 & 0x03) << 6) | (b3 & 0x3F);
var utf16 = ((byte1 & 0x00FF) << 8) | byte2
return utf16;
},
/**
* 添加每个词到Trie树
*/
add : function(word) {
var node = this.root, bytes = this.toBytes(word), len = bytes.length;
for (var i = 0; i < len; i++) {
var c = bytes[i];
// 如果不存在则添加，否则不需要再保存了，因为共用前缀
if (!(c in node.childs)) {
node.childs[c] = new Node(c);
}
node = node.childs[c];
}
node.asWord(); // 成词边界
},
/**
* 按字节在Trie树中搜索
*/
search : function(bytes) {
var node = this.root, len = bytes.length, result = [];
var word = [], j = 0;
for (var i = 0; i < len; i++) {
var c = bytes[i], childs = node.childs;
if (!(c in childs)) {
return result;
}
if (c < 0x80) {
word.push(String.fromCharCode(c));
} else {
j++;
if (j % 3 == 0) {
var b1 = bytes[i - 2];
var b2 = bytes[i - 1];
var b3 = c;
word.push(String.fromCharCode(this.toUTF16(b1, b2, b3)));
}
}
// 如果是停止词，则退出
if (word.join('') in stop) {
return result;
}
// 成词
var cnode = childs[c];
if (cnode.isWord()) {
result.push(word.join(''));
}
node = cnode;
}
return result;
},
/**
* 分词
*/
splitWords : function(words) {
// 转换成单字节进行搜索
var bytes = this.toBytes(words);
var start = 0, end = bytes.length - 1, result = [];
while (start != end) {
var word = [];
for (var i = start; i <= end; i++) {
var b = bytes[i]; // 逐个取出字节
word.push(b);
var finds = this.search(word);
if (finds !== false && finds.length > 0) {
// 如果在字典中，则添加到分词结果集
result = result.concat(finds);
break;
}
}
start++;
}
return result;
},
/**
* 词始化整棵Trie树
*/
init : function(dict) {
for (var i = 0; i < dict.length; i++) {
this.add(dict[i]);
}
}
};
// 节点
function Node(_byte) {
this.childs = {}; // 子节点集合
this._byte = _byte || null; // 此节点上存储的字节
this._isWord = false; // 边界保存，表示是否可以组成一个词
}
Node.prototype = {
isWord : function() {
return this._isWord;
},
asWord : function() {
this._isWord = true;
}
};
var trie = new Trie();
trie.init(dict);
var result = trie.splitWords(words);
console.group("Trie 分词: ");
console.log("待分词的字符串: ", words);
console.log("分词结果: ", result);
console.groupEnd();
</script>
</body>
</html>
各位看了输出结果后就会发现，这个分词是有问题的，因为明显少了"松花江"和"四季迷人"。拿"四季"和"四季迷人"来说，"四季"是"四季迷人"的前缀，在通过trie.isWrod()方法来判断是否成词时，一遇到"四季"就成功了，所以"四季迷人"没有机会得到判断，所以我们需要修改代码，在Node上加一个属性，表示已判断的次数。代码如下：
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<meta charset="utf-8">
<title>简单的中文分词</title>
<meta name="author" content="" />
<meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=7" />
<meta name="keywords" content="简单的中文分词" />
<meta name="description" content="简单的中文分词" />
</head>
<body>
<script type="text/javascript">
// 字典
var dict = [
"家乡",
"松花",
"松花江",
"那里",
"四季",
"四季迷人",
"迷人",
"花香",
"hello",
"kitty",
"fine"
];
// 停止词
var stop = {
"的" : 1
};
// 待分词的字符串
var words = "hello, kitty!我的家乡在松花江边上，那里有四季迷人的花香。fine~";
// Trie树
function Trie() {
this.root = new Node(null);
}
Trie.prototype = {
/**
* 将Unicode转成UTF8的三字节
*/
toBytes : function(word) {
var result = [];
for (var i = 0; i < word.length; i++) {
var code = word.charCodeAt(i);
// 单字节
if (code < 0x80) {
result.push(code);
} else {
// 三字节
result = result.concat(this.toUTF8(code));
}
}
return result;
},
toUTF8 : function(c) {
// 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
// 1110xxxx
var byte1 = 0xE0 | ((c >> 12) & 0x0F);
// 10xxxxxx
var byte2 = 0x80 | ((c >> 6) & 0x3F);
// 10xxxxxx
var byte3 = 0x80 | (c & 0x3F);
return [byte1, byte2, byte3];
},
toUTF16 : function(b1, b2, b3) {
// 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
var byte1 = (b1 << 4) | ((b2 >> 2) & 0x0F);
var byte2 = ((b2 & 0x03) << 6) | (b3 & 0x3F);
var utf16 = ((byte1 & 0x00FF) << 8) | byte2
return utf16;
},
/**
* 添加每个词到Trie树
*/
add : function(word) {
var node = this.root, bytes = this.toBytes(word), len = bytes.length;
for (var i = 0; i < len; i++) {
var c = bytes[i];
// 如果不存在则添加，否则不需要再保存了，因为共用前缀
if (!(c in node.childs)) {
node.childs[c] = new Node(c);
}
node = node.childs[c];
}
node.asWord(); // 成词边界
},
/**
* 按字节在Trie树中搜索
*/
search : function(bytes) {
var node = this.root, len = bytes.length, result = [];
var word = [], j = 0;
for (var i = 0; i < len; i++) {
var c = bytes[i], childs = node.childs;
if (!(c in childs)) {
return result;
}
if (c < 0x80) {
word.push(String.fromCharCode(c));
} else {
j++;
if (j % 3 == 0) {
var b1 = bytes[i - 2];
var b2 = bytes[i - 1];
var b3 = c;
word.push(String.fromCharCode(this.toUTF16(b1, b2, b3)));
}
}
// 如果是停止词，则退出
if (word.join('') in stop) {
return result;
}
// 成词
var cnode = childs[c];
if (cnode.isWord()) {
cnode.addCount(); // 用于计数判断
result.push(word.join(''));
}
node = cnode;
}
return result;
},
/**
* 分词
*/
splitWords : function(words) {
// 转换成单字节进行搜索
var bytes = this.toBytes(words);
var start = 0, end = bytes.length - 1, result = [];
while (start != end) {
var word = [];
for (var i = start; i <= end; i++) {
var b = bytes[i]; // 逐个取出字节
word.push(b);
var finds = this.search(word);
if (finds !== false && finds.length > 0) {
// 如果在字典中，则添加到分词结果集
result = result.concat(finds);
}
}
start++;
}
return result;
},
/**
* 词始化整棵Trie树
*/
init : function(dict) {
for (var i = 0; i < dict.length; i++) {
this.add(dict[i]);
}
}
};
// 节点
function Node(_byte) {
this.childs = {}; // 子节点集合
this._byte = _byte || null; // 此节点上存储的字节
this._isWord = false; // 边界保存，表示是否可以组成一个词
this._count = 0;
}
Node.prototype = {
isWord : function() {
return (this._isWord && (this._count == 0));
},
asWord : function() {
this._isWord = true;
},
addCount : function() {
this._count++;
},
getCount : function() {
return this._count;
}
};
var trie = new Trie();
trie.init(dict);
var result = trie.splitWords(words);
console.group("Trie 分词: ");
console.log("待分词的字符串: ", words);
console.log("分词结果: ", result);
console.groupEnd();
</script>
</body>
</html>
结束语
现在已经能正确的分词了，即使有相同的前缀也没有问题。我上面分词用到的Trie树称为标准Trie树，这种标准Trie树比较直观。对于需要存储中文的Trie树，也有很多是用数组的方式实现的，比如双数组Trie树(Double Array Trie，简称DAT)、三数组Trie树等，有兴趣的朋友可以去了解一下。
本文只是简单的实现了中文分词，还有很多不足的地方。比如没有考虑未登录词的自动成词，人名、岐义等等。但对于一般的如关键词屏蔽和计算文本相似度等应用已经足够了。