与Lucene 4.10配合的中文分词比较

比较目的

衡量每种分词的指标，内存消耗、CPU消耗，得到一个在Lucene中比较好的分词版本。

分词源代码介绍

• paoding： 庖丁解牛最新版在 https://code.google.com/p/paoding/ 中最多支持Lucene 3.0，且最新提交的代码在 2008-06-03，在svn中最新也是2010年提交，已经过时，不予考虑。

• mmseg4j：最新版已从 https://code.google.com/p/mmseg4j/ 移至 https://github.com/chenlb/mmseg4j-solr，支持Lucene 4.10，且在github中最新提交代码是2014年6月，从09年～14年一共有：18个版本，也就是一年几乎有3个大小版本，有较大的活跃度，用了mmseg算法。

• IK-analyzer： 最新版在https://code.google.com/p/ik-analyzer/上，支持Lucene 4.10从2006年12月推出1.0版开始， IKAnalyzer已经推出了4个大版本。最初，它是以开源项目Luence为应用主体的，结合词典分词和文法分析算法的中文分词组件。从3.0版本开 始，IK发展为面向Java的公用分词组件，独立于Lucene项目，同时提供了对Lucene的默认优化实现。在2012版本中，IK实现了简单的分词 歧义排除算法，标志着IK分词器从单纯的词典分词向模拟语义分词衍化。 但是也就是2012年12月后没有在更新。

• ansj_seg：最新版本在 https://github.com/NLPchina/ansj_seg tags仅有1.1版本，从2012年到2014年更新了大小6次，但是作者本人在2014年10月10日说明：“可能我以后没有精力来维护ansj_seg了”，现在由”nlp_china”管理。2014年11月有更新。并未说明是否支持Lucene，是一个由CRF（条件随机场）算法所做的分词算法。

• imdict-chinese-analyzer：最新版在 https://code.google.com/p/imdict-chinese-analyzer/ ， 最新更新也在2009年5月，下载源码，不支持Lucene 4.10 。是利用HMM（隐马尔科夫链）算法。

• Jcseg：最新版本在git.oschina.net/lionsoul/jcseg，支持Lucene 4.10，作者有较高的活跃度。利用mmseg算法。

测试环境：

Ubuntu 14.04 64位， 内存 32GB, CPU Intel® Core™ i7-4770K CPU @ 3.50GHz × 8

分词算法衡量指标及测试代码

 

黄金标准/Golden standard

评价一个分词器分词结果的好坏，必然要有一份“公认正确”的分词结果数据来作为参照。 SIGHAN（国际计算语言学会（ACL）中文语言处理小组）举办的国际中文语言处理竞赛Second International Chinese Word Segmentation Bakeoff（http://sighan.cs.uchicago.edu/bakeoff2005/）所提供的公开数据来评测，它包含了多个测试集以及对应的黄金标准分词结果。在所有分词器都使用同一标准来评测的情况下，也就会很公平，并不会影响到最终的结论，所以本文用此测评标准，并针对创建索引，做了些改动。

评价指标

• 精度（Precision）：精度表明了分词器分词的准确程度。

• 召回率（Recall）：召回率也可认为是“查全率”。

• F值（F-mesure）：F值综合反映整体的指标。

• 错误率（Error Rate --ER）(带选项)：分词器分词的错误程度。

公式

Tip

公式参数说明

N：黄金标准分割的单词数; e：分词器错误标注的单词数; c：分词器正确标注的单词数.

总结：P、R、F越大越好，ER越小越好。一个完美的分词器的P、R、F值均为1，ER值为0。

正确及错误标注的计数算法

要先计算出e和c，才能计算出各指标值。e和c是按如下算法来统计的： 在“黄金标准”和“待评测的结果”中，理论上，除了分词后添加的空格之外，它们所有的文字都是相同的；唯一的不同就在于那些有差异的分词结果的位置上。例如，“计算机 是个 好东西”（黄金标准）与“计算机 是 个 好东西”（待评测的结果）的差异就在于“是个”与“是 个”的差异，其余分词结果都是相同的。因此，只需要找到这种差异的个数，就可以统计出分词器正确标注了多少个词、错误标注了多少个词。为了完成测试指标，同时，对应Lucene的检索实际需要对黄金标准的 *_test_gold和分词结果做了如下改动：

• 去掉标点符号

• 统一对一些虚词作停词处理

• 没有分开句子，结果都是一个比较集。

统一的perl处理代码

#!/usr/bin/perl
if (@ARGV != 2) {
    print "No param which will be read!";
    exit;
}
open (FpStopDir, $ARGV[0]) or die "The stopping dictionary($ARGV[0]) cannot open!$!\n";

%dict = ();
while(<FpStopDir>){
    chop;
    s/^\s*//;#remove start space char
    s/\s*$//;#remove the space char in the end of string
    $dict{$_} = 1;
}

close(FpStopDir);

open(FpDeal, $ARGV[1]) or die "The file ($ARGV[1]) which will be dealed cannot open! $!\n";
my@DealedWord;
while (<FpDeal>){
    @Word = split /\s+/, $_;
    foreach $AWord(@Word){
        if(1 != $dict{$AWord}){
            print "$AWord ";
        }
    }
}
close(FpDeal);

Java测试代码

package com.hansight;

import org.apache.lucene.analysis.Analyzer;
import org.apache.lucene.analysis.TokenStream;
import org.apache.lucene.analysis.cjk.CJKAnalyzer;
import org.apache.lucene.analysis.core.SimpleAnalyzer;
import org.apache.lucene.analysis.standard.StandardAnalyzer;
import org.apache.lucene.analysis.tokenattributes.CharTermAttribute;
import org.lionsoul.jcseg.analyzer.JcsegAnalyzer4X;
import org.lionsoul.jcseg.core.*;
import org.wltea.analyzer.lucene.IKAnalyzer;
import com.chenlb.mmseg4j.analysis.ComplexAnalyzer;
import java.io.*;

public class TestChineseAnalyzer {
    private static int PER_TIME_READ_LEN = 1024;   //每次读入文件流长度

    private TestChineseAnalyzer() {}

    public static void printTerms(Analyzer analyzer, String content){
        try{
            TokenStream ts = analyzer.tokenStream("content",
                    new StringReader(content));
            CharTermAttribute term = ts.addAttribute(CharTermAttribute.class);
            ts.reset();

            StringBuffer buf = new StringBuffer();
            while (ts.incrementToken()) {
                buf.append(term.toString());
                buf.append(" ");
            }

            System.out.println(buf.toString());

            System.out.println(analyzer.getClass().getName() + " done\n");
        }catch (IOException ex){
            System.out.println("Segment word fail. " + ex.getMessage());
        }
    }

    public static void main(String[] args){
        if (0 == args.length){
            System.err.println("No Inputing param");
            System.exit(1);
        }

        try {
            FileInputStream in = new FileInputStream(new File(args[0]));
            byte[] perRead = new byte[PER_TIME_READ_LEN];

            String strContent = " ";
            int rst = in.read(perRead, 0, PER_TIME_READ_LEN);
            while (-1 != rst){
                strContent = strContent.concat(new String(perRead));
                rst = in.read(perRead, 0, PER_TIME_READ_LEN);
            }

            printTerms(new JcsegAnalyzer4X(JcsegTaskConfig.COMPLEX_MODE), strContent);
            printTerms(new IKAnalyzer(true), strContent);
            printTerms(new CJKAnalyzer(), strContent);
            printTerms(new SimpleAnalyzer(), strContent);
            printTerms(new StandardAnalyzer(), strContent);
            printTerms(new ComplexAnalyzer(), strContent);
        } catch (Exception ex) {
            ex.printStackTrace();
        }
    }
}

运行Java通过重定向到一个txt文件，再将彼此分开，如上所示，没有看过Lucene本身的分词的烂，所以自己也查看了一下，果然很烂。 通过对结果的处理(用上面的Perl脚本，统一对标准和对结果的处理)。再利用 黄金标准中的Perl评分脚本。

Table 1. 评分结果 测试标准集 测试算法 召回率 精度 F-值

msr	IK	0.660	0.708	0.683
Jcseg	0.766	0.757	0.761
mmseg4j	0.718	0.711	0.714
puk	IK	0.642	0.730	0.683
Jcseg	0.735	0.767	0.750
mmseg4j	0.694	0.720	0.707

Note

此结果并没有按照黄金标准正确用法来用（主要没有用黄金标准来训练，且评分本身是一句一句的评分，最后是综合得分。 而本文是所有内容一起评分，会有一定误差）。同时：现在的分词，比较而言更加智能，能将数量词等（一位，同志们）分在一起，是以前可能没能想过的。 虽然，有诸多误差，但是本文只是比较相对值，只要在统一的相对正确的标准下也就能达到效果了。

分词算法内存和cup测试

在一个大的语料库中，所有文档加入Lucene索引的时间，测试内存使用情况，就将索引建立在磁盘中； 若是测试CPU使用情况，就将所以建立的内存中减小IO读写对CPU的影响。利用VisualVM查看CPU利用率、内存利用率，得到他们的时间序列图。

Java程序如下

package com.hansight;

import org.apache.lucene.store.RAMDirectory;
import org.lionsoul.jcseg.analyzer.JcsegAnalyzer4X;
import com.chenlb.mmseg4j.analysis.ComplexAnalyzer;
import org.apache.lucene.document.*;
import org.apache.lucene.index.IndexWriter;
import org.apache.lucene.index.IndexWriterConfig;
import org.apache.lucene.index.Term;
import org.apache.lucene.store.Directory;
import org.apache.lucene.store.FSDirectory;
import org.apache.lucene.util.Version;
import org.lionsoul.jcseg.core.JcsegTaskConfig;
import org.wltea.analyzer.lucene.IKAnalyzer;
import java.io.*;
import java.nio.charset.StandardCharsets;


public class FileIndexTest {
    private FileIndexTest() {}

    private IndexWriterConfig conf = null;

    public FileIndexTest(IndexWriterConfig conf) {
        this.conf = conf;
    }

    public void indexFilesInDir(String docsPath, String indexPath, boolean createIfNotExists){
        final File docDir = new File(docsPath);
        if (!docDir.exists() || !docDir.canRead()) {
            System.out.println("Document directory '" +docDir.getAbsolutePath()+ "' does not exist or is not readable, please check the path");
            System.exit(1);
        }

        long start = System.currentTimeMillis();
        try {
            System.out.println("Indexing into directory '" + indexPath + "'...");

            Directory dir = null != indexPath ? FSDirectory.open(new File(indexPath)): new RAMDirectory();

            if (createIfNotExists) {
                conf.setOpenMode(IndexWriterConfig.OpenMode.CREATE);
            } else {
                conf.setOpenMode(IndexWriterConfig.OpenMode.CREATE_OR_APPEND);
            }

            IndexWriter writer = new IndexWriter(dir, conf);
            indexDocs(writer, docDir);

            writer.close();

            System.out.println(System.currentTimeMillis() - start + " total milliseconds");
        } catch (IOException ex) {
            ex.printStackTrace();
        }
    }

    public static void indexDocs(IndexWriter writer, File file) throws IOException {

        if (file.canRead()) {
            if (file.isDirectory()) {
                String[] files = file.list();

                if (files != null) {
                    for (int i = 0; i < files.length; i++) {
                        indexDocs(writer, new File(file, files[i]));
                    }
                }
            } else {
                FileInputStream fis;
                try {
                    fis = new FileInputStream(file);
                } catch (FileNotFoundException fnfe) {

                    return;
                }
                try {
                    Document doc = new Document();
                    Field pathField = new StringField("path", file.getPath(), Field.Store.YES);

                    doc.add(pathField);
                    doc.add(new LongField("modified", file.lastModified(), Field.Store.NO));
                    doc.add(new TextField("contents", new BufferedReader(new InputStreamReader(fis, StandardCharsets.UTF_8))));
                    if (writer.getConfig().getOpenMode() == IndexWriterConfig.OpenMode.CREATE) {
                        // New index, so we just add the document (no old document can be there):
                        System.out.println("adding " + file);
                        writer.addDocument(doc);
                    } else {

                        System.out.println("updating " + file);
                        writer.updateDocument(new Term("path", file.getPath()), doc);
                    }
                } finally {
                    fis.close();
                }
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        String usage = "java org.apache.lucene.demo.IndexFiles"
                + " [-index INDEX_PATH] [-docs DOCS_PATH] [-update]\n\n"
                + "This indexes the documents in DOCS_PATH, creating a Lucene index"
                + "in INDEX_PATH that can be searched with SearchFiles";
        String indexPath = null;
        String docsPath = null;
        boolean create = true;
        for (int i = 0; i < args.length; i++) {
            if ("-index".equals(args[i])) {
                indexPath = args[i + 1];
                i++;
            } else if ("-docs".equals(args[i])) {
                docsPath = args[i + 1];
                i++;
            } else if ("-update".equals(args[i])) {
                create = false;
            }
        }
        if (docsPath == null) {
            System.err.println("Usage: " + usage);
            System.exit(1);
        }

        /*IKAnalyzer*/
        FileIndexTest test = new FileIndexTest(new IndexWriterConfig(Version.LUCENE_4_10_2, new IKAnalyzer()));
        test.indexFilesInDir(docsPath, indexPath, create);
        /*Jcseg*/
        FileIndexTest test1 = new FileIndexTest(new IndexWriterConfig(Version.LUCENE_4_10_2, new JcsegAnalyzer4X(JcsegTaskConfig.COMPLEX_MODE)));
        test1.indexFilesInDir(docsPath, indexPath, create);

        /*mmseg*/
        FileIndexTest test2 = new FileIndexTest(new IndexWriterConfig(Version.LUCENE_4_10_2, new ComplexAnalyzer()));
        test2.indexFilesInDir(docsPath, indexPath, create);
    }
}

如上所示：IK-analyzer、Jcseg、mmseg4j都是用统一接口，测试，就将其他两个给注释掉。 同时：当测试内存消耗量时， 我们需要将索引建立在磁盘中测试jar包的命令例子如下:

java -jar indexFile.jar -docs ~/resource/ -index ~/index/

当测试CPU消耗时，我们尽量减小IO的消耗，那么可以将索引建立在内存中，测试jar包的命令例子如下:

java -jar indexFile.jar -docs ~/resource/s

得到如下面所有图所示的结果：

Figure 1. IK-Analyzer分词消耗内存

 

Figure 2. Jcseg分词消耗内存

 

Figure 3. mmseg4j分词消耗内存

 

Figure 4. IK-Analyzer分词CPU使用率

 

Figure 5. Jcseg分词CPU使用率

 

Figure 6. mmseg4j分词CPU使用率

从几个指标对比来看：IK-analyzer的准确度稍差，Jcseg的时间消耗稍差

时间消耗上：在索引创建1,003,057 items, totalling 2.8 GB的文件:

将其索引放入磁盘
Jcseg + Lucene建索引消耗：            516971 total milliseconds
mmseg4j + Lucene建索引消耗：          256805 total milliseconds
IK-Analyzer + Lucene建索引消耗：      445591 total milliseconds
Standard + Lucene建索引消耗：         184717 total milliseconds 内存消耗最大不过650M多 CPU消耗减小不大 （磁盘数据仅仅增加0.2G～0.3G左右）

将索引放在内存中
Jcseg + Lucene 建索引消耗：       510146 total milliseconds
mmseg4j + Lucene建索引消耗：      262682 total milliseconds
IK-Analyzer + Lucene建索引消耗：  436900 total milliseconds
Standard + Lucene建索引消耗：     183271 total milliseconds CUP的高峰值频率明显增多

综上所有因素：

• 准确率为：Jcseg > mmseg4j > IK-Analyzer。

• 内存消耗和CPU使用率上，几个都在一个数量级上，很难分出胜负。

• 但是在时间消耗上明显mmseg4j的优势非常突出。

• 从活跃度来看，mmseg4j的活跃度也是非常可喜的。