文本去重的技术方案讨论（一）

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对于文本去重来说，我个人处理上会从数据量、文本特征、文本长度（短文本、长文本）几个方向考虑。
常见的去重任务，如网页去重，帖子去重，评论去重等等。
好的去重任务是不仅比对文本的相似性，还要比对语义上的相似性。

下面我们来介绍下文本去重的方案。

1.传统签名算法与文本完整性判断

一、传统签名算法与文本完整性判断
问题抛出：
（1）运维上线一个bin文件，将文件分发到4台线上机器上，如何判断bin文件全部是一致的？
（2）用户A将消息msg发送给用户B，用户B如何判断收到的msg_t就是用户A发送的msg？

思路：

一个字节一个字节的比对两个大文件或者大网页效率低，我们可以用一个签名值（例如md5值）代表一个大文件，签名值相同则认为大文件相同（先不考虑冲突率）

回答：

（1）将bin文件取md5，将4台线上机器上的bin文件也取md5，如果5个md5值相同，说明一致

（2）用户A将msg以及消息的md5同时发送给用户B，用户B收到msg_t后也取md5，得到的值与用户A发送过来的md5值如果相同，则说明msg_t与msg相同

结论： md5是一种签名算法，常用来判断数据的完整性与一致性

md5设计原则： 两个文本哪怕只有1个bit不同，其md5签名值差别也会非常大，故它只适用于“完整性”check，不适用于“相似性”check。

新问题抛出：

有没有一种签名算法，如果文本非常相似，签名值也非常相似呢？
此方法来源于网络，我认为很好，故直接引用了，作为开篇，如有侵权，可随时与我联系。

simhash

在这里插入图片描述
simhash是google用来处理海量文本去重的算法。 google出品，你懂的。 simhash最牛逼的一点就是将一个文档，最后转换成一个64位的字节，暂且称之为特征字，然后判断重复只需要判断他们的特征字的距离是不是<n（根据经验这个n一般取值为3），就可以判断两个文档是否相似。

原理

simhash值的生成图解如下
在这里插入图片描述
概花三分钟看懂这个图就差不多怎么实现这个simhash算法了。特别简单。谷歌出品嘛，简单实用。

1、分词，把需要判断文本分词形成这个文章的特征单词。最后形成去掉噪音词的单词序列并为每个词加上权重，我们假设权重分为5个级别（1~5）。比如：“
美国“51区”雇员称内部有9架飞碟，曾看见灰色外星人 ” ==> 分词后为 “ 美国（4） 51区（5）雇员（3）称（1）内部（2）
有（1） 9架（3）飞碟（5）曾（1）看见（3）灰色（4）外星人（5）”，括号里是代表单词在整个句子里重要程度，数字越大越重要。
2、hash，通过hash算法把每个词变成hash值，比如“美国”通过hash算法计算为 100101,“51区”通过hash算法计算为
101011。这样我们的字符串就变成了一串串数字，还记得文章开头说过的吗，要把文章变为数字计算才能提高相似度计算性能，现在是降维过程进行时。
3、加权，通过 2步骤的hash生成结果，需要按照单词的权重形成加权数字串，比如“美国”的hash值为“100101”，通过加权计算为“4
-4 -4 4 -4 4”；“51区”的hash值为“101011”，通过加权计算为 “ 5 -5 5 -5 5 5”。
4、合并，把上面各个单词算出来的序列值累加，变成只有一个序列串。比如 “美国”的 “4 -4 -4 4 -4 4”，“51区”的 “ 5
-5 5 -5 5 5”，把每一位进行累加， “4+5 -4±5 -4+5 4±5 -4+5 4+5” ==》 “9 -9 1 -1 1 9”。这里作为示例只算了两个单词的，真实计算需要把所有单词的序列串累加。
5、降维，把4步算出来的 “9 -9 1 -1 1 9” 变成 0 1 串，形成我们最终的simhash签名。如果每一位大于0 记为1，小于0 记为 0。最后算出结果为：“1 0 1 0 1 1”。
整个过程图为：

在这里插入图片描述
到此，如何从一个doc到一个simhash值的过程已经讲明白了。

大家可能会有疑问，经过这么多步骤搞这么麻烦，不就是为了得到个 0 1 字符串吗？我直接把这个文本作为字符串输入，用hash函数生成 0 1 值更简单。其实不是这样的，传统hash函数解决的是生成唯一值，比如 md5、hashmap等。md5是用于生成唯一签名串，只要稍微多加一个字符md5的两个数字看起来相差甚远；hashmap也是用于键值对查找，便于快速插入和查找的数据结构。不过我们主要解决的是文本相似度计算，要比较的是两个文章是否相识，当然我们降维生成了hashcode也是用于这个目的。看到这里估计大家就明白了，我们使用的simhash就算把文章中的字符串变成 01 串也还是可以用于计算相似度的，而传统的hashcode却不行。我们可以来做个测试，两个相差只有一个字符的文本串，“你妈妈喊你回家吃饭哦，回家罗回家罗” 和 “你妈妈叫你回家吃饭啦，回家罗回家罗”。

通过simhash计算结果为：

10000100101011011111111000001010110100010011111000010010110010111000010010101101011111100000101011010001001111100001101010001011

通过 hashcode计算为：

11111111111111111111111111111111100010000011001101001110110111101010010001111111110010110011101

大家可以看得出来，相似的文本只有部分 01 串变化了，而普通的hashcode却不能做到，这个就是局部敏感哈希的魅力。目前Broder提出的shingling算法和Charikar的simhash算法应该算是业界公认比较好的算法。在simhash的发明人Charikar的论文中并没有给出具体的simhash算法和证明，量子图灵”得出的证明simhash是由随机超平面hash算法演变而来的。

下面是关于【海明距离】
二进制串A 和二进制串B 的海明距离就是 A xor B 后二进制中1的个数。
举例如下：

>     A = 100111;
>     B = 101010;
>     hamming_distance(A, B) = count_1(A xor B) = count_1(001101) = 3;

当我们算出所有doc的simhash值之后，需要计算doc A和doc B之间是否相似的条件是：

A和B的海明距离是否小于等于n，这个n值根据经验一般取值为3,

simhash本质上是局部敏感性的hash，和md5之类的不一样。正因为它的局部敏感性，所以我们可以使用海明距离来衡量simhash值的相似度。

simhash是由 Charikar 在2002年提出来的，参考《Similarity estimation techniques from rounding algorithms》。

通过这样的转换，我们把库里的文本都转换为simhash 代码，并转换为long类型存储，空间大大减少。现在我们虽然解决了空间，但是如何计算两个simhash的相似度呢？难道是比较两个simhash的01有多少个不同吗？对的，其实也就是这样，我们通过海明距离（Hamming distance）就可以计算出两个simhash到底相似不相似。两个simhash对应二进制（01串）取值不同的数量称为这两个simhash的海明距离。举例如下： 10101 和 00110 从第一位开始依次有第一位、第四、第五位不同，则海明距离为3。对于二进制字符串的a和b，海明距离为等于在a XOR b运算结果中1的个数（普遍算法）。

为了高效比较，我们预先加载了库里存在文本并转换为simhash code 存储在内存空间。来一条文本先转换为 simhash code，然后和内存里的simhash code 进行比较，测试100w次计算在100ms。速度大大提升。

小节：

1、目前速度提升了但是数据是不断增量的，如果未来数据发展到一个小时100w，按现在一次100ms，一个线程处理一秒钟 10次，一分钟 60 10 次，一个小时 6010 60 次 = 36000次，一天 601060*24 = 864000次。我们目标是一天100w次，通过增加两个线程就可以完成。但是如果要一个小时100w次呢？则需要增加30个线程和相应的硬件资源保证速度能够达到，这样成本也上去了。能否有更好的办法，提高我们比较的效率？
2、通过大量测试，simhash用于比较大文本，比如500字以上效果都还蛮好，距离小于3的基本都是相似，误判率也比较低。但是如果我们处理的是微博信息，最多也就140个字，使用simhash的效果并不那么理想。看如下图，在距离为3时是一个比较折中的点，在距离为10时效果已经很差了，不过我们测试短文本很多看起来相似的距离确实为10。如果使用距离为3，短文本大量重复信息不会被过滤，如果使用距离为10，长文本的错误率也非常高，如何解决？

代码实现

#coding:utf8
import math
import jieba
import jieba.analyseclass SimHash(object):def __init__(self):passdef getBinStr(self, source):if source == "":return 0else:x = ord(source[0]) << 7m = 1000003mask = 2 ** 128 - 1for c in source:x = ((x * m) ^ ord(c)) & maskx ^= len(source)if x == -1:x = -2x = bin(x).replace('0b', '').zfill(64)[-64:]print(source, x)return str(x)def getWeight(self, source):# fake weight with keywordreturn ord(source)def unwrap_weight(self, arr):ret = ""for item in arr:tmp = 0if int(item) > 0:tmp = 1ret += str(tmp)return retdef simHash(self, rawstr):seg = jieba.cut(rawstr, cut_all=True)keywords = jieba.analyse.extract_tags("|".join(seg), topK=100, withWeight=True)print(keywords)ret = []for keyword, weight in keywords:binstr = self.getBinStr(keyword)keylist = []for c in binstr:weight = math.ceil(weight)if c == "1":keylist.append(int(weight))else:keylist.append(-int(weight))ret.append(keylist)# 对列表进行"降维"rows = len(ret)cols = len(ret[0])result = []for i in range(cols):tmp = 0for j in range(rows):tmp += int(ret[j][i])if tmp > 0:tmp = "1"elif tmp <= 0:tmp = "0"result.append(tmp)return "".join(result)def getDistince(self, hashstr1, hashstr2):length = 0for index, char in enumerate(hashstr1):if char == hashstr2[index]:continueelse:length += 1return lengthif __name__ == "__main__":simhash = SimHash()s1="感冒了怎么办"  #效果不好，语义s2="感冒了怎么治"# s1 = "100元=38万星币，加微信"  #效果不好# s2 = "38万星币100元，加VX"# with open("a.txt", "r") as file:#     s1 = "".join(file.readlines())#     file.close()# with open("b.txt", "r") as file:#     s2 = "".join(file.readlines())#     file.close()# s1 = "this is just test for simhash, here is the difference"# s2 = "this is a test for simhash, here is the difference"# print(simhash.getBinStr(s1))# print(simhash.getBinStr(s2))hash1 = simhash.simHash(s1)hash2 = simhash.simHash(s2)distince = simhash.getDistince(hash1, hash2)# value = math.sqrt(len(s1)**2 + len(s2)**2)value = 5print("海明距离：", distince, "判定距离：", value, "是否相似：", distince<=value)

在这里插入图片描述
参考资料：直通车