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Ruby on RailsでMySQL・PostgreSQL・SQLite3とGroongaを使って日本語全文検索を実現する方法

MySQL・PostgreSQL・SQLite3の標準機能では日本語テキストの全文検索に難があります。MySQL・PostgreSQLに高速・高機能な日本語全文検索機能を追加するMroongaPGroongaというプラグインがあります。これらを導入することによりSQLで高速・高機能な日本語全文検索機能を実現できます。詳細は以下を参照してください。

ここではMroonga・PGroongaを使わずに日本語全文検索を実現する方法を紹介します。それはGroongaを使う方法です。

GroongaはMroonga・PGroongaのバックエンドで使われている全文検索エンジンです。

Groongaを直接使うメリットは以下の通りです。

  • MySQL・PostgreSQLのオーバーヘッドがない分Mroonga・PGroongaよりもさらに速い
  • 1つのSQLでは表現できないような検索を1クエリーで実現できる(のでさらに速い)

一方、デメリットは以下の通りです。

  • Mroonga・PGroongaに比べて学習コストが増える(Mroonga・PGroongaはSELECTWHEREでの条件の書き方を学習するくらいでよいが、Groongaはインデックスの設計やクエリーの書き方について学習する必要がある)
  • MySQL・PostgreSQLだけでなくGroongaサーバーも管理する必要があるので運用コストが増える

このデメリットのうち学習コストの方をできるだけ抑えつつGroongaを使えるようにするためのライブラリーがあります。それがgroonga-client-railsです。groonga-client-railsがGroongaを使う部分の多くをフォローしてくれるため利用者は学習コストを抑えたままGroongaを使って高速な日本語全文検索システムを実現できます。

この記事ではRuby on Railsで作ったアプリケーションからGroongaを使って日本語全文検索機能を実現する方法を説明します。実際にドキュメント検索システムを開発する手順を示すことで説明します。ここではCentOS 7を用いますが、他の環境でも同様の手順で実現できます。

なお、この記事ではMySQL・PostgreSQLではなくSQLite3を使っていますが、アプリケーションのコードは変更せずにMySQL・PostgreSQLでも動くので気にしないでください。

@KitaitiMakotoさんが書いたgroonga-client-railsの使い方を紹介した記事もあるのでそちらもあわせて参照してください。違った視点で紹介しているので理解が深まるはずです。

Groongaのインストール

まずGroongaをインストールします。CentOS 7以外の場合にどうすればよいかはGroongaのインストールドキュメントを参照してください。

% sudo -H yum install -y http://packages.groonga.org/centos/groonga-release-1.2.0-1.noarch.rpm
% sudo -H yum install -y groonga-httpd
% sudo -H systemctl start groonga-httpd

Rubyのインストール

CentOS 7にはRuby 2.0のパッケージがありますが、Ruby on Rails 5.0.1はRuby 2.2以降が必要なのでrbenvとruby-buildでRuby 2.3をインストールします。

% sudo -H yum install -y git
% git clone https://github.com/sstephenson/rbenv.git ~/.rbenv
% git clone https://github.com/sstephenson/ruby-build.git ~/.rbenv/plugins/ruby-build
% echo 'export PATH="$HOME/.rbenv/bin:$PATH"' >> ~/.bash_profile
% echo 'eval "$(rbenv init -)"' >> ~/.bash_profile
% exec ${SHELL} --login
% sudo -H yum install -y gcc make patch openssl-devel readline-devel zlib-devel
% rbenv install 2.3.3
% rbenv global 2.3.3

Ruby on Railsのインストール

Ruby on Railsをインストールします。

% sudo -H yum install -y sqlite-devel nodejs
% gem install rails

ドキュメント検索システムの開発

いよいよ日本語全文検索機能を持ったドキュメント検索システムを開発します。

まずはrails newで雛形を作ります。

% rails new document_search
% cd document_search

データベースを作成します。

% bin/rails db:create

検索対象のドキュメントを格納するテーブルを作成します。

% bin/rails generate scaffold document title:text content:text
% bin/rails db:migrate

ここまでは(Groongaのインストール以外は)Groongaと関係ない手順です。

ここからはGroongaを使う場合に特有の手順になります。

まずGemfileにgroonga-client-rails gemを追加します。

gem 'groonga-client-rails'

groonga-client-rails gemをインストールします。

% bundle install

それではアプリケーション側に全文検索機能を実装します。

まず、サーチャーというオブジェクトを定義します。これはGroongaでいい感じに全文検索するための機能を提供するオブジェクトです。

サーチャー用のディレクトリーを作成します。

% mkdir -p app/searchers

app/searchers/application_searcher.rbApplicationSearcherを作成します。(ジェネレーターはまだ実装されていません。)

class ApplicationSearcher < Groonga::Client::Searcher
end

Documentモデル用のサーチャーDocumentsSearcherapp/searchers/documents_searcher.rbに作成します。

class DocumentsSearcher < ApplicationSearcher
  # Documentモデルのtitleカラムを全文検索するためのインデックスを作成
  schema.column :title, {
    type: "ShortText",
    index: true,
    index_type: :full_text_search,
  }
  # Documentモデルのcontentカラムを全文検索するためのインデックスを作成
  schema.column :content, {
    type: "Text",
    index: true,
    index_type: :full_text_search,
  }
end

モデルのカラムとサーチャーのインデックスを対応付けるコードをモデルに追加します。

app/models/document.rb:

class Document < ApplicationRecord
  # DocumentモデルをDocumentsSearcherの検索対象とする
  source = DocumentsSearcher.source(self)
  # Documentのtitleカラムと
  # DocumentsSearcherのtitleインデックスを対応付ける
  source.title = :title
  # Documentのcontentカラムと
  # DocumentsSearcherのcontentインデックスを対応付ける
  source.content = :content
end

この対応付けをGroongaのサーバーに反映します。

% bin/rails groonga:sync

動作を確認するためにQiitaから検索対象のドキュメントを取得するRakeタスクを作ります

lib/tasks/data.rake:

require "open-uri"
require "json"

namespace :data do
  namespace :load do
    desc "Load data from Qiita"
    task :qiita => :environment do
      tag = "groonga"
      url = "https://qiita.com/api/v2/items?page=1&per_page=100&query=tag:#{tag}"
      open(url) do |entries_json|
        entries = JSON.parse(entries_json.read)
        entries.each do |entry|
          Document.create(title:   entry["title"],
                          content: entry["body"])
        end
      end
    end
  end
end

実行して検索対象のドキュメントを作成します。

% bin/rails data:load:qiita

http://localhost:3000/documentsにアクセスし、データが入っていることを確認します。

Qiitaのデータをロード

ビューにヒット件数表示機能と検索フォームをつけてコントローラーで全文検索するようにします。

検索フォームではqueryというパラメーターに検索クエリーを指定することにします。

@documents@result_setに変更している理由はあとでわかります。端的に言うとヒットしたドキュメントだけでなくさらに情報も持っているので@result_set(結果セット)にしています。たとえば、「ヒット数」(@result_set.n_hits)も持っています。SQLでは別途SELECT COUNT(*)を実行しないといけませんが、Groongaでは1回の検索で検索結果もヒット数も両方取得できるので効率的です。

なお、ヒットしたドキュメントに対応するDocumentモデルは@result_set.records.each {|record| record.source}でアクセスできます。そのため、モデルが必要な処理(たとえばURLの生成)もこれまで通りの方法で使えます。

app/views/documents/index.html.erb:


 <h1>Documents</h1>

+<p><%= @result_set.n_hits %> records</p>
+
+<%= form_tag(documents_path, method: "get") do %>
+  <%= search_field_tag "query", @query %>
+  <%= submit_tag "Search" %>
+<% end %>
+
 <table>
   <thead>
     <tr>
@@ -12,7 +19,8 @@
   </thead>

   <tbody>
-    <% @documents.each do |document| %>
+    <% @result_set.records.each do |record| %>
+      <% document = record.source %>
       <tr>
         <td><%= document.title %></td>
         <td><%= document.content %></td>

app/controllers/documents_controller.rb:

@@ -4,7 +4,11 @@ class DocumentsController < ApplicationController
   # GET /documents
   # GET /documents.json
   def index
-    @documents = Document.all
+    searcher = DocumentsSearcher.new
+    @result_set = searcher.search.
+      query(@query).
+      result_set
   end

   # GET /documents/1

この状態で次のようにレコード数とフォームが表示されるようになります。

フォームを追加

また、この状態で日本語全文検索機能を実現できています。確認してみましょう。

フォームに「オブジェクト」と日本語のクエリーを入力します。元のドキュメントは100件あり、「オブジェクト」で絞り込んで11件になっています。日本語で全文検索できていますね。

「オブジェクト」で検索

次のようにOR検索もできます。「オブジェクト」単体で検索したときの11件よりも件数が増えているのでORが効いていることがわかります。

「オブジェクト OR API」で検索

全文検索エンジンならではの機能を利用

これで基本的な全文検索機能は実現できていますが、せっかく全文検索エンジンを直接使って検索しているので全文検索エンジンならではの機能も使ってみましょう。

ドリルダウン

まずはドリルダウン機能を使います。ドリルダウンとはある軸に注目して情報を絞り込んでいくことです。例えば、商品カテゴリーに注目して商品を絞り込む(例:家電→洗濯機→ドラム式)、タグに注目して記事を絞り込むといった具合です。

まずは各ドキュメントにタグを付けられるようにしましょう。

タグを作ります

% bin/rails generate scaffold tags name:string

ドキュメントとタグを結びつける関連テーブルを作ります

% bin/rails generate model tagging document:references tag:references

スキーマを更新します。

% bin/rails db:migrate

モデルに関連情報を追加します。

app/models/document.rb:

@@ -1,4 +1,7 @@
 class Document < ApplicationRecord
+  has_many :taggings
+  has_many :tags, through: :taggings
+
   source = DocumentsSearcher.source(self)
   source.title = :title
   source.content = :content

app/models/tag.rb:

@@ -1,2 +1,4 @@
 class Tag < ApplicationRecord
+  has_many :taggings
+  has_many :documents, through: :taggings
 end

Qiitaのデータからタグ情報もロードするようにします。

lib/tasks/data.rake:

@@ -10,8 +10,12 @@ namespace :data do
       open(url) do |entries_json|
         entries = JSON.parse(entries_json.read)
         entries.each do |entry|
+          tags = entry["tags"].collect do |tag|
+            Tag.find_or_create_by(name: tag["name"])
+          end
           Document.create(title:   entry["title"],
-                          content: entry["body"])
+                          content: entry["body"],
+                          tags:    tags)
         end
       end
     end

データベース内のデータを削除してQiitaのロードし直します。

% bin/rails runner Document.destroy_all
% bin/rails data:load:qiita

ビューにタグ情報も表示します。

app/views/documents/index.html.erb:

@@ -14,6 +14,7 @@
     <tr>
       <th>Title</th>
       <th>Content</th>
+      <th>Tags</th>
       <th colspan="3"></th>
     </tr>
   </thead>
@@ -24,6 +25,13 @@
       <tr>
         <td><%= document.title %></td>
         <td><%= document.content %></td>
+        <td>
+          <ul>
+          <% document.tags.each do |tag| %>
+            <li><%= tag.name %></li>
+          <% end %>
+          </ul>
+        </td>
         <td><%= link_to 'Show', document %></td>
         <td><%= link_to 'Edit', edit_document_path(document) %></td>
         <td><%= link_to 'Destroy', document, method: :delete, data: { confirm: 'Are you sure?' } %></td>

「Tags」カラムにタグがあるのでタグがロードされていることを確認できます。

タグがロードされている

それではこのタグ情報を使ってドリルダウンできるようにします。

Groongaでタグ情報を使えるようにするにはサーチャーとモデルにタグ情報を使うというコードを追加します。

app/searchers/documents_searcher.rb:

@@ -9,4 +9,11 @@ class DocumentsSearcher < ApplicationSearcher
     index: true,
     index_type: :full_text_search,
   }
+  schema.column :tags, {
+    type: "ShortText",
+    reference: true,   # 文字列でドリルダウンをするときは指定すると高速になる
+    normalizer: false, # タグそのもので検索する
+    vector: true,      # 値が複数あるときは指定する
+    index: true,
+  }
 end

app/models/document.rb:

@@ -5,4 +5,7 @@ class Document < ApplicationRecord
   source = DocumentsSearcher.source(self)
   source.title = :title
   source.content = :content
+  source.tags = ->(model) do
+    model.tags.collect(&:name) # タグモデルではなくタグ名をGroongaに渡す
+  end
 end

マッピングを変更したらgroonga:syncで同期します。

% bin/rails groonga:sync

これでGroongaでタグ情報を使えるようになりました。フォームに「tags:@全文検索」と入力すると「全文検索」タグで絞り込めます。(tags:@...は「tagsカラムの値を検索する」というGroongaの構文です。Googleのsite:...に似せた構文です。)

「全文検索」タグで検索

ユーザーにとっては、タグをキーボードから入力して絞り込む(ドリルダウンする)のは面倒なので、クリックでドリルダウンできるようにします

コントローラーには次の2つの処理を追加しています。

  • クエリーパラメーターとしてtagが指定されていたらfilter("tags @ %{tag}", tag: tag)でタグ検索をする条件を追加する。
  • タグでドリルダウンするための情報(どのタグ名で絞りこめるのか、また、絞り込んだらどのくらいの件数になるのか、という情報)を取得する

「タグでドリルダウンするための情報を取得する」とはSQLでいうと「GROUP BY tagの結果も取得する」という処理になります。SQLではGROUP BYの結果も取得すると追加でSQLを実行しないといけませんが、Groongaでは1回のクエリーで検索もヒット数の取得もドリルダウン用の情報も取得できるので効率的です。

app/controllers/documents_controller.rb:

@@ -5,9 +5,16 @@ class DocumentsController < ApplicationController
   # GET /documents.json
   def index
     @query = params[:query]
+    @tag = params[:tag]
+
     searcher = DocumentsSearcher.new
-    @result_set = searcher.search.
-      query(@query).
+    request = searcher.search.query(@query)
+    if @tag.present?
+      request = request.filter("tags @ %{tag}", tag: @tag)
+    end
+    @result_set = request.
+      drilldowns("tag").keys("tags").
+      drilldowns("tag").sort_keys("-_nsubrecs").
       result_set
   end

ビューではクリックでドリルダウンできる(タグで絞り込める)ようにリンクを表示します。

app/views/documents/index.html.erb:

@@ -5,10 +5,21 @@
 <p><%= @result_set.n_hits %> records</p>

 <%= form_tag(documents_path, method: "get") do %>
+  <%= hidden_field_tag "tag", @tag %>
   <%= search_field_tag "query", @query %>
   <%= submit_tag "Search" %>
 <% end %>

+<nav>
+  <% @result_set.drilldowns["tag"].records.each do |record| %>
+  <%= link_to_unless @tag == record._key,
+                     "#{record._key} (#{record._nsubrecs})",
+                     url_for(query: @query, tag: record._key) %>
+  <% end %>
+  <%= link_to "タグ絞り込み解除",
+              url_for(query: @query) %>
+</nav>
+
 <table>
   <thead>
     <tr>
@@ -27,8 +38,10 @@
         <td><%= document.content %></td>
         <td>
           <ul>
-          <% document.tags.each do |tag| %>
-            <li><%= tag.name %></li>
+          <% record.tags.each do |tag| %>
+            <li><%= link_to_unless @tag == tag,
+                                   tag,
+                                   url_for(query: @query, tag: tag) %></li>
           <% end %>
           </ul>
         </td>

これで次のような画面になります。「全文検索 (20)」というリンクがあるので、「全文検索」タグでドリルダウンすると「20件」ヒットすることがわかります。

タグでドリルダウンできる

「全文検索 (20)」のリンクをクリックすると「全文検索」タグでドリルダウンできます。たしかに20件ヒットしています。

「全文検索」タグでドリルダウン

ここからさらにキーワードで絞り込むこともできます。以下はさらに「ruby」で絞り込んだ結果です。ヒット数がさらに減って3件になっています。

「全文検索」タグでドリルダウンして「ruby」で全文検索

全文検索エンジンの機能を使うと簡単・高速にドリルダウンできるようになります。

キーワードハイライト

検索結果を確認しているとき、キーワードがどこに含まれているかがパッとわかると目的のドキュメントかどうかを判断しやすくなります。そのための機能も全文検索エンジンならではの機能です。

highlight_html()を使うとキーワードを<span class="keyword">...</span>で囲んだ結果を取得できます。

snippet_html()を使うとキーワード周辺のテキストを取得できます。

これらを使ってキーワードをハイライトするには次のようにします。

app/controllers/documents_controller.rb:

@@ -13,6 +13,12 @@ class DocumentsController < ApplicationController
       request = request.filter("tags @ %{tag}", tag: @tag)
     end
     @result_set = request.
+      output_columns([
+                       "_key",
+                       "*",
+                       "highlight_html(title)",
+                       "snippet_html(content)",
+                     ]).
       drilldowns("tag").keys("tags").
       drilldowns("tag").sort_keys("-_nsubrecs").
       result_set

app/views/documents/index.html.erb:

@@ -34,8 +34,16 @@
     <% @result_set.records.each do |record| %>
       <% document = record.source %>
       <tr>
-        <td><%= document.title %></td>
-        <td><%= document.content %></td>
+        <td><%= record.highlight_html.html_safe %></td>
+        <td>
+          <% if record.snippet_html.present? %>
+            <% record.snippet_html.each do |chunk| %>
+              <div>...<%= chunk.html_safe %>...</div>
+            <% end %>
+          <% else %>
+            <%= document.content %>
+          <% end %>
+        </td>
         <td>
           <ul>
           <% record.tags.each do |tag| %>

app/assets/stylesheets/documents.scss:

@@ -1,3 +1,7 @@
 // Place all the styles related to the documents controller here.
 // They will automatically be included in application.css.
 // You can use Sass (SCSS) here: http://sass-lang.com/
+
+.keyword {
+  color: red;
+}

「全文検索」タグでドリルダウンして「ruby」で全文検索した状態では次のようになります。どこにキーワードがあるかすぐにわかりますね。

「全文検索」タグでドリルダウンして「ruby」で全文検索した結果をハイライト

スコアでソート

検索結果の表示順はユーザーが求めていそうな順番にするとユーザーはうれしいです。

Groongaはスコアという数値でどれだけ検索条件にマッチしていそうかという情報を返します。スコアでソートすることでユーザーが求めていそうな順番にできます。

@@ -8,7 +8,12 @@ class DocumentsController < ApplicationController
     @tag = params[:tag]

     searcher = DocumentsSearcher.new
-    request = searcher.search.query(@query)
+    request = searcher.search
+    if @query.present?
+      request = request.
+        query(@query).
+        sort_keys("-_score")
+    end
     if @tag.present?
       request = request.filter("tags @ %{tag}", tag: @tag)
     end
ページネーション

groonga-client-railsは標準でページネーション機能を提供しています。Kaminariと連携することでページネーションのUIもすぐに作れます。

Gemfile:

@@ -53,3 +53,4 @@ end
 gem 'tzinfo-data', platforms: [:mingw, :mswin, :x64_mingw, :jruby]

 gem 'groonga-client-rails'
+gem 'kaminari'

app/controllers/documents_controller.rb:

@@ -26,6 +26,7 @@ class DocumentsController < ApplicationController
                      ]).
       drilldowns("tag").keys("tags").
       drilldowns("tag").sort_keys("-_nsubrecs").
+      paginate(params[:page]).
       result_set
   end

app/views/documents/index.html.erb:

@@ -2,7 +2,7 @@

 <h1>Documents</h1>

-<p><%= @result_set.n_hits %> records</p>
+<p><%= page_entries_info(@result_set, entry_name: "documents") %></p>

 <%= form_tag(documents_path, method: "get") do %>
   <%= hidden_field_tag "tag", @tag %>
@@ -63,4 +63,6 @@

 <br>

+<%= paginate(@result_set) %>
+
 <%= link_to 'New Document', new_document_path %>

画面の上にはページの情報が表示されます。

ページの情報

画面の下にはページを移動するためのリンクが表示されます。

ページネーション

まとめ

MySQL・PostgreSQL・SQLite3とGroongaを使ってRuby on Railsアプリケーションで日本語全文検索機能を実現する方法を説明しました。単に全文検索できるようにするだけではなく、ドリルダウンやハイライトといった全文検索ならではの機能の実現方法も紹介しました。

Groongaを使いたいけど学習コストが増えそうだなぁと思っていた人は試してみてください。実際に試してみて詰まった場合や、ここには書いていないこういうことをしたいけどどうすればいいの?ということがでてきた場合は以下の場所で相談してください。

Groongaを用いた全文検索アプリケーションの開発に関するご相談は問い合わせフォームからご連絡ください。

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タグ: Ruby | Groonga
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