Lucece评分公式OKapi BM25原理解析(中)

背景:
延续上篇写了TF/IDF的公式解析,本篇为BM25解析简单介绍。
BM25起源于 概率相关性模型,而不是矢量空间模型,但是该算法与Lucene的实际评分功能有很多共同点。
两者都使用Term词频率,逆文档频率和字段长度归一化,但是每个因素的定义都略有不同。与其详细解释BM25公式,不如将重点放在BM25提供的实际优势上。

BM25是一个词袋检索功能,它基于每个文档中出现的查询词对一组文档进行排名,而不管它们在文档中的距离如何。它是一组评分功能,其组件和参数略有不同。该函数最突出的实例之一如下。

BM25评分公式


image.png

1)score(D,Q)公式

给定查询Q,得到文档D的BM25得分,Q其中包含关键字q1…qn。

2)IDF(qi)公式

原BM25的IDF公式:


image.png

优化后BM25的IDF公式:


image.png

其中 N是集合中文档的总数,并且n(qi) 是包含qi的Doc数量。
对IDF有几种解释,其公式略有不同。在原始BM25推导中,IDF分量是从二进制独立模型推导的。
上面IDF公式对出现在超过一半的文档中的Term有缺陷。这些Term的IDF为负,因此对于任何两个几乎完全相同的文档,包含该Term的文档的排名可能会低于不包含该Term的文档的排名。这是有问题的,因此许多应用程序以各种方式调整IDF公式:
1)每个被加数的下限可以为0,以删减常用项。
2)可以给IDF函数一个下限常量,以避免完全忽略Term;
3)可以将IDF函数替换为形状相似的函数,该函数应为非负或严格为正,以避免完全忽略Term。

下面对比BM25/优化版BM25/老版IDF公式做下对比,
条件: 100个Doc,命中从1-100,看各公式表现。


image.png

3)tfNorm公式

tfNorm=(freq * (k1 + 1)) / (freq + k1 * (1 - b + b * fieldLength / avgFieldLength))
tfNorm反映的该term在所有满足条件的doc中field中的重要性,一般来说,相同的freq 下,field的长度越短,那么取值就越高。

D: 文档
qi: 搜索词 (多个)
f(qi,D) : qi 这个词在文档 D 中的出现次数频率。
|D|: 满足条件的D单词数,也就是D的长度。
avgdl: 整个文档库中文档的平均长度
k1 , b: 自由参数,一般取值范围是 k1∈[1.2,2.0]默认1.2, b=0.75

4)词频

在BM25中词频的影响降低。词频的影响一直在增加,但渐渐地逼近一个值。不考虑文件长度情况下,词频遵循公式:((k + 1) * tf) / (k + tf)


image.png

正如图中所示,MB25中词频的曲线只会无限的逼近(k+1),这里的k=1.2,更高的词频意味着更大的相关性,但是很快就会趋于饱和,收益递减。而经典的Lucene 词频相关性只会一直增加,没有饱和点。
词频的调节因子 k1。 k1的作用是对查询词在文档中的词频进行调节,如果将 k1设定为 0,则第二部分计算因子成了整数 1,即不考虑词频的因素,退化成了二元独立模型。 如果将 k1设定为较大值, 则第二部分计算因子基本和词频 fi保持线性增长,即放大了词频的权值,根据经验,一般将 k1设定为 1.2。

5)文档长度

Lucene认为较短的字段比较长的字段具有更大的权重:字段中术语的频率会被字段的长度抵消。但是,实际评分功能以相同的方式对待所有字段。它将把所有title字段(因为它们很短)比所有body字段(因为它们很长)更重要。
BM25还认为较短的字段比较长的字段具有更大的权重,但它通过考虑字段的平均长度来单独考虑每个字段。它可以区分短title字段和长标题字段。
但从公式上看BM25还是偏向长字段。
其中参数 b 是调节因子,极端情况下,将 b 设定为 0,则文档长度因素将不起作用,设置为1不起调节作用,经验表明一般将 b 设定为 0.75 会获得较好的搜索效果。

6) 配置BM25、TF/IDF及b、k参数

在这里插入图片描述

1:创建自定义BM25相似度打分器。
2:配置b长度影响因子,也k也是这么加。
3:title使用自定义BM25(my_bm25)。
4: body字段使用默认BM25

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