lib/vsm: introduce an indexing process based on VSM
authorAlexandre Terrasa <alexandre@moz-code.org>
Fri, 22 Sep 2017 20:37:19 +0000 (16:37 -0400)
committerAlexandre Terrasa <alexandre@moz-code.org>
Fri, 29 Sep 2017 19:17:15 +0000 (15:17 -0400)
Signed-off-by: Alexandre Terrasa <alexandre@moz-code.org>

lib/vsm/examples/example_vsm.nit [new file with mode: 0644]
lib/vsm/vsm.nit

diff --git a/lib/vsm/examples/example_vsm.nit b/lib/vsm/examples/example_vsm.nit
new file mode 100644 (file)
index 0000000..5f1192b
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,65 @@
+# This file is part of NIT ( http://www.nitlanguage.org ).
+#
+# Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
+# you may not use this file except in compliance with the License.
+# You may obtain a copy of the License at
+#
+#     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
+#
+# Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
+# distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
+# WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
+# See the License for the specific language governing permissions and
+# limitations under the License.
+
+# Example using a `FileIndex`
+#
+# This example shows of to index files from the system and retrieve them
+# with text queries.
+module example_vsm
+
+import vsm
+import config
+
+redef class Config
+
+       # --whitelist-exts
+       var opt_white_exts = new OptionArray("Allowed file extensions (default is [])",
+               "-w", "--whitelist-exts")
+
+       # --blacklist-exts
+       var opt_black_exts = new OptionArray("Allowed file extensions (default is [])",
+               "-b", "--blacklist-exts")
+
+       redef init do
+               opts.add_option(opt_white_exts, opt_black_exts)
+       end
+end
+
+var config = new Config
+config.tool_description = "usage: example_vsm <files>"
+config.parse_options(args)
+
+if args.length < 1 then
+       config.usage
+       exit 1
+end
+
+var index = new FileIndex
+index.whitelist_exts = config.opt_white_exts.value
+index.blacklist_exts = config.opt_black_exts.value
+
+print "Building index..."
+index.index_files(args, true)
+print "Indexed {index.documents.length} documents"
+
+loop
+       print "\nEnter query:"
+       printn "> "
+       var input = sys.stdin.read_line
+       var matches = index.match_string(input)
+       printn ""
+       for match in matches do
+               print match
+       end
+end
index e34eb85..41d5152 100644 (file)
@@ -100,3 +100,275 @@ class Vector
                return "[{join(", ", ":")}]"
        end
 end
+
+# A Document index based on VSM
+#
+# Using VSMIndex you can index documents associated with their vector.
+# Documents can then be matched to query vectors.
+class VSMIndex
+
+       # Documents index
+       #
+       # TODO use a more efficient representation.
+       var documents = new HashSet[Document]
+
+       # Count for all terms in all indexed documents
+       #
+       # Used to compute the `inverse_doc_frequency`.
+       var terms_doc_count = new Vector
+
+       # Inverse document frequency
+       #
+       # The inverse document frequency is a measure of how much information a term
+       # provides, that is, whether the term is common or rare across all documents.
+       var inverse_doc_frequency = new Vector
+
+       # Used to sort matches
+       #
+       # See `IndexMatch`.
+       var sorter = new IndexMatchSorter
+
+       # Match `query` vector to all index document vectors
+       #
+       # Returns an `IndexMatch` for each indexed document.
+       # Results are ordered by descending similarity.
+       fun match_vector(query: Vector): Array[IndexMatch] do
+               var matches = new Array[IndexMatch]
+               for doc in documents do
+                       var sim = query.cosine_similarity(doc.tfidf)
+                       if sim == 0.0 then continue
+                       matches.add new IndexMatch(doc, sim)
+               end
+               sorter.sort(matches)
+               return matches
+       end
+
+       # Index a document
+       #
+       # With each new document, the `inverse_doc_frequency` must be updated.
+       # By default, the method `update_index` is called after each call to
+       # `index_document`.
+       #
+       # When processing batch documents, use `auto_update = false` to disable
+       # the auto update of the index.
+       fun index_document(doc: Document, auto_update: nullable Bool) do
+               for term, count in doc.terms_count do
+                       if not terms_doc_count.has_key(term) then
+                               terms_doc_count[term] = 1.0
+                       else
+                               terms_doc_count[term] += 1.0
+                       end
+               end
+               documents.add doc
+               if auto_update == null or auto_update then update_index
+       end
+
+       # Update the index
+       #
+       # Recompute the `inverse_doc_frequency` values.
+       # Must be called manually after indexing new document with the option
+       # `auto_update = false`.
+       fun update_index do
+               for doc in documents do
+                       for term, ccount in doc.terms_count do
+                               inverse_doc_frequency[term] = (documents.length.to_f / terms_doc_count[term]).log
+                       end
+               end
+               for doc in documents do
+                       for term, freq in doc.terms_frequency do
+                               doc.tfidf[term] = freq * inverse_doc_frequency[term]
+                       end
+               end
+       end
+end
+
+# A VSM index to store strings
+class StringIndex
+       super VSMIndex
+
+       # Index a new Document from `title`, `uri` and string `string`.
+       #
+       # Return the Document created.
+       #
+       # See `index_document`.
+       fun index_string(title, uri, string: String, auto_update: nullable Bool): Document do
+               var vector = parse_string(string)
+               var doc = new Document(title, uri, vector)
+               index_document(doc, auto_update)
+               return doc
+       end
+
+       # Match the `query` string against all indexed documents
+       #
+       # See `match_vector`.
+       fun match_string(query: String): Array[IndexMatch] do
+               var vector = parse_string(query)
+               return match_vector(vector)
+       end
+
+       # Parse the `string` as a Vector
+       #
+       # Returns a vector containing the terms of `string`.
+       fun parse_string(string: String): Vector do
+               var reader = new StringReader(string)
+               var vector = new Vector
+               loop
+                       var token = reader.read_word
+                       if token == "" then break
+
+                       if not vector.has_key(token) then
+                               vector[token] = 1.0
+                       else
+                               vector[token] += 1.0
+                       end
+               end
+               return vector
+       end
+end
+
+# A VSMIndex to index files
+class FileIndex
+       super StringIndex
+
+       # Index a file from its `path`.
+       #
+       # Return the created document or null if `path` is not accepted by `accept_file`.
+       #
+       # See `index_document`.
+       fun index_file(path: String, auto_update: nullable Bool): nullable Document do
+               if not accept_file(path) then return null
+               var vector = parse_file(path)
+               var doc = new Document(path, path, vector)
+               index_document(doc, auto_update)
+               return doc
+       end
+
+       # Index multiple files
+       #
+       # The recursive method `index_dir` will be called for each directory found
+       # in `paths`.
+       #
+       # See `index_file`
+       fun index_files(paths: Collection[String], auto_update: nullable Bool) do
+               for path in paths do
+                       if path.to_path.is_dir then
+                               index_dir(path, false)
+                       else
+                               index_file(path, false)
+                       end
+               end
+               if auto_update != null and auto_update then update_index
+       end
+
+       # Index all files in `dir` recursively
+       #
+       # See `index_file`.
+       fun index_dir(dir: String, auto_update: nullable Bool) do
+               if not dir.to_path.is_dir then return
+               for file in dir.files do
+                       var path = dir / file
+                       if path.to_path.is_dir then
+                               index_dir(path, false)
+                       else
+                               index_file(path, false)
+                       end
+               end
+               if auto_update != null and auto_update then update_index
+       end
+
+       # Is `path` accepted depending on `whitelist_exts` and `blacklist_exts`?
+       fun accept_file(path: String): Bool do
+               var ext = path.file_extension
+               if ext != null then
+                       ext = ext.to_lower
+                       if blacklist_exts.has(ext) then return false
+                       if whitelist_exts.not_empty and not whitelist_exts.has(ext) then return false
+               end
+               return whitelist_exts.is_empty
+       end
+
+       # Parse the `file` content as a Vector
+       #
+       # See `parse_string`.
+       fun parse_file(file: String): Vector do
+               return parse_string(file.to_path.read_all)
+       end
+
+       # File extensions white list
+       #
+       # If not empty, only files with these extensions will be indexed.
+       #
+       # If an extension is in both `whitelist_exts` and `blacklist_exts`, the
+       # blacklist will prevail and the file will be ignored.
+       var whitelist_exts = new Array[String] is writable
+
+       # File extensions black list
+       #
+       # Files with these extensions will not be indexed.
+       var blacklist_exts = new Array[String] is writable
+end
+
+# A Document to add in a VSMIndex
+class Document
+
+       # Document title
+       var title: String
+
+       # Document URI
+       var uri: String
+
+       # Count of all terms found in the document
+       #
+       # Used to compute the document `terms_frequency`.
+       var terms_count: Vector
+
+       # Frequency of each term found in the document
+       #
+       # Used to match the document against the `VSMIndex::inverse_doc_frequency`.
+       var terms_frequency: Vector is lazy do
+               var all_terms = 0.0
+               for t, c in terms_count do all_terms += c
+
+               var vector = new Vector
+               for t, c in terms_count do
+                       vector[t] = c / all_terms
+               end
+               return vector
+       end
+
+       # Term frequency–Inverse document frequency for each term
+       #
+       # A high weight in tf–idf is reached by a high term frequency
+       # (in the given document) and a low document frequency of the term in the
+       # whole collection of documents
+       var tfidf = new Vector
+
+       redef fun to_s do return "{title}"
+end
+
+# A match to a `request` in an `Index`
+class IndexMatch
+       super Comparable
+
+       # Document matching the `request_vector`
+       var document: Document
+
+       # Similarity between the `request` and the `doc`.
+       #
+       # Result is in the range 0.0 .. 1.1 where 0.0 means no similarity and 1.0
+       # means perfect similarity.
+       var similarity: Float
+
+       redef fun to_s do return "{document} ({similarity})"
+end
+
+# Sort matches by similarity
+class IndexMatchSorter
+       super DefaultComparator
+
+       redef type COMPARED: IndexMatch
+
+       redef fun compare(a, b) do
+               return b.similarity <=> a.similarity
+       end
+end