網(wǎng)絡(luò)爬蟲技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)獲取中的研究和應(yīng)用

王曉楠，李 楊，張海峰，張 宇，楊雪峰

（1.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)遙感與信息研究所，黑龍江 哈爾濱 150086；2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物資源研究所，黑龍江 哈爾濱 150086）

關(guān)鍵字：爬蟲；分布式；Nutch框架；二級哈希

隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)也在不斷地進(jìn)步和發(fā)展，高科技在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的投入也隨之加大，目標(biāo)就是轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)模式。通過抓取農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，將更好的種植數(shù)據(jù)提供給廣大農(nóng)業(yè)工作人員，對于解決現(xiàn)代農(nóng)業(yè)種植過程中的問題非常有利。

1 基于農(nóng)作物生長信息的采集結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 分布式爬蟲架構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)爬蟲主要是通過采集網(wǎng)絡(luò)中特定信息為后續(xù)工作提供精確的數(shù)據(jù)，因此，該論文運用垂直搜索引擎獲取數(shù)據(jù)。為了更好的完成網(wǎng)絡(luò)爬取任務(wù)，收集到更多符合條件的網(wǎng)頁信息，運用主從分布式架構(gòu)方式來實現(xiàn)對農(nóng)作物生長信息數(shù)據(jù)的爬取，主從分布式架構(gòu)主要包括了分節(jié)點的工作狀態(tài)和監(jiān)控以及URL的分發(fā)工作等，分節(jié)點獲得主節(jié)點分發(fā)的調(diào)度任務(wù)以后，完成調(diào)度任務(wù)中的爬取工作，并且將爬取結(jié)果反饋給主節(jié)點。爬蟲網(wǎng)絡(luò)的主從結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

1.2 分布式任務(wù)的優(yōu)化調(diào)整

在分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，計算機并行化處理很關(guān)鍵，該論文運用Nutch框架實現(xiàn)分布式網(wǎng)絡(luò)爬蟲。在農(nóng)作物生長信息數(shù)據(jù)爬取的過程中，主節(jié)點將所有帶URL下載任務(wù)分配給不同的分節(jié)點進(jìn)行爬取。論文設(shè)計分布式下載任務(wù)調(diào)度中，將URL映射到服務(wù)器上來完成下載的任務(wù)，計算公式如下：

分布式網(wǎng)絡(luò)伸縮性非常強，因此，只要節(jié)點數(shù)量發(fā)生變化，就會導(dǎo)致對數(shù)據(jù)二次爬取，Nutch系統(tǒng)運用集中式分割方法解決上述的問題主要是通過構(gòu)建哈希函數(shù)來完成劃分任務(wù)的工作。首先構(gòu)造Hash函數(shù)，第一次計算獲得新的URL，并將其映射到表A中；接下來對表A進(jìn)行哈希映射，并將映射后的結(jié)果值劃分給分節(jié)點中。

2 采集農(nóng)作物生長信息的流程

2.1 基于Nutch的URL過濾

為了提高爬取的效率，降低主題爬蟲的工作量，最有效的方式將URL的數(shù)目過濾和限定。所有的URL過濾規(guī)則，都是在conf文件目錄下，進(jìn)行參數(shù)配置和過濾規(guī)則的設(shè)計，而非在源代碼中直接進(jìn)行修改；接下來調(diào)取過濾規(guī)則，則是需要調(diào)用URLFilter子類下的getConf()函數(shù)，流程如圖2所示，通過上述方式就能夠更加便捷地實現(xiàn)過濾規(guī)則的修改。

圖2 URL 種子抓取

2.2 主題相關(guān)性判斷

農(nóng)作物生長信息數(shù)據(jù)的主題爬取，不僅要通過URL種子的限定和過濾，還要判斷主題的內(nèi)容。所有網(wǎng)絡(luò)爬取后獲得URL列表注入以后，此時parse Text文該文件就會自動生成，相關(guān)性判斷是基于parse Text文件采用向量模型來實現(xiàn)的，將任意的網(wǎng)頁信息都定義為空間向量，其中表示當(dāng)前網(wǎng)頁的關(guān)鍵詞，表示關(guān)鍵詞的權(quán)重，則兩個向量間的相關(guān)性采用余弦值表示：

2.3 信息抽取

通過定義信息抽取模板，就能夠?qū)崿F(xiàn)大部分類型網(wǎng)頁的提取，再將 HTMLPsrser解析庫加載，將提取到的多種類型網(wǎng)頁編寫為相對應(yīng)的頁面進(jìn)行解析方法，從特定的文件中提取到農(nóng)作物生長信息數(shù)據(jù)以后，匹配URL，調(diào)用相對應(yīng)的解析模板，完成相關(guān)網(wǎng)頁的解析工作。具體的流程如下：

（1）構(gòu)建解析網(wǎng)頁信息模板，將不同類型的網(wǎng)頁信息分類以后，編寫相對應(yīng)的解析信息模板；

（2）將下載的URL與模板信息庫進(jìn)行匹配，此時將信息URL種子注入以后，通過對比和分析以后，匹配對應(yīng)的解析模板；

（3）抽取解析后網(wǎng)頁中的信息，并在特定的文件中存儲所有的文本信息。

3 結(jié)果分析

相關(guān)網(wǎng)絡(luò)爬蟲模板和信息提取流程完成以后，接下來就是優(yōu)化測試分布式網(wǎng)絡(luò)爬蟲的性能，以此來驗證其是否具備一定的優(yōu)勢。該論文通過對比，分析分布式爬蟲網(wǎng)絡(luò)和單機網(wǎng)絡(luò)爬蟲的數(shù)量和時間性能。

首先，闡述分布式網(wǎng)絡(luò)爬蟲結(jié)構(gòu)的軟硬件，如表1、表2所示。

表1 計算機軟件配置

表2 集群配置

通過測試，分布式爬取和單機采集數(shù)據(jù)量在規(guī)定的時間內(nèi)進(jìn)行統(tǒng)計，具體如表3所示，記錄了不同時間段爬蟲抓取獲得的信息量。

表3 采取數(shù)據(jù)量統(tǒng)計表

圖4 統(tǒng)計對比圖

通過分析可以知道，當(dāng)時間段比較小時，分布式爬取數(shù)量并沒有太大的差異。隨著時間的增長和數(shù)據(jù)量遞增以后，分布式網(wǎng)絡(luò)爬取能夠?qū)⒏蟮臄?shù)據(jù)信息量獲得。

4 總結(jié)

在大數(shù)據(jù)時代，為了更好的完成網(wǎng)絡(luò)爬取任務(wù)，收集到更多符合條件的網(wǎng)頁信息，該論文運用了分布式網(wǎng)絡(luò)爬蟲技術(shù)。在分布式集群中，各個計算機都是并行執(zhí)行的，這就會涉及到資源調(diào)配問題，因此，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴大到一定程度以后，集中式分割方式會導(dǎo)致整體運行速率降低等相關(guān)問題，研究表明，運用二級哈希算法來解決該問題，可使整體的負(fù)載均衡效率更好，提高數(shù)據(jù)采集效率。