周世恩/資料分析前的奏曲 : 談資料收集的挑戰
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2012 年開啟了網頁抓取的生涯，先後在臺大工程科學與海洋工程研究所與趨勢科技磨練。2014 年創立 QSearch，在社群數據抓取過程中打開潘朵拉的盒子，希望把揭開的社群趨勢分享給各個產業。數據分析最重要的資料擷取，這幾年來面對許多挑戰，數量大且變化大，各個產業又有不同的資料表達方式，未來將致力於資料擷取系統開發，讓資料分析者無後顧之憂。
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周世恩/資料分析前的奏曲 : 談資料收集的挑戰
- 1. 資料分析的前奏曲 : 談資料收集的挑戰 周世恩 @ Datasci.tw 2016/7/16 1
- 2. About Me - 台大工程科學與海洋工程研究所碩士班畢 - 參與奈米科技、天文物理、海洋工程相關數據處理 - 前 QSearch 礦工 (資料工程師、資料分析師、資料科學家) - 剩下個資 ...... 留給台下各位當做資料收集的練習吧 2
- 5. 回顧 FAQ 對於心理學、金融、社會科學研究，當必須研究特定社會現象， 必須用「問卷」來收集資料 (1) 缺乏規模化 (2) 無法測試收集 (3) 無法確認資料是否收集完全 機密性、個資法、缺乏有經驗前輩來給予指引 ... 5
- 7. 新手轉職為資料工程師 - 寫程式的能力，著重於 I/O 處理 - 資料庫運用有操作經驗 - 能耐的性子，當程式無法運作時，展現工人智慧 - 熟悉各常見的資料格式與讀取方式 7
- 8. 資料分析專案流程： 先談流程 8 資料收集 + 前處理 資料分析 資料應用
- 9. 先談流程 資料分析專案流程： Data Collection Schema Matching Record Linkage Data Cleansing Classification Data Mining NER / NLP Reporting Operation 9
- 10. 今日重點 Data Collection Schema Matching 10 資料分析專案流程： Record Linkage Data Cleansing Classification Data Mining NER / NLP Reporting Operation
- 11. 拜科技之賜 我們擁有先進資料收集工具： Data Collection Schema Matching Record Linkage Data Cleansing Classification Data Mining NER / NLP Reporting IoT Sensor Web Crawler Open Data 11
- 12. 回歸問題面 - Why? 資料運用方向： 優化(節省人力物力能源) 尋找機會(風險控管) 提升工作效率 市場調查 降低生產成本 加強行銷 提昇回購率 打壓競爭對手 12
- 14. 資料工程師下重手前 1. 資料工程師必須測試資料來源穩定性 2. PM等資料需求者必須要確認資料潛在價值 彼此是否合作愉快： 1. 取決於資料工程師對PM的產業經驗的信任度 2. 以及PM對資料工程師執行力的信賴感 14
- 17. 今日技術重點 資料分析流程： Data Collection Schema Matching Record Linkage Data Cleansing Classification Data Mining NER / NLP Reporting Operation 17
- 18. Technical Challenge 1. Challenges of basic web crawling 2. Challenges of large scale web crawling 3. Challenges of advanced web crawling - Image/Video data crawling - Revisit policy - Collaborative crawling - Real-time crawling - Coverage estimation - Friendly crawler design 18
- 19. Foundation of Web Crawling - 熟悉 http protocol 等基本網路知識 - 至少熟悉一程式語言 - 能實作基本 Crawler - 熟悉 <html> 格式 - 有效運用 HTML parser (必要時撰寫 regex) - 多半 Web Crawling 的問題是...萬事起頭難 19
- 20. 20
- 21. Challenges of Web Crawling 1. 網路問題 (IP 被封鎖、Proxy 沒開啟、Timeout) 2. 對方 Server 有限制 User-Agent 3. Deep web 問題 (你完全忘了需要登入才能看到) 4. <html> parser 寫錯？ 5. 回傳格式找不到 Repeated content 6. Database 哪種適合？ - Non-relational and schema-less data model - Low latency and high performance - Highly scalable 21
- 22. 只是收個資料而已... 我們有捷徑： 1. 運用 Sensor Data (各種感測器) 2. 運用 API 3. 一起鼓吹政府 Open Data 22
- 23. 學術圈的挑戰 隨著大家胃口被越養越大，做個研究而已， 卻可能在資料採集就花上80%以上的時間， - 要學術圈養人處理 Web Crawling 實在是太辛苦了 - 有時候也只為了一次性專案 長時間下來學術圈越來越無法負荷大量資料處理能力 23
- 24. Technical Challenge 1. Challenges of basic web crawling 2. Challenges of large scale web crawling 3. Challenges of advanced web crawling - Image/Video data crawling - Revisit policy - Collaborative crawling - Real-time crawling - Coverage estimation - Friendly crawler design 24
- 25. Large-Scale Web Crawling - 基本架構 - 實作細節 - 限制與開發考量 25
- 26. Large-Scale Web Crawling - 基本架構 Initial Seeds Initialize frontier Done frontiers 26
- 27. Large-Scale Web Crawling - 追求方向 方向 1. 提升涵蓋度 2. 提升即時性 3. 提升新鮮度 4. 提升抓取效率 務實管理要求 1. 機器數量控制 2. 網路速度(上下傳)提升 3. 內容變動程度預測 4. 錯誤處理與管理 27
- 28. Large ? 28 每日傳輸量 設計考量 < 1 GB 一台機器從頭到尾完成 < 10 GB 分散式爬蟲 + 集中儲存 10 GB+ 分散式爬蟲 + 分散式儲存
- 29. Challenges of Large-Scale Web Crawling - 實作細節 Initial Seeds Initialize frontier Done frontiers - 使用 PAAS 或用 IAAS + AutoScaling 架設爬蟲叢集 - 用 IAAS 雲端服務可能會出現 External IP 不足的問題 ↳ 選一台可對外連線 Instance 架設 Squid - 其餘機器再設定 Proxy 29
- 30. Challenges of Large-Scale Web Crawling - 實作細節 Initial Seeds Initialize frontier Done frontiers - AutoScaling 與 Scheduler 有密切的關係，調整爬蟲資源。 - Scheduler 主要工作: (1) 調整抓取順序 (Ordering policy) (2) 調整同步抓取數量 (Concurrent Issue) (3) 確認Instances 是否健康 30
- 31. Challenges of Large-Scale Web Crawling - 實作細節 Initial Seeds Initialize frontier Done frontiers - Scheduler 設計注意細節: (1) In-memory or Disk-based Request queue? (2) 插隊機制? (3) 有效壓縮 Queue System 資源使用量 (4) 以 Hash Table 取代掉 FIFO queue (5) 重複抓取 (Duplicate Seed Filtering) 31
- 32. Challenges of Large-Scale Web Crawling - 實作細節 Initial Seeds Initialize frontier Done frontiers - Scrape 設計注意細節: (1) 建議Scheduler 與寫入資料的機器是獨立的 (2) 定時重開或回收未用的資源 (3) 需要裝設即時Monitoring Agent (ganglia) 資料傳輸工具建議: Apache Flume, Apache Kafka, Pub/Sub Messaging System 32
- 33. Challenges of Large-Scale Web Crawling - 實作細節 Initial Seeds Initialize frontier Done frontiers - Extract Structured Data 設計注意細節: (1) 運用現成的 Parser (xmlparser, json parser, pyQuery, Apache Tika,...) (2) 建議在 Scheduler 端每送一 Request就夾帶一 flag，以便統計 Missing Rate. (3) 結合 Task Queue System ，當 Scheduler 比較空閒 時將新抓取 Request 加入排程中 33
- 34. Challenges of Large-Scale Web Crawling - 實作細節 Initial Seeds Initialize frontier Done frontiers - Store Data 設計注意細節: (1) 設計資源統一管理的儲存系統(GFS, HDFS, ...) (2) 建議批次塞入資料來降低網路資源使用 34
- 35. 海量資料處理工程師 - 熟練雲端運算服務、分散式系統建構 - 分散式資料庫運用有操作經驗 - 網路架構設計或網路性能調教 - 協調管理能力 35
- 36. Large-Scale Web Crawling - 限制與開發考量 * 網路問題 (1) 我方下載快，不代表對方上傳快 (2) 網路速度是否不穩定？ (3) 對方是否會因大量 Request 被判定為”DDOS”? (4) IP 被封鎖，如何有效率的準備 IP Pools (5) 資料傳輸成本 ? 36
- 37. Large-Scale Web Crawling - 限制與開發考量 * 機器管理問題 (1) 運用 Docker ? (2) 機器效能要求 ? (3) 機器資源管理 (4) Scheduler 穩定性 37
- 38. Large-Scale Web Crawling - 限制與開發考量 * 儲存管理問題 1. 讀寫分離 2. 批次同步 3. 常被讀取的欄位額外用一資料庫來儲存 38 Data Data Data Web Pages Barrels Scheduler read by
- 39. Large-Scale Web Crawling - 限制與開發考量 * Seeds 選擇與 Infinite loop detection 問題 (1) 觀察新抓取的文章量與抓取深度的關係 (2) 運用其他公開統計來輔助 39
- 40. Technical Challenge 1. Challenges of basic web crawling 2. Challenges of large scale web crawling 3. Challenges of advanced web crawling - Image/Video data crawling - Revisit policy - Collaborative crawling - Real-time crawling - Coverage estimation - Friendly crawler design 40
- 41. - Image/Video Data Crawling: 資料量更大、網路更吃重 - Collaborative Crawling: 多層次的資料收集 - Re-visit Policy: 維持資料新鮮度，怎麼辦? - Real-time Crawling: 維持資料即時性，又沒無限資源，怎麼辦? - Coverage Estimation: 已收集資料有多完整? - Friendly Crawler Design: 你是一個惡意的 Crawler 嗎? The challenge of advanced web crawling 41
- 42. Image/video Crawling 考量到更龐大的網路與儲存資源需求 (圖片傳輸量約為文字~ 28倍)，資源的運用與選 擇更為重要 設計上的考量 (1) 盡可能透過現有 Text Data 來決定此 Image/Video 值得被收集 (2) 根據重要性進行排序，重要的先抓 (3) 用縮圖取代原圖 (4) 盡可能用 Push 取代 Pull (有特定目的才觸發圖片收集，例：圖片上傳) 42
- 43. Re-visit Policy 一個連結打開的內容，每次打開時內容可能有變化。為了維持自家資料庫的新鮮度， 必須再訪網頁。相關挑戰： - 如果我收集了 2 億個網頁，每個都必須再訪更新？ - 多久要再訪一次? - 可否微量更新 (Atomic Update)？ 43
- 44. Re-visit Policy - 執行方案 從空間上找變化程度 從時間上找變化程度 44 統計各網頁變化量 用機器學習工具 建立模型 將模型用於預測 各網頁變化量 統計各網頁變化頻率 用機器學習工具 建立模型 將模型用於預測 各網頁頻率 Re-visit policy 整合
- 45. Collaborative Crawling 原本要爬特別的主題，透視透過 URL +原文相似性探勘，來深度把特定主題的文章抓 下來。但可能這樣的探勘方式得到一堆雜訊。資料需求者增加 - Location - Browsing behaviors - ... 來提升特定主題資料的精準度 45
- 46. Collaborative Crawling - 問題面 1. 需要的部份很少很少，但為了追求精準的資料，要求很大很大。Redundant Data 很多 2. 為了加速篩選，篩選器 (Filter) 可能做在 Downloader 元件上 3. 篩選速度要快 其實很難， 最後可能回歸一家抓取團隊統籌負責，再分送給需求者。 46
- 47. Real-Time Crawling 通常在媒體、即時交易系統內特別重視。 大家可參考 Google News 的發跡原因。 網頁或目標物的點擊量、閱覽量越高，越可能是潛在 Crawling 對象 透過 URL pattern 或 Text Mining 可預測該網頁或目標物是否是即時分析需要的資 料。 47
- 49. Friendly Crawler Design 1. Follow robots.txt - Allow or Unallowed? - 是否符合User-Agent 規範 2. 不要故意超過規範的流量 ( e.g., 對方誤判為DDOS ) 3. 要遵守 API 協定規範或 Protocol 規範 49 要當個友善爬蟲工程師
- 50. Thanks for your listening Contact Info: elliot79313@gmail.com 50
- 51. Reference: 1. Pant, Gautam, Padmini Srinivasan, and Filippo Menczer. "Crawling the web." Web Dynamics. Springer Berlin Heidelberg, 2004. 153-177. 2. Ferrara, Emilio, et al. "Web data extraction, applications and techniques: a survey." Knowledge-based systems 70 (2014): 301-323. 3. “Crawling”, http://slideplayer.com/slide/7572783/ 51