]> granicus.if.org Git - postgresql/blob - src/backend/tsearch/ts_typanalyze.c
Collect and use element-frequency statistics for arrays.
[postgresql] / src / backend / tsearch / ts_typanalyze.c
1 /*-------------------------------------------------------------------------
2  *
3  * ts_typanalyze.c
4  *        functions for gathering statistics from tsvector columns
5  *
6  * Portions Copyright (c) 1996-2012, PostgreSQL Global Development Group
7  *
8  *
9  * IDENTIFICATION
10  *        src/backend/tsearch/ts_typanalyze.c
11  *
12  *-------------------------------------------------------------------------
13  */
14 #include "postgres.h"
15
16 #include "access/hash.h"
17 #include "catalog/pg_operator.h"
18 #include "commands/vacuum.h"
19 #include "tsearch/ts_type.h"
20 #include "utils/builtins.h"
21
22
23 /* A hash key for lexemes */
24 typedef struct
25 {
26         char       *lexeme;                     /* lexeme (not NULL terminated!) */
27         int                     length;                 /* its length in bytes */
28 } LexemeHashKey;
29
30 /* A hash table entry for the Lossy Counting algorithm */
31 typedef struct
32 {
33         LexemeHashKey key;                      /* This is 'e' from the LC algorithm. */
34         int                     frequency;              /* This is 'f'. */
35         int                     delta;                  /* And this is 'delta'. */
36 } TrackItem;
37
38 static void compute_tsvector_stats(VacAttrStats *stats,
39                                            AnalyzeAttrFetchFunc fetchfunc,
40                                            int samplerows,
41                                            double totalrows);
42 static void prune_lexemes_hashtable(HTAB *lexemes_tab, int b_current);
43 static uint32 lexeme_hash(const void *key, Size keysize);
44 static int      lexeme_match(const void *key1, const void *key2, Size keysize);
45 static int      lexeme_compare(const void *key1, const void *key2);
46 static int      trackitem_compare_frequencies_desc(const void *e1, const void *e2);
47 static int      trackitem_compare_lexemes(const void *e1, const void *e2);
48
49
50 /*
51  *      ts_typanalyze -- a custom typanalyze function for tsvector columns
52  */
53 Datum
54 ts_typanalyze(PG_FUNCTION_ARGS)
55 {
56         VacAttrStats *stats = (VacAttrStats *) PG_GETARG_POINTER(0);
57         Form_pg_attribute attr = stats->attr;
58
59         /* If the attstattarget column is negative, use the default value */
60         /* NB: it is okay to scribble on stats->attr since it's a copy */
61         if (attr->attstattarget < 0)
62                 attr->attstattarget = default_statistics_target;
63
64         stats->compute_stats = compute_tsvector_stats;
65         /* see comment about the choice of minrows in commands/analyze.c */
66         stats->minrows = 300 * attr->attstattarget;
67
68         PG_RETURN_BOOL(true);
69 }
70
71 /*
72  *      compute_tsvector_stats() -- compute statistics for a tsvector column
73  *
74  *      This functions computes statistics that are useful for determining @@
75  *      operations' selectivity, along with the fraction of non-null rows and
76  *      average width.
77  *
78  *      Instead of finding the most common values, as we do for most datatypes,
79  *      we're looking for the most common lexemes. This is more useful, because
80  *      there most probably won't be any two rows with the same tsvector and thus
81  *      the notion of a MCV is a bit bogus with this datatype. With a list of the
82  *      most common lexemes we can do a better job at figuring out @@ selectivity.
83  *
84  *      For the same reasons we assume that tsvector columns are unique when
85  *      determining the number of distinct values.
86  *
87  *      The algorithm used is Lossy Counting, as proposed in the paper "Approximate
88  *      frequency counts over data streams" by G. S. Manku and R. Motwani, in
89  *      Proceedings of the 28th International Conference on Very Large Data Bases,
90  *      Hong Kong, China, August 2002, section 4.2. The paper is available at
91  *      http://www.vldb.org/conf/2002/S10P03.pdf
92  *
93  *      The Lossy Counting (aka LC) algorithm goes like this:
94  *      Let s be the threshold frequency for an item (the minimum frequency we
95  *      are interested in) and epsilon the error margin for the frequency. Let D
96  *      be a set of triples (e, f, delta), where e is an element value, f is that
97  *      element's frequency (actually, its current occurrence count) and delta is
98  *      the maximum error in f. We start with D empty and process the elements in
99  *      batches of size w. (The batch size is also known as "bucket size" and is
100  *      equal to 1/epsilon.) Let the current batch number be b_current, starting
101  *      with 1. For each element e we either increment its f count, if it's
102  *      already in D, or insert a new triple into D with values (e, 1, b_current
103  *      - 1). After processing each batch we prune D, by removing from it all
104  *      elements with f + delta <= b_current.  After the algorithm finishes we
105  *      suppress all elements from D that do not satisfy f >= (s - epsilon) * N,
106  *      where N is the total number of elements in the input.  We emit the
107  *      remaining elements with estimated frequency f/N.  The LC paper proves
108  *      that this algorithm finds all elements with true frequency at least s,
109  *      and that no frequency is overestimated or is underestimated by more than
110  *      epsilon.  Furthermore, given reasonable assumptions about the input
111  *      distribution, the required table size is no more than about 7 times w.
112  *
113  *      We set s to be the estimated frequency of the K'th word in a natural
114  *      language's frequency table, where K is the target number of entries in
115  *      the MCELEM array plus an arbitrary constant, meant to reflect the fact
116  *      that the most common words in any language would usually be stopwords
117  *      so we will not actually see them in the input.  We assume that the
118  *      distribution of word frequencies (including the stopwords) follows Zipf's
119  *      law with an exponent of 1.
120  *
121  *      Assuming Zipfian distribution, the frequency of the K'th word is equal
122  *      to 1/(K * H(W)) where H(n) is 1/2 + 1/3 + ... + 1/n and W is the number of
123  *      words in the language.  Putting W as one million, we get roughly 0.07/K.
124  *      Assuming top 10 words are stopwords gives s = 0.07/(K + 10).  We set
125  *      epsilon = s/10, which gives bucket width w = (K + 10)/0.007 and
126  *      maximum expected hashtable size of about 1000 * (K + 10).
127  *
128  *      Note: in the above discussion, s, epsilon, and f/N are in terms of a
129  *      lexeme's frequency as a fraction of all lexemes seen in the input.
130  *      However, what we actually want to store in the finished pg_statistic
131  *      entry is each lexeme's frequency as a fraction of all rows that it occurs
132  *      in.  Assuming that the input tsvectors are correctly constructed, no
133  *      lexeme occurs more than once per tsvector, so the final count f is a
134  *      correct estimate of the number of input tsvectors it occurs in, and we
135  *      need only change the divisor from N to nonnull_cnt to get the number we
136  *      want.
137  */
138 static void
139 compute_tsvector_stats(VacAttrStats *stats,
140                                            AnalyzeAttrFetchFunc fetchfunc,
141                                            int samplerows,
142                                            double totalrows)
143 {
144         int                     num_mcelem;
145         int                     null_cnt = 0;
146         double          total_width = 0;
147
148         /* This is D from the LC algorithm. */
149         HTAB       *lexemes_tab;
150         HASHCTL         hash_ctl;
151         HASH_SEQ_STATUS scan_status;
152
153         /* This is the current bucket number from the LC algorithm */
154         int                     b_current;
155
156         /* This is 'w' from the LC algorithm */
157         int                     bucket_width;
158         int                     vector_no,
159                                 lexeme_no;
160         LexemeHashKey hash_key;
161         TrackItem  *item;
162
163         /*
164          * We want statistics_target * 10 lexemes in the MCELEM array.  This
165          * multiplier is pretty arbitrary, but is meant to reflect the fact that
166          * the number of individual lexeme values tracked in pg_statistic ought to
167          * be more than the number of values for a simple scalar column.
168          */
169         num_mcelem = stats->attr->attstattarget * 10;
170
171         /*
172          * We set bucket width equal to (num_mcelem + 10) / 0.007 as per the
173          * comment above.
174          */
175         bucket_width = (num_mcelem + 10) * 1000 / 7;
176
177         /*
178          * Create the hashtable. It will be in local memory, so we don't need to
179          * worry about overflowing the initial size. Also we don't need to pay any
180          * attention to locking and memory management.
181          */
182         MemSet(&hash_ctl, 0, sizeof(hash_ctl));
183         hash_ctl.keysize = sizeof(LexemeHashKey);
184         hash_ctl.entrysize = sizeof(TrackItem);
185         hash_ctl.hash = lexeme_hash;
186         hash_ctl.match = lexeme_match;
187         hash_ctl.hcxt = CurrentMemoryContext;
188         lexemes_tab = hash_create("Analyzed lexemes table",
189                                                           bucket_width * 7,
190                                                           &hash_ctl,
191                                         HASH_ELEM | HASH_FUNCTION | HASH_COMPARE | HASH_CONTEXT);
192
193         /* Initialize counters. */
194         b_current = 1;
195         lexeme_no = 0;
196
197         /* Loop over the tsvectors. */
198         for (vector_no = 0; vector_no < samplerows; vector_no++)
199         {
200                 Datum           value;
201                 bool            isnull;
202                 TSVector        vector;
203                 WordEntry  *curentryptr;
204                 char       *lexemesptr;
205                 int                     j;
206
207                 vacuum_delay_point();
208
209                 value = fetchfunc(stats, vector_no, &isnull);
210
211                 /*
212                  * Check for null/nonnull.
213                  */
214                 if (isnull)
215                 {
216                         null_cnt++;
217                         continue;
218                 }
219
220                 /*
221                  * Add up widths for average-width calculation.  Since it's a
222                  * tsvector, we know it's varlena.  As in the regular
223                  * compute_minimal_stats function, we use the toasted width for this
224                  * calculation.
225                  */
226                 total_width += VARSIZE_ANY(DatumGetPointer(value));
227
228                 /*
229                  * Now detoast the tsvector if needed.
230                  */
231                 vector = DatumGetTSVector(value);
232
233                 /*
234                  * We loop through the lexemes in the tsvector and add them to our
235                  * tracking hashtable.  Note: the hashtable entries will point into
236                  * the (detoasted) tsvector value, therefore we cannot free that
237                  * storage until we're done.
238                  */
239                 lexemesptr = STRPTR(vector);
240                 curentryptr = ARRPTR(vector);
241                 for (j = 0; j < vector->size; j++)
242                 {
243                         bool            found;
244
245                         /* Construct a hash key */
246                         hash_key.lexeme = lexemesptr + curentryptr->pos;
247                         hash_key.length = curentryptr->len;
248
249                         /* Lookup current lexeme in hashtable, adding it if new */
250                         item = (TrackItem *) hash_search(lexemes_tab,
251                                                                                          (const void *) &hash_key,
252                                                                                          HASH_ENTER, &found);
253
254                         if (found)
255                         {
256                                 /* The lexeme is already on the tracking list */
257                                 item->frequency++;
258                         }
259                         else
260                         {
261                                 /* Initialize new tracking list element */
262                                 item->frequency = 1;
263                                 item->delta = b_current - 1;
264                         }
265
266                         /* lexeme_no is the number of elements processed (ie N) */
267                         lexeme_no++;
268
269                         /* We prune the D structure after processing each bucket */
270                         if (lexeme_no % bucket_width == 0)
271                         {
272                                 prune_lexemes_hashtable(lexemes_tab, b_current);
273                                 b_current++;
274                         }
275
276                         /* Advance to the next WordEntry in the tsvector */
277                         curentryptr++;
278                 }
279         }
280
281         /* We can only compute real stats if we found some non-null values. */
282         if (null_cnt < samplerows)
283         {
284                 int                     nonnull_cnt = samplerows - null_cnt;
285                 int                     i;
286                 TrackItem **sort_table;
287                 int                     track_len;
288                 int                     cutoff_freq;
289                 int                     minfreq,
290                                         maxfreq;
291
292                 stats->stats_valid = true;
293                 /* Do the simple null-frac and average width stats */
294                 stats->stanullfrac = (double) null_cnt / (double) samplerows;
295                 stats->stawidth = total_width / (double) nonnull_cnt;
296
297                 /* Assume it's a unique column (see notes above) */
298                 stats->stadistinct = -1.0;
299
300                 /*
301                  * Construct an array of the interesting hashtable items, that is,
302                  * those meeting the cutoff frequency (s - epsilon)*N.  Also identify
303                  * the minimum and maximum frequencies among these items.
304                  *
305                  * Since epsilon = s/10 and bucket_width = 1/epsilon, the cutoff
306                  * frequency is 9*N / bucket_width.
307                  */
308                 cutoff_freq = 9 * lexeme_no / bucket_width;
309
310                 i = hash_get_num_entries(lexemes_tab);  /* surely enough space */
311                 sort_table = (TrackItem **) palloc(sizeof(TrackItem *) * i);
312
313                 hash_seq_init(&scan_status, lexemes_tab);
314                 track_len = 0;
315                 minfreq = lexeme_no;
316                 maxfreq = 0;
317                 while ((item = (TrackItem *) hash_seq_search(&scan_status)) != NULL)
318                 {
319                         if (item->frequency > cutoff_freq)
320                         {
321                                 sort_table[track_len++] = item;
322                                 minfreq = Min(minfreq, item->frequency);
323                                 maxfreq = Max(maxfreq, item->frequency);
324                         }
325                 }
326                 Assert(track_len <= i);
327
328                 /* emit some statistics for debug purposes */
329                 elog(DEBUG3, "tsvector_stats: target # mces = %d, bucket width = %d, "
330                          "# lexemes = %d, hashtable size = %d, usable entries = %d",
331                          num_mcelem, bucket_width, lexeme_no, i, track_len);
332
333                 /*
334                  * If we obtained more lexemes than we really want, get rid of those
335                  * with least frequencies.      The easiest way is to qsort the array into
336                  * descending frequency order and truncate the array.
337                  */
338                 if (num_mcelem < track_len)
339                 {
340                         qsort(sort_table, track_len, sizeof(TrackItem *),
341                                   trackitem_compare_frequencies_desc);
342                         /* reset minfreq to the smallest frequency we're keeping */
343                         minfreq = sort_table[num_mcelem - 1]->frequency;
344                 }
345                 else
346                         num_mcelem = track_len;
347
348                 /* Generate MCELEM slot entry */
349                 if (num_mcelem > 0)
350                 {
351                         MemoryContext old_context;
352                         Datum      *mcelem_values;
353                         float4     *mcelem_freqs;
354
355                         /*
356                          * We want to store statistics sorted on the lexeme value using
357                          * first length, then byte-for-byte comparison. The reason for
358                          * doing length comparison first is that we don't care about the
359                          * ordering so long as it's consistent, and comparing lengths
360                          * first gives us a chance to avoid a strncmp() call.
361                          *
362                          * This is different from what we do with scalar statistics --
363                          * they get sorted on frequencies. The rationale is that we
364                          * usually search through most common elements looking for a
365                          * specific value, so we can grab its frequency.  When values are
366                          * presorted we can employ binary search for that.      See
367                          * ts_selfuncs.c for a real usage scenario.
368                          */
369                         qsort(sort_table, num_mcelem, sizeof(TrackItem *),
370                                   trackitem_compare_lexemes);
371
372                         /* Must copy the target values into anl_context */
373                         old_context = MemoryContextSwitchTo(stats->anl_context);
374
375                         /*
376                          * We sorted statistics on the lexeme value, but we want to be
377                          * able to find out the minimal and maximal frequency without
378                          * going through all the values.  We keep those two extra
379                          * frequencies in two extra cells in mcelem_freqs.
380                          *
381                          * (Note: the MCELEM statistics slot definition allows for a third
382                          * extra number containing the frequency of nulls, but we don't
383                          * create that for a tsvector column, since null elements aren't
384                          * possible.)
385                          */
386                         mcelem_values = (Datum *) palloc(num_mcelem * sizeof(Datum));
387                         mcelem_freqs = (float4 *) palloc((num_mcelem + 2) * sizeof(float4));
388
389                         /*
390                          * See comments above about use of nonnull_cnt as the divisor for
391                          * the final frequency estimates.
392                          */
393                         for (i = 0; i < num_mcelem; i++)
394                         {
395                                 TrackItem  *item = sort_table[i];
396
397                                 mcelem_values[i] =
398                                         PointerGetDatum(cstring_to_text_with_len(item->key.lexeme,
399                                                                                                                   item->key.length));
400                                 mcelem_freqs[i] = (double) item->frequency / (double) nonnull_cnt;
401                         }
402                         mcelem_freqs[i++] = (double) minfreq / (double) nonnull_cnt;
403                         mcelem_freqs[i] = (double) maxfreq / (double) nonnull_cnt;
404                         MemoryContextSwitchTo(old_context);
405
406                         stats->stakind[0] = STATISTIC_KIND_MCELEM;
407                         stats->staop[0] = TextEqualOperator;
408                         stats->stanumbers[0] = mcelem_freqs;
409                         /* See above comment about two extra frequency fields */
410                         stats->numnumbers[0] = num_mcelem + 2;
411                         stats->stavalues[0] = mcelem_values;
412                         stats->numvalues[0] = num_mcelem;
413                         /* We are storing text values */
414                         stats->statypid[0] = TEXTOID;
415                         stats->statyplen[0] = -1;       /* typlen, -1 for varlena */
416                         stats->statypbyval[0] = false;
417                         stats->statypalign[0] = 'i';
418                 }
419         }
420         else
421         {
422                 /* We found only nulls; assume the column is entirely null */
423                 stats->stats_valid = true;
424                 stats->stanullfrac = 1.0;
425                 stats->stawidth = 0;    /* "unknown" */
426                 stats->stadistinct = 0.0;               /* "unknown" */
427         }
428
429         /*
430          * We don't need to bother cleaning up any of our temporary palloc's. The
431          * hashtable should also go away, as it used a child memory context.
432          */
433 }
434
435 /*
436  *      A function to prune the D structure from the Lossy Counting algorithm.
437  *      Consult compute_tsvector_stats() for wider explanation.
438  */
439 static void
440 prune_lexemes_hashtable(HTAB *lexemes_tab, int b_current)
441 {
442         HASH_SEQ_STATUS scan_status;
443         TrackItem  *item;
444
445         hash_seq_init(&scan_status, lexemes_tab);
446         while ((item = (TrackItem *) hash_seq_search(&scan_status)) != NULL)
447         {
448                 if (item->frequency + item->delta <= b_current)
449                 {
450                         if (hash_search(lexemes_tab, (const void *) &item->key,
451                                                         HASH_REMOVE, NULL) == NULL)
452                                 elog(ERROR, "hash table corrupted");
453                 }
454         }
455 }
456
457 /*
458  * Hash functions for lexemes. They are strings, but not NULL terminated,
459  * so we need a special hash function.
460  */
461 static uint32
462 lexeme_hash(const void *key, Size keysize)
463 {
464         const LexemeHashKey *l = (const LexemeHashKey *) key;
465
466         return DatumGetUInt32(hash_any((const unsigned char *) l->lexeme,
467                                                                    l->length));
468 }
469
470 /*
471  *      Matching function for lexemes, to be used in hashtable lookups.
472  */
473 static int
474 lexeme_match(const void *key1, const void *key2, Size keysize)
475 {
476         /* The keysize parameter is superfluous, the keys store their lengths */
477         return lexeme_compare(key1, key2);
478 }
479
480 /*
481  *      Comparison function for lexemes.
482  */
483 static int
484 lexeme_compare(const void *key1, const void *key2)
485 {
486         const LexemeHashKey *d1 = (const LexemeHashKey *) key1;
487         const LexemeHashKey *d2 = (const LexemeHashKey *) key2;
488
489         /* First, compare by length */
490         if (d1->length > d2->length)
491                 return 1;
492         else if (d1->length < d2->length)
493                 return -1;
494         /* Lengths are equal, do a byte-by-byte comparison */
495         return strncmp(d1->lexeme, d2->lexeme, d1->length);
496 }
497
498 /*
499  *      qsort() comparator for sorting TrackItems on frequencies (descending sort)
500  */
501 static int
502 trackitem_compare_frequencies_desc(const void *e1, const void *e2)
503 {
504         const TrackItem *const * t1 = (const TrackItem *const *) e1;
505         const TrackItem *const * t2 = (const TrackItem *const *) e2;
506
507         return (*t2)->frequency - (*t1)->frequency;
508 }
509
510 /*
511  *      qsort() comparator for sorting TrackItems on lexemes
512  */
513 static int
514 trackitem_compare_lexemes(const void *e1, const void *e2)
515 {
516         const TrackItem *const * t1 = (const TrackItem *const *) e1;
517         const TrackItem *const * t2 = (const TrackItem *const *) e2;
518
519         return lexeme_compare(&(*t1)->key, &(*t2)->key);
520 }