網(wǎng)絡(luò)爬蟲

網(wǎng)絡(luò)爬蟲又稱網(wǎng)絡(luò)蜘蛛、網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人和網(wǎng)絡(luò)追蹤器，是按照一定規(guī)則自動(dòng)抓取互聯(lián)網(wǎng)信息的程序或腳本。它們廣泛用于互聯(lián)網(wǎng)搜索引擎或其他類似網(wǎng)站，可以自動(dòng)收集所有可以訪問(wèn)的頁(yè)面內(nèi)容以獲取或更新這些網(wǎng)站的內(nèi)容。網(wǎng)絡(luò)爬蟲可以從公共網(wǎng)頁(yè)中抓取數(shù)據(jù)，為金融分析和市場(chǎng)趨勢(shì)預(yù)測(cè)等不同領(lǐng)域提供數(shù)據(jù)支持。

網(wǎng)絡(luò)爬蟲技術(shù)起源于90年代初的搜索引擎。1994年初，美國(guó)華盛頓大學(xué)的師生開發(fā)了一種在互聯(lián)網(wǎng)上搜索信息的工具。該工具于1994年4月20日正式完成，是網(wǎng)絡(luò)爬蟲的雛形。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，它們已經(jīng)成為不可或缺的工具。現(xiàn)代爬蟲技術(shù)在搜索引擎中占據(jù)核心地位，其目的是提高爬行速度、擴(kuò)大數(shù)據(jù)范圍和提高爬行精度。

從互聯(lián)網(wǎng)上收集信息是一項(xiàng)重要的任務(wù)，而爬蟲的出現(xiàn)在一定程度上取代了人工訪問(wèn)網(wǎng)頁(yè)，實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的自動(dòng)收集，從而更高效地利用互聯(lián)網(wǎng)中的有效信息。基本爬蟲主要包括數(shù)據(jù)采集、處理和存儲(chǔ)。高級(jí)爬蟲引入了更復(fù)雜的技術(shù)，如并發(fā)編程或分布式技術(shù)，并配備了調(diào)度程序和后臺(tái)管理功能。根據(jù)數(shù)據(jù)的不同使用場(chǎng)景、爬行形式、存儲(chǔ)方式和實(shí)現(xiàn)方式，爬蟲還可以進(jìn)一步細(xì)分為不同的類別。

背景

互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代以來(lái)，通過(guò)分析海量數(shù)據(jù)可以產(chǎn)生巨大的商業(yè)價(jià)值。數(shù)據(jù)市場(chǎng)充斥著各種數(shù)據(jù)，例如企業(yè)在生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中會(huì)產(chǎn)生大量與自身業(yè)務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)，政府和機(jī)構(gòu)也會(huì)發(fā)布一些公共數(shù)據(jù)。如果數(shù)據(jù)市場(chǎng)上沒(méi)有需要的數(shù)據(jù)，或者價(jià)格太高無(wú)法購(gòu)買，那么可以使用爬蟲技術(shù)來(lái)抓取網(wǎng)站上的數(shù)據(jù)。搜索引擎和個(gè)人或單位都需要從公共網(wǎng)站上抓取大量數(shù)據(jù)。在這種需求下，爬蟲技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并迅速發(fā)展成為一項(xiàng)成熟的技術(shù)。

發(fā)展

隨著互聯(lián)網(wǎng)的興起，早期的網(wǎng)絡(luò)爬蟲作為搜索引擎的關(guān)鍵功能部分出現(xiàn)。1990年，阿奇搜索引擎的出現(xiàn)標(biāo)志著網(wǎng)絡(luò)爬蟲研究的開始。后來(lái)在1993年，麻省理工學(xué)院（MIT）的馬修·格雷開發(fā)了一個(gè)名為萬(wàn)維網(wǎng)漫游者（World wide Web Wanderer）的爬蟲系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以統(tǒng)計(jì)互聯(lián)網(wǎng)中的服務(wù)器數(shù)量，為爬蟲系統(tǒng)的后續(xù)開發(fā)提供了一個(gè)非常重要的設(shè)計(jì)思路。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，新的網(wǎng)絡(luò)爬蟲不斷涌現(xiàn)。1994年，出現(xiàn)了機(jī)器人、蜘蛛和爬蟲等自動(dòng)跟蹤和索引程序。

網(wǎng)絡(luò)爬蟲技術(shù)的發(fā)展與搜索引擎的興起密切相關(guān)。1994年初，為了支持布萊恩·平克頓的項(xiàng)目，美國(guó)華盛頓大學(xué)的師生團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種在互聯(lián)網(wǎng)上搜索信息的工具。該工具于1994年4月20日正式完成，被認(rèn)為是現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)爬蟲的雛形。它是第一個(gè)網(wǎng)頁(yè)全文搜索引擎，使用廣度優(yōu)先策略遍歷網(wǎng)頁(yè)。同年4月，楊致遠(yuǎn)和斯坦福大學(xué)的大衛(wèi)·費(fèi)羅共同創(chuàng)立了雅虎，其搜索引擎后來(lái)成為一個(gè)有影響力的分類搜索引擎。隨后，Lycos、Infoseek、Metacrawler和HotBot等搜索引擎相繼推出。

1995年春，來(lái)自數(shù)字設(shè)備公司（DEC）的三名科學(xué)家開發(fā)了Altavista搜索引擎，并于同年12月開始提供信息檢索服務(wù)。這是使用爬蟲技術(shù)索引網(wǎng)頁(yè)的第一個(gè)例子之一。

1997年，分布式網(wǎng)絡(luò)爬蟲技術(shù)的出現(xiàn)進(jìn)一步推動(dòng)了搜索引擎技術(shù)的發(fā)展。同年年底，斯坦福大學(xué)的拉里·佩奇、謝爾蓋·布林、斯科特·哈桑和艾倫·斯特倫伯格共同開發(fā)了谷歌搜索引擎，開啟了由搜索引擎主導(dǎo)的互聯(lián)網(wǎng)新時(shí)代。謝爾蓋·布林和拉里·佩奇在1998年開發(fā)的PageRank算法極大地改善了搜索引擎的效果，后來(lái)成為谷歌爬蟲的著名算法。

2002年，開源網(wǎng)絡(luò)搜索引擎Apache Nutch發(fā)布。Nutch項(xiàng)目是網(wǎng)絡(luò)爬蟲的一個(gè)原型，通過(guò)開源代碼推動(dòng)了網(wǎng)絡(luò)爬蟲技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界對(duì)網(wǎng)絡(luò)爬蟲的研究和應(yīng)用。

現(xiàn)狀

隨著技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)爬蟲經(jīng)歷了從單一處理模式到分布式并行處理的顯著演變。起初，爬蟲技術(shù)僅限于捕獲靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)信息，但后來(lái)發(fā)展到能夠處理動(dòng)態(tài)和實(shí)時(shí)加載的頁(yè)面內(nèi)容。數(shù)據(jù)爬行的范圍和準(zhǔn)確性也得到了改進(jìn)，從一般的爬行到更有針對(duì)性和更準(zhǔn)確的目標(biāo)數(shù)據(jù)爬行。尤其是在線社交網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的抓取中，高效、準(zhǔn)確的爬蟲程序成為獲取有價(jià)值數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。

Google和AltaVista等著名搜索引擎采用的分布式網(wǎng)絡(luò)爬蟲系統(tǒng)通過(guò)在短時(shí)間內(nèi)收集大量網(wǎng)頁(yè)，顯著提高了搜索引擎的效率。現(xiàn)代分布式網(wǎng)絡(luò)爬蟲主要采用主從分布模式，由一個(gè)中心控制節(jié)點(diǎn)將任務(wù)分配給從節(jié)點(diǎn)，使得爬蟲任務(wù)更加高效和集中。這些技術(shù)的發(fā)展不僅提高了爬蟲的功能性，而且拓寬了其應(yīng)用范圍，使爬蟲成為獲取和處理大量網(wǎng)絡(luò)信息的重要工具。

自動(dòng)爬蟲工具的出現(xiàn)進(jìn)一步簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)抓取過(guò)程，如Octopus Collector、ParseHub、WebHarvy等。這些工具通常操作簡(jiǎn)單，功能多樣，可以更好地幫助用戶獲取更廣泛、更多類型的信息資源。

基本原理

網(wǎng)絡(luò)爬蟲的原理基本相同，其基本功能是通過(guò)廣度優(yōu)先搜索策略、深度優(yōu)先搜索策略或最佳優(yōu)先搜索策略遍歷網(wǎng)站資源，從而自動(dòng)抓取萬(wàn)維網(wǎng)上的信息。

一個(gè)基本的爬蟲通常分為三個(gè)部分:數(shù)據(jù)獲取（網(wǎng)頁(yè)下載）、數(shù)據(jù)處理（網(wǎng)頁(yè)分析）和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（持久有用信息）。更高級(jí)的爬蟲在收集和處理數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)使用并發(fā)編程或分布式技術(shù)，這可能還包括調(diào)度程序和后臺(tái)管理程序（監(jiān)視爬蟲的工作狀態(tài)并檢查數(shù)據(jù)爬行的結(jié)果）。

通用網(wǎng)絡(luò)爬蟲工作時(shí)需要一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)頁(yè)的URL作為預(yù)定義的初始化值；從URL隊(duì)列中抓取URL作為初始值，解析DNS，獲取主機(jī)IP地址，最后下載URL對(duì)應(yīng)的網(wǎng)頁(yè)并存儲(chǔ)在下載的網(wǎng)頁(yè)庫(kù)中。此外，這些URL被放入已爬網(wǎng)URL隊(duì)列中，通過(guò)解析已爬網(wǎng)網(wǎng)頁(yè)提取新URL，并對(duì)新URL進(jìn)行重復(fù)數(shù)據(jù)刪除。如果不對(duì)它們進(jìn)行去重，爬蟲將陷入無(wú)限循環(huán)而無(wú)法終止任務(wù)，并不斷提取當(dāng)前頁(yè)面的URL作為新的URL并將其存儲(chǔ)在排序隊(duì)列中，直到滿足爬蟲的某個(gè)停止條件。

爬蟲算法

基本爬蟲算法使用包含統(tǒng)一資源定位器（URL）和選擇算法A的種子集S作為輸入。概括地說(shuō)，算法A根據(jù)當(dāng)前邊界列表確定下一個(gè)要爬行的文檔，該列表表示從網(wǎng)頁(yè)中提取的URL，這些是爬蟲程序最終可以爬行的候選頁(yè)面。選擇算法A決定了爬蟲用來(lái)發(fā)現(xiàn)資源的基本策略。例如，如果一個(gè)新的URL被添加到URL隊(duì)列的末尾，而算法A從隊(duì)列的頭部選擇一個(gè)文檔，則該策略對(duì)應(yīng)于寬度優(yōu)先算法。

抓取過(guò)程

網(wǎng)絡(luò)爬蟲的爬行過(guò)程如下:

手動(dòng)選擇一些種子URL并將其放入要爬取的URL隊(duì)列中，也可以由用戶指定的一個(gè)或多個(gè)初始爬取頁(yè)面來(lái)決定。

根據(jù)初始URL地址爬取頁(yè)面后，將相應(yīng)的網(wǎng)頁(yè)存儲(chǔ)在原始數(shù)據(jù)庫(kù)中，并在此過(guò)程中找到并獲取新的URL地址。

將新獲取的URL地址放入U(xiǎn)RL隊(duì)列進(jìn)行重復(fù)數(shù)據(jù)刪除并跟蹤爬網(wǎng)進(jìn)度。然而，由于網(wǎng)絡(luò)垃圾郵件、蜘蛛陷阱、主題偏好或隊(duì)列大小的實(shí)際限制，所有未訪問(wèn)的URL在爬行期間都無(wú)法添加到URL隊(duì)列中。

從URL隊(duì)列中讀取新URL，根據(jù)新URL爬取網(wǎng)頁(yè)，同時(shí)從新網(wǎng)頁(yè)中獲取新URL，重復(fù)上述爬取過(guò)程。當(dāng)隊(duì)列為空時(shí)，進(jìn)程停止。空隊(duì)列不一定意味著爬蟲已經(jīng)爬行了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)不是強(qiáng)連接的，并且大多數(shù)隨機(jī)選擇的種子集無(wú)法到達(dá)許多頁(yè)面。

客戶搜尋:銷售理財(cái)產(chǎn)品時(shí)，找到目標(biāo)客戶及其聯(lián)系方式是關(guān)鍵。網(wǎng)絡(luò)爬蟲可以根據(jù)設(shè)定的營(yíng)銷活動(dòng)規(guī)則從互聯(lián)網(wǎng)上自動(dòng)收集目標(biāo)用戶的聯(lián)系信息。

數(shù)據(jù)收集:數(shù)據(jù)收集需要網(wǎng)絡(luò)爬蟲從目標(biāo)網(wǎng)站上的網(wǎng)頁(yè)下載文本或圖片到指定位置。這個(gè)過(guò)程需要完成以下配置任務(wù):下載網(wǎng)頁(yè)配置、解析網(wǎng)頁(yè)配置、批改結(jié)果配置和數(shù)據(jù)輸出配置。

搜索引擎:網(wǎng)絡(luò)爬蟲是搜索引擎的核心模塊。爬蟲幫助搜索引擎捕獲互聯(lián)網(wǎng)上的web信息，然后將信息存儲(chǔ)在原始web數(shù)據(jù)庫(kù)中。

網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控:網(wǎng)絡(luò)爬蟲可作為項(xiàng)目的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)。它通過(guò)抓取公開發(fā)布的數(shù)據(jù)和服務(wù)狀態(tài)（如基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)、平臺(tái)服務(wù)和軟件即服務(wù)）來(lái)提供有效的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和數(shù)據(jù)聚合，以滿足用戶對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)控的需求。

信息推薦:網(wǎng)絡(luò)爬蟲可以在網(wǎng)絡(luò)上捕獲符合用戶偏好的相關(guān)信息并傳輸給用戶。在這個(gè)過(guò)程中，用戶無(wú)需任何操作即可滿足自己的個(gè)性化需求，節(jié)省了用戶的時(shí)間，提高了用戶的體驗(yàn)滿意度。

數(shù)據(jù)挖掘:數(shù)據(jù)挖掘是以數(shù)據(jù)為研究對(duì)象的任務(wù)，任務(wù)的核心點(diǎn)是數(shù)據(jù)。爬蟲技術(shù)是收集網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的好工具，因此網(wǎng)絡(luò)爬蟲也可以用來(lái)挖掘數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)提供:在金融領(lǐng)域，可以使用網(wǎng)絡(luò)爬蟲收集數(shù)據(jù)資源，集中處理金融經(jīng)濟(jì)的發(fā)展信息和相關(guān)數(shù)據(jù)，從而為經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)、金融投資和風(fēng)險(xiǎn)分析提供全面的數(shù)據(jù)支持。

廣告過(guò)濾:瀏覽網(wǎng)頁(yè)時(shí)，廣告信息頻繁出現(xiàn)，造成干擾。網(wǎng)絡(luò)爬蟲可以用來(lái)抓取網(wǎng)頁(yè)信息并自動(dòng)過(guò)濾掉這些廣告，使信息閱讀更加方便。

數(shù)據(jù)分析:在網(wǎng)站上購(gòu)買產(chǎn)品時(shí)需要了解暢銷品牌、價(jià)格趨勢(shì)等信息。對(duì)于普通用戶來(lái)說(shuō)，手動(dòng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)既費(fèi)時(shí)又不方便。網(wǎng)絡(luò)爬蟲可以很容易地收集這些數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析。

根據(jù)使用場(chǎng)景

通用爬蟲是搜索引擎爬行系統(tǒng)的重要組成部分，而聚焦爬蟲是一種“滿足特定主題需求”的網(wǎng)絡(luò)爬蟲程序。

通用爬行動(dòng)物：通用爬蟲又稱全網(wǎng)爬蟲，旨在盡可能高效地抓取互聯(lián)網(wǎng)上的各種網(wǎng)頁(yè)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行存儲(chǔ)和檢索，主要為門戶搜索引擎和大規(guī)模Web服務(wù)收集數(shù)據(jù)。這類網(wǎng)絡(luò)爬蟲的爬取范圍和數(shù)量巨大，要求爬取速度快、存儲(chǔ)空間大，爬取頁(yè)面的順序較低。通常并行工作，但刷新頁(yè)面需要很長(zhǎng)時(shí)間。通用網(wǎng)絡(luò)爬蟲適用于搜索廣泛的主題，具有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。基于通用網(wǎng)絡(luò)爬蟲的搜索引擎大多提供基于關(guān)鍵詞的檢索，難以支持基于語(yǔ)義信息的查詢，無(wú)法準(zhǔn)確理解用戶的具體需求。針對(duì)這些情況，聚焦網(wǎng)絡(luò)爬蟲技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。

搜索引擎：焦點(diǎn)爬蟲，也稱為主題網(wǎng)絡(luò)爬蟲，是一種“面向特定主題需求”的網(wǎng)絡(luò)爬蟲程序，它將有選擇地爬行那些與預(yù)定義主題相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)爬蟲。聚焦爬蟲工作的基本目標(biāo)是通過(guò)編寫爬蟲程序，從一個(gè)或多個(gè)初始URL開始，獲取符合某個(gè)主題的特定網(wǎng)頁(yè)的URL，然后根據(jù)這些URL抓取網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容并從中提取有價(jià)值的信息，這些信息將用于進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析。與一般爬蟲相比，聚焦爬蟲只需抓取與主題相關(guān)的頁(yè)面，大大節(jié)省了硬件和網(wǎng)絡(luò)資源；保存的頁(yè)面也因?yàn)閿?shù)量少而更新很快，可以很好地滿足一些特定人群對(duì)特定領(lǐng)域信息的需求。

按搜索形式劃分

累積爬蟲用于數(shù)據(jù)集的整體建立或大規(guī)模更新，而增量爬蟲主要針對(duì)數(shù)據(jù)集的日常維護(hù)和實(shí)時(shí)更新。

累積爬行動(dòng)物：累積爬蟲是指從某個(gè)時(shí)間點(diǎn)開始遍歷允許系統(tǒng)存儲(chǔ)和處理的所有網(wǎng)頁(yè)。累積爬蟲常用于數(shù)據(jù)集的整體建立或大規(guī)模更新。在理想的軟硬件環(huán)境下，經(jīng)過(guò)足夠的運(yùn)行時(shí)間后，累積爬取的策略可以保證爬取相當(dāng)多的網(wǎng)頁(yè)集合。然而，由于Web數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)特性，集合中網(wǎng)頁(yè)的爬取時(shí)間不同，更新頁(yè)面的情況也不同，因此累積爬取的網(wǎng)頁(yè)集合無(wú)法與真實(shí)環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)保持一致。

增量爬行動(dòng)物：增量爬蟲是指具有一定規(guī)模的網(wǎng)頁(yè)集合，通過(guò)更新數(shù)據(jù)來(lái)選擇現(xiàn)有集合中過(guò)時(shí)的網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行爬取，以保證爬取的數(shù)據(jù)足夠接近真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。增量爬蟲主要針對(duì)數(shù)據(jù)集的日常維護(hù)和實(shí)時(shí)更新。增量爬取的前提是系統(tǒng)已經(jīng)爬取了足夠數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)頁(yè)面，并且擁有這些被爬取頁(yè)面的時(shí)間信息。與周期性抓取和刷新頁(yè)面的網(wǎng)絡(luò)爬蟲相比，增量爬蟲只在必要時(shí)抓取新生成或更新的頁(yè)面，不重新下載未更改的頁(yè)面，可以有效減少數(shù)據(jù)下載量，及時(shí)更新抓取的頁(yè)面，減少時(shí)間和空間消耗，但增加了抓取算法的復(fù)雜度和實(shí)現(xiàn)難度。

根據(jù)數(shù)據(jù)抓取方式

網(wǎng)頁(yè)根據(jù)其存在形式可以分為表層網(wǎng)頁(yè)和深層網(wǎng)頁(yè)。這兩種網(wǎng)頁(yè)的爬蟲分別稱為表面爬蟲和深度爬蟲。

表面爬行動(dòng)物：爬取表面網(wǎng)頁(yè)的爬蟲稱為表面爬蟲。表面頁(yè)面是指可以被傳統(tǒng)搜索引擎索引的頁(yè)面，網(wǎng)頁(yè)主要由可以通過(guò)超鏈接到達(dá)的靜態(tài)頁(yè)面組成。

深層爬行動(dòng)物：爬取深度網(wǎng)頁(yè)的爬蟲稱為深度爬蟲。深度網(wǎng)頁(yè)是那些大部分內(nèi)容無(wú)法通過(guò)靜態(tài)鏈接獲得并隱藏在搜索表單后面的網(wǎng)頁(yè)，只有用戶提交一些關(guān)鍵字才能獲得。例如，在用戶注冊(cè)之前內(nèi)容不可見的網(wǎng)頁(yè)就是深度網(wǎng)頁(yè)。因此，deep web爬蟲最重要的部分是表單填寫部分，需要模擬人類行為來(lái)分析、填寫和提交表單，并最終從返回的頁(yè)面中提取所需的內(nèi)容并將其添加到搜索引擎中參與索引，從而為用戶提供搜索。深度爬蟲與常規(guī)爬蟲的區(qū)別在于，深度爬蟲在下載頁(yè)面后不會(huì)立即遍歷所有超鏈接，而是使用一定的算法對(duì)其進(jìn)行分類，針對(duì)不同類別采用不同的方法計(jì)算查詢參數(shù)，并再次提交給服務(wù)器。如果提交的查詢參數(shù)是正確的，您將獲得隱藏的頁(yè)面和鏈接。

按實(shí)施模式劃分

集中式爬蟲可用于個(gè)人的中小型數(shù)據(jù)收集，分布式爬蟲可用于企業(yè)的大規(guī)模數(shù)據(jù)收集。

集中式爬行動(dòng)物：在給出初始URL后，集中式網(wǎng)絡(luò)爬蟲可以通過(guò)單線程或多線程解析URL并提取頁(yè)面內(nèi)容，并將信息存儲(chǔ)在本地以供分析，并將網(wǎng)頁(yè)中其他頁(yè)面的URL保存在隊(duì)列中以供后續(xù)訪問(wèn)。集中式爬蟲在單臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，可用于個(gè)人的中小型數(shù)據(jù)采集。

分布式爬蟲：分布式網(wǎng)絡(luò)爬蟲可以看作是多個(gè)集中式網(wǎng)絡(luò)爬蟲的組合，分布式系統(tǒng)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以看作是一個(gè)集中式網(wǎng)絡(luò)爬蟲。分布式爬蟲的工作原理與集中式爬蟲基本相同，但分布式爬蟲需要所有節(jié)點(diǎn)協(xié)作來(lái)抓取網(wǎng)頁(yè)，這使得分布式爬蟲的效率遠(yuǎn)高于集中式爬蟲。分布式爬蟲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多種多樣，工作模式也各不相同。對(duì)于典型的分布式爬蟲系統(tǒng)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)不僅從網(wǎng)頁(yè)中獲取URL，還從其他節(jié)點(diǎn)接收URL。然后節(jié)點(diǎn)解析該URL對(duì)應(yīng)的網(wǎng)頁(yè)，并將不屬于自己爬取范圍的URL轉(zhuǎn)發(fā)給其他節(jié)點(diǎn)。分布式爬蟲可以在多臺(tái)計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)協(xié)同爬行，可用于企業(yè)大規(guī)模數(shù)據(jù)采集。

Robots協(xié)議

在搜索引擎抓取網(wǎng)站之前，有必要在一定程度上了解目標(biāo)網(wǎng)站的規(guī)模和結(jié)構(gòu)。此時(shí)，您可以通過(guò)網(wǎng)站本身提供的robots.txt和Sitemap.xml文件獲得幫助。例如，一些網(wǎng)站不希望爬蟲是白色的，以免影響這些網(wǎng)站的正常對(duì)外公共服務(wù)。此時(shí)爬蟲需要遵循禮貌原則，從而與更多網(wǎng)站建立友好關(guān)系。

Robots協(xié)議（也稱為爬蟲協(xié)議、機(jī)器人協(xié)議等。）就是“Robots Exclusion Protocol”，這是互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域常見的道德規(guī)范。它基于以下原則:搜索技術(shù)應(yīng)為人類服務(wù)，同時(shí)尊重信息提供者的意愿并保護(hù)其隱私權(quán)。網(wǎng)站有義務(wù)保護(hù)用戶的個(gè)人信息和隱私不受侵犯。該網(wǎng)站通過(guò)一個(gè)符合robots協(xié)議的robots.txl文件告訴搜索引擎哪些頁(yè)面可以被抓取，哪些頁(yè)面不能被抓取。

Robots.txl文件是搜索引擎訪問(wèn)網(wǎng)站時(shí)首先查看的文件，這將限制網(wǎng)絡(luò)爬蟲的訪問(wèn)范圍。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)爬蟲訪問(wèn)一個(gè)網(wǎng)站時(shí)，它將首先檢查該網(wǎng)站的根目錄中是否有robots.txt文件。如果文件存在，網(wǎng)絡(luò)爬蟲會(huì)根據(jù)文件內(nèi)容確定訪問(wèn)范圍；如果該文件不存在，則所有網(wǎng)絡(luò)爬蟲都可以訪問(wèn)網(wǎng)站上沒(méi)有密碼保護(hù)的所有頁(yè)面。

網(wǎng)站地圖協(xié)議

Sitemaps協(xié)議使網(wǎng)站能夠通知搜索引擎可以抓取的網(wǎng)址，從而使搜索引擎可以更方便地抓取網(wǎng)站。Sitemap.xml是一個(gè)xml格式文件，包含網(wǎng)站的所有鏈接（URU）。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，sitemap就是一個(gè)網(wǎng)站地圖。

網(wǎng)站地圖（Sitemap.xml）文件為了方便網(wǎng)站管理員通知爬蟲遍歷和更新網(wǎng)站內(nèi)容，而無(wú)需抓取每個(gè)頁(yè)面，網(wǎng)站提供了一個(gè)網(wǎng)站地圖（Sitemap.xml）文件。在Sitemap.xml文件中，列出了網(wǎng)站中的網(wǎng)站以及每個(gè)網(wǎng)站的其他元數(shù)據(jù)，例如上次更新時(shí)間、更改頻率以及相對(duì)于網(wǎng)站上其他網(wǎng)站的重要性，以便爬蟲可以更智能地抓取網(wǎng)站。

爬蟲的體系結(jié)構(gòu)描述了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和組織，而爬蟲的框架則是用于開發(fā)和實(shí)現(xiàn)爬蟲的軟件工具、庫(kù)或框架。架構(gòu)指導(dǎo)框架的設(shè)計(jì)，框架實(shí)現(xiàn)架構(gòu)的模塊，而框架提供開發(fā)工具來(lái)支持架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)。

爬蟲架構(gòu)

一個(gè)簡(jiǎn)單的爬蟲架構(gòu)由URL管理器、網(wǎng)頁(yè)下載器和網(wǎng)頁(yè)解析器組成。爬蟲調(diào)度器用于啟動(dòng)、執(zhí)行、停止爬蟲，或者監(jiān)視爬蟲中的運(yùn)行情況。爬蟲程序中有三個(gè)核心模塊:URL管理器，用于管理待爬取的URL數(shù)據(jù)和已爬取的URL數(shù)據(jù)；網(wǎng)頁(yè)下載器下載與URL管理器中提供的URL相對(duì)應(yīng)的網(wǎng)頁(yè)，并將其存儲(chǔ)為字符串。該字符串將被發(fā)送到網(wǎng)頁(yè)分析器進(jìn)行分析；一方面，網(wǎng)頁(yè)解析器將解析有價(jià)值的數(shù)據(jù)，另一方面，由于每個(gè)頁(yè)面都有許多指向其他頁(yè)面的網(wǎng)頁(yè)，這些URL可以在解析后添加到URL管理器中。

信息提取

信息抽取是從結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化網(wǎng)頁(yè)中識(shí)別和提取HTML標(biāo)簽中嵌入的信息的關(guān)鍵技術(shù)，在使用爬蟲程序獲取數(shù)據(jù)時(shí)尤為重要。該技術(shù)根據(jù)提取方法的不同可以分為幾種主要類型，每種方法都有其特點(diǎn)和適用場(chǎng)景。這些方法是爬取web數(shù)據(jù)的核心環(huán)節(jié)，決定了爬取的效率和數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

選擇合適的信息抽取方法是有效數(shù)據(jù)抓取的關(guān)鍵。例如，基于網(wǎng)頁(yè)結(jié)構(gòu)的方法通過(guò)將網(wǎng)頁(yè)解析為DOM樹（文檔對(duì)象模型樹）來(lái)提取內(nèi)容，這種方法很簡(jiǎn)單，但需要了解網(wǎng)頁(yè)結(jié)構(gòu)。此外，還有其他類型的方法，它們使用不同的特征和策略來(lái)提取數(shù)據(jù)，并且可以適應(yīng)各種場(chǎng)景和需求。

頁(yè)面解析

爬蟲使用URL或requests等模塊發(fā)起HTTP請(qǐng)求來(lái)獲取網(wǎng)頁(yè)的源代碼，但其工作只是一小部分，然后還需要分析網(wǎng)頁(yè)。正則表達(dá)式、BeautifulSoup、XPath、CSS選擇器、PyQuery和Scrapy都是分析網(wǎng)頁(yè)的常用方法。

網(wǎng)絡(luò)爬蟲

正則表達(dá)式:正則表達(dá)式是分析和提取web內(nèi)容的最有效方法之一。正則表達(dá)式是字符串處理的強(qiáng)大工具，它使用預(yù)定義的模式匹配一類具有共同特征的字符串，可以快速準(zhǔn)確地完成搜索和替換等復(fù)雜的處理需求，具有比字符串本身提供的方法更強(qiáng)大的處理功能。

beautiful Soup:抓取頁(yè)面后，beautiful Soup可以處理返回的HTML字符串（或列表）并匹配一部分所需數(shù)據(jù)。BeautifulSoup是一個(gè)優(yōu)秀的Python擴(kuò)展庫(kù)，它可以從HTML或XML文件中提取數(shù)據(jù)，并允許指定不同的解析器。

XPath:在Python程序中，可以使用XPath解析爬蟲數(shù)據(jù)。XPath不僅提供簡(jiǎn)潔的路徑選擇表達(dá)式，還提供數(shù)百個(gè)內(nèi)置函數(shù)來(lái)處理字符串、值、序列、時(shí)間匹配和節(jié)點(diǎn)。

CSS選擇器:使用CSS選擇器，您可以輕松地向元素添加樣式，而無(wú)需更改HTML結(jié)構(gòu)。僅僅通過(guò)添加不同的CSS規(guī)則，網(wǎng)頁(yè)的結(jié)構(gòu)和呈現(xiàn)風(fēng)格就完全分離了，你可以得到各種不同風(fēng)格的網(wǎng)頁(yè)。

PyQuery:在Python程序中，可以使用庫(kù)PyQuery來(lái)解析HTML文件的內(nèi)容。PyQuery是JS框架jQuery的Python版本，通過(guò)Python語(yǔ)言模仿jQuery的源代碼實(shí)現(xiàn)，其語(yǔ)法與jQuery幾乎相同。

Scrapy:Scrapy是一個(gè)多線程的爬蟲框架，它的爬蟲文件可以用來(lái)定制自己的頁(yè)面解析規(guī)則，從特定的網(wǎng)頁(yè)中提取自己需要的信息。

數(shù)據(jù)清理

數(shù)據(jù)清洗是對(duì)爬蟲獲取的數(shù)據(jù)源進(jìn)行處理的關(guān)鍵步驟，旨在消除不完整和無(wú)效的數(shù)據(jù)，從而保證數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性和有效性。在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，由于大數(shù)據(jù)通常具有體量大、多維度、格式復(fù)雜、準(zhǔn)確率低等特點(diǎn)，直接使用它進(jìn)行分析可能并不合適。因此，高質(zhì)量的數(shù)據(jù)清洗不僅有助于提升數(shù)據(jù)價(jià)值，而且對(duì)確保分析結(jié)果的客觀性和可靠性非常重要。

隨著搜索引擎的普及，網(wǎng)絡(luò)爬蟲技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。由于頻繁的請(qǐng)求和重復(fù)的爬行，許多爬蟲給中小型網(wǎng)站帶來(lái)了壓力，導(dǎo)致訪問(wèn)緩慢甚至中斷，因此許多網(wǎng)站都實(shí)施了反爬行措施。面對(duì)這些措施，爬蟲程序需要采用模擬用戶行為和使用代理等策略來(lái)成功抓取數(shù)據(jù)。

設(shè)置用戶代理：User-Agent代表用戶代理，是HTTP（超文本傳輸協(xié)議）協(xié)議中的一個(gè)字段。其作用是描述發(fā)送HTTP請(qǐng)求的終端信息，服務(wù)器通常通過(guò)該字段判斷訪問(wèn)網(wǎng)站的對(duì)象。每個(gè)常規(guī)爬蟲都有一個(gè)固定的用戶代理，只要該字段設(shè)置為知名用戶代理，就不建議偽裝知名爬蟲，因?yàn)檫@些爬蟲很可能有固定的IP，例如百度爬蟲有自己的固定IP，會(huì)被識(shí)破并偽裝。

代理池：如果網(wǎng)站通過(guò)某段時(shí)間內(nèi)IP訪問(wèn)的數(shù)量來(lái)判斷爬蟲的行為并阻止相應(yīng)的IP，那么僅依靠用戶代理設(shè)置是不夠的。為了處理單個(gè)IP的訪問(wèn)限制，可以使用代理池來(lái)解決。代理池是一個(gè)包含大量代理IP的隊(duì)列，它可以支持網(wǎng)絡(luò)爬蟲從中選擇IP進(jìn)行爬行任務(wù)，并在遇到屏蔽時(shí)快速替換新的IP，從而不間斷地繼續(xù)爬行任務(wù)。結(jié)合多線程技術(shù)，該方法可以有效提高爬蟲的爬行效率。

降低訪問(wèn)頻率：如果找不到免費(fèi)且穩(wěn)定的代理IP，可以降低訪問(wèn)網(wǎng)站的頻率，這可以達(dá)到與用戶代理相同的效果，并防止對(duì)方從訪問(wèn)中識(shí)別爬蟲的身份，但爬行效率會(huì)差很多。為了彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)，我們可以基于這一思路及時(shí)調(diào)整具體操作。例如，每次抓取頁(yè)面時(shí)休息幾秒鐘，或者限制每天抓取的頁(yè)面數(shù)量。

驗(yàn)證碼限制：盡管有些網(wǎng)站無(wú)需登錄即可訪問(wèn)，但當(dāng)檢測(cè)到異常IP流量時(shí)，將需要驗(yàn)證碼來(lái)驗(yàn)證用戶身份。基于這種情況，常見的應(yīng)對(duì)方法是使用機(jī)器學(xué)習(xí)對(duì)驗(yàn)證碼樣本進(jìn)行學(xué)習(xí)，直到其達(dá)到較高的識(shí)別率，然后將學(xué)習(xí)結(jié)果與爬蟲程序相結(jié)合來(lái)應(yīng)對(duì)這種情況。