java 实现中英文拼写检查和错误纠正？可我只会写 CRUD 啊！

简单的需求

临近下班，小明忙完了今天的任务，正准备下班回家。

一条消息闪烁了起来。

“最近发现公众号的拼写检查功能不错，帮助用户发现错别字，体验不错。给我们系统也做一个。”

看着这条消息，小明在内心默默问候了一句。

“我 TND 的会做这个，就直接去人家总部上班了，在这受你的气。”

“好的”，小明回复到，“我先看看”

今天，天王老子来了我也得下班，耶稣也留不住。

小明想着，就回家了。

冷静分析

说到这个拼写检查，小明其实是知道的。

自己没吃过猪肉，还是见过猪跑的。

平时看过一些公众号大佬分享，说是公众号推出了拼写检查功能，以后再也不会有错别字了。

后来，小明还是在他们的文章中看到了不少错别字。后来，就没有后来了。

为什么不去问一问万能的 github 呢？

小明打开了 github 发现好像没有成熟的 java 相关的开源项目，有的几颗星，用起来不太放心。

估计 NLP 是搞 python 的比较多吧，java 实现中英文拼写检查和错误纠正？可我只会写 CRUD 啊！

小明默默地点起了一根华子……

窗外的夜色如水，不禁陷入了沉思，我来自何方？去往何处？人生的意义又是什么？

尚有余热的烟灰落在了小明某东买的拖鞋上，把他脑海中脱缰的野马烫的一机灵。

没有任何思路，没有任何头绪，还是先洗洗睡吧。

那一夜，小明做了一个长长的美梦。梦里没有任何的错别字，所有的字句都坐落在正确的位置上……

转机

第二天，小明打开了搜索框，输入 spelling correct。

可喜的是，找到了一篇英文拼写纠正算法讲解。

吾尝终日而思矣，不如须臾之所学也。小明叹了一句，就看了起来。

算法思路

英文单词主要有 26 个英文字母组成，所以拼写的时候可能出现错误。

首先可以获取正确的英文单词，节选如下：

apple,16192
applecart,41
applecarts,1
appledrain,1
appledrains,1
applejack,571
applejacks,4
appleringie,1
appleringies,1
apples,5914
applesauce,378
applesauces,1
applet,2

每一行用逗号分隔，后面是这个单词出现的频率。

以用户输入 appl 的为例，如果这个单词不存在，则可以对其进行 insert/delete/replace 等操作，找到最接近的单词。（本质上就是找到编辑距离最小的单词）

如果输入的单词存在，则说明正确，不用处理。

词库的获取

那么英文词库去哪里获得呢？

小明想了想，于是去各个地方查了一圈，最后找到了一个比较完善的英文单词频率词库，共计 27W+ 的单词。

节选如下：

aa,1831
aah,45774
aahed,1
aahing,30
aahs,23
...
zythums,1
zyzzyva,2
zyzzyvas,1
zzz,76
zzzs,2

核心代码

获取用户当前输入的所有可能情况，核心代码如下：

/**
 * 构建出当前单词的所有可能错误情况
 *
 * @param word 输入单词
 * @return 返回结果
 * @since 0.0.1
 * @author 老马啸西风
 */
private List<String> edits(String word) {
    List<String> result = new LinkedList<>();
    for (int i = 0; i < word.length(); ++i) {
        result.add(word.substring(0, i) + word.substring(i + 1));
    }
    for (int i = 0; i < word.length() - 1; ++i) {
        result.add(word.substring(0, i) + word.substring(i + 1, i + 2) + word.substring(i, i + 1) + word.substring(i + 2));
    }
    for (int i = 0; i < word.length(); ++i) {
        for (char c = 'a'; c <= 'z'; ++c) {
            result.add(word.substring(0, i) + c + word.substring(i + 1));
        }
    }
    for (int i = 0; i <= word.length(); ++i) {
        for (char c = 'a'; c <= 'z'; ++c) {
            result.add(word.substring(0, i) + c + word.substring(i));
        }
    }
    return result;
}

然后和词库中正确的单词进行对比：

List<String> options = edits(formatWord);
List<CandidateDto> candidateDtos = new LinkedList<>();
for (String option : options) {
    if (wordDataMap.containsKey(option)) {
        CandidateDto dto = CandidateDto.builder()
                .word(option).count(wordDataMap.get(option)).build();
        candidateDtos.add(dto);
    }
}

最后返回的结果，需要根据单词出现的频率进行对比，整体来说还是比较简单的。

中文拼写

失之毫厘

中文的拼写初看起来和英文差不多，但是中文有个很特殊的地方。

因为所有的汉字拼写本身都是固定的，用户在输入的时候不存在错字，只存在别字。

单独说一个字是别字是毫无意义的，必须要有词，或者上下文。

这一点就让纠正的难度上升了很多。

小明无奈的摇了摇头，中华文化，博大精深。

算法思路

针对中文别字的纠正，方式比较多：

（1）困惑集。

比如常用的别字，万变不离其宗 错写为 万变不离其中。

（2）N-Gram

也就是一次字对应的上下文，使用比较广泛的是 2-gram。对应的语料，sougou 实验室是有的。

也就是当第一个词固定，第二次出现的会有对应的概率，概率越高的，肯定越可能是用户本意想要输入的。

比如 跑的飞快，实际上 跑地飞快 可能才是正确的。

纠错

当然，中文还有一个难点就是，无法直接通过 insert/delete/replace 把一个字变成另一个字。

不过类似的，还是有许多方法：

（1）同音字/谐音字

（2）形近字

（3）同义词

（4）字词乱序、字词增删

算法实现

迫于实现的难度，小明选择了最简单的困惑集。

首先找到常见别字的字典，节选如下：

一丘之鹤 一丘之貉
一仍旧惯 一仍旧贯
一付中药 一服中药
...
黯然消魂 黯然销魂
鼎立相助 鼎力相助
鼓躁而进 鼓噪而进
龙盘虎据 龙盘虎踞

前面的是别字，后面的是正确用法。

以别字作为字典，然后对中文文本进行 fast-forward 分词，获取对应的正确形式。

当然一开始我们可以简单点，让用户固定输入一个词组，实现就是直接解析对应的 map 即可

public List<String> correctList(String word, int limit, IWordCheckerContext context) {
    final Map<String, List<String>> wordData = context.wordData().correctData();
    // 判断是否错误
    if(isCorrect(word, context)) {
        return Collections.singletonList(word);
    }
    List<String> allList = wordData.get(word);
    final int minLimit = Math.min(allList.size(), limit);
    List<String> resultList = Guavas.newArrayList(minLimit);
    for(int i = 0; i < minLimit; i++) {
        resultList.add(allList.get(i));
    }
    return resultList;
}

中英文混合长文本

算法思路

实际的文章，一般是中英文混合的。

要想让用户使用起来更加方便，肯定不能每次只输入一个词组。

那要怎么办呢？

答案是分词，把输入的句子，分词为一个个词。然后区分中英文，进行对应的处理。

关于分词，推荐开源项目：

https://github.com/houbb/segment

算法实现

修正的核心算法，可以复用中英文的实现。

@Override
public String correct(String text) {
    if(StringUtil.isEnglish(text)) {
        return text;
    }

    StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
    final IWordCheckerContext zhContext = buildChineseContext();
    final IWordCheckerContext enContext = buildEnglishContext();

    // 第一步执行分词
    List<String> segments = commonSegment.segment(text);
    // 全部为真，才认为是正确。
    for(String segment : segments) {
        // 如果是英文
        if(StringUtil.isEnglish(segment)) {
            String correct = enWordChecker.correct(segment, enContext);
            stringBuilder.append(correct);
        } else if(StringUtil.isChinese(segment)) {
            String correct = zhWordChecker.correct(segment, zhContext);
            stringBuilder.append(correct);
        } else {
            // 其他忽略
            stringBuilder.append(segment);
        }
    }

    return stringBuilder.toString();
}

其中分词的默认实现如下：

import com.github.houbb.heaven.util.util.CollectionUtil;
import com.github.houbb.nlp.common.segment.ICommonSegment;
import com.github.houbb.nlp.common.segment.impl.CommonSegments;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.List;

/**
 * 默认的混合分词，支持中文和英文。
 *
 * @author binbin.hou
 * @since 0.0.8
 */
public class DefaultSegment implements ICommonSegment {

    @Override
    public List<String> segment(String s) {
        //根据空格分隔
        List<String> strings = CommonSegments.defaults().segment(s);
        if(CollectionUtil.isEmpty(strings)) {
            return Collections.emptyList();
        }

        List<String> results = new ArrayList<>();
        ICommonSegment chineseSegment = InnerCommonSegments.defaultChinese();
        for(String text : strings) {
            // 进行中文分词
            List<String> segments = chineseSegment.segment(text);

            results.addAll(segments);
        }


        return results;
    }

}

首先是针对空格进行分词，然后对中文以困惑集的别字做 fast-forward 分词。

当然，这些说起来也不难。

真的实现起来还是比较麻烦的，小明把完整的实现已经开源：

https://github.com/houbb/word-checker

觉得有帮助的小伙伴可以 fork/star 一波~

快速开始

word-checker 用于单词拼写检查。支持英文单词拼写检测，和中文拼写检测。

话不多说，我们来直接体验一下这个工具类的使用体验。

特性说明

• 可以迅速判断当前单词是否拼写错误

• 可以返回最佳匹配结果

• 可以返回纠正匹配列表，支持指定返回列表的大小

• 错误提示支持 i18n

• 支持大小写、全角半角格式化处理

• 支持自定义词库

• 内置 27W+ 的英文词库

• 支持基本的中文拼写检测

快速开始

maven 引入

<dependency>
     <groupId>com.github.houbb</groupId>
     <artifactId>word-checker</artifactId>
    <version>0.0.8</version>
</dependency>

测试案例

会根据输入，自动返回最佳纠正结果。

final String speling = "speling";
Assert.assertEquals("spelling", EnWordCheckers.correct(speling));

核心 api 介绍

核心 api 在 EnWordCheckers 工具类下。

功能	方法	参数	返回值	备注
判断单词拼写是否正确	isCorrect(string)	待检测的单词	boolean
返回最佳纠正结果	correct(string)	待检测的单词	String	如果没有找到可以纠正的单词，则返回其本身
判断单词拼写是否正确	correctList(string)	待检测的单词	List	返回所有匹配的纠正列表
判断单词拼写是否正确	correctList(string, int limit)	待检测的单词, 返回列表的大小	返回指定大小的的纠正列表	列表大小 <= limit

测试例子

参见 EnWordCheckerTest.java

是否拼写正确

final String hello = "hello";
final String speling = "speling";
Assert.assertTrue(EnWordCheckers.isCorrect(hello));
Assert.assertFalse(EnWordCheckers.isCorrect(speling));

返回最佳匹配结果

final String hello = "hello";
final String speling = "speling";
Assert.assertEquals("hello", EnWordCheckers.correct(hello));
Assert.assertEquals("spelling", EnWordCheckers.correct(speling));

默认纠正匹配列表

final String word = "goox";
List<String> stringList = EnWordCheckers.correctList(word);
Assert.assertEquals("[good, goo, goon, goof, gook, goop, goos, gox, goog, gool, goor]", stringList.toString());

指定纠正匹配列表大小

final String word = "goox";
final int limit = 2;
List<String> stringList = EnWordCheckers.correctList(word, limit);
Assert.assertEquals("[good, goo]", stringList.toString());

中文拼写纠正

核心 api

为降低学习成本，核心 api 和 ZhWordCheckers 中，和英文拼写检测保持一致。

是否拼写正确

final String right = "正确";
final String error = "万变不离其中";

Assert.assertTrue(ZhWordCheckers.isCorrect(right));
Assert.assertFalse(ZhWordCheckers.isCorrect(error));

返回最佳匹配结果

final String right = "正确";
final String error = "万变不离其中";

Assert.assertEquals("正确", ZhWordCheckers.correct(right));
Assert.assertEquals("万变不离其宗", ZhWordCheckers.correct(error));

默认纠正匹配列表

final String word = "万变不离其中";

List<String> stringList = ZhWordCheckers.correctList(word);
Assert.assertEquals("[万变不离其宗]", stringList.toString());

指定纠正匹配列表大小

final String word = "万变不离其中";
final int limit = 1;

List<String> stringList = ZhWordCheckers.correctList(word, limit);
Assert.assertEquals("[万变不离其宗]", stringList.toString());

长文本中英文混合

情景

实际拼写纠正的话，最佳的使用体验是用户输入一个长文本，并且可能是中英文混合的。

然后实现上述对应的功能。

核心方法

WordCheckers 工具类提供了长文本中英文混合的自动纠正功能。

功能	方法	参数	返回值	备注
文本拼写是否正确	isCorrect(string)	待检测的文本	boolean	全部正确，才会返回 true
返回最佳纠正结果	correct(string)	待检测的单词	String	如果没有找到可以纠正的文本，则返回其本身
判断文本拼写是否正确	correctMap(string)	待检测的单词	Map<String, List<String>>	返回所有匹配的纠正列表
判断文本拼写是否正确	correctMap(string, int limit)	待检测的文本, 返回列表的大小	返回指定大小的的纠正列表	列表大小 <= limit

拼写是否正确

final String hello = "hello 你好";
final String speling = "speling 你好 以毒功毒";
Assert.assertTrue(WordCheckers.isCorrect(hello));
Assert.assertFalse(WordCheckers.isCorrect(speling));

返回最佳纠正结果

final String hello = "hello 你好";
final String speling = "speling 你好以毒功毒";
Assert.assertEquals("hello 你好", WordCheckers.correct(hello));
Assert.assertEquals("spelling 你好以毒攻毒", WordCheckers.correct(speling));

判断文本拼写是否正确

每一个词，对应的纠正结果。

final String hello = "hello 你好";
final String speling = "speling 你好以毒功毒";
Assert.assertEquals("{hello=[hello],  =[ ], 你=[你], 好=[好]}", WordCheckers.correctMap(hello).toString());
Assert.assertEquals("{ =[ ], speling=[spelling, spewing, sperling, seeling, spieling, spiling, speeling, speiling, spelding], 你=[你], 好=[好], 以毒功毒=[以毒攻毒]}", WordCheckers.correctMap(speling).toString());

判断文本拼写是否正确

同上，指定最多返回的个数。

final String hello = "hello 你好";
final String speling = "speling 你好以毒功毒";

Assert.assertEquals("{hello=[hello],  =[ ], 你=[你], 好=[好]}", WordCheckers.correctMap(hello, 2).toString());
Assert.assertEquals("{ =[ ], speling=[spelling, spewing], 你=[你], 好=[好], 以毒功毒=[以毒攻毒]}", WordCheckers.correctMap(speling, 2).toString());

格式化处理

有时候用户的输入是各式各样的，本工具支持对于格式化的处理。

大小写

大写会被统一格式化为小写。

final String word = "stRing";

Assert.assertTrue(EnWordCheckers.isCorrect(word));

全角半角

全角会被统一格式化为半角。

final String word = "stｒing";

Assert.assertTrue(EnWordCheckers.isCorrect(word));

自定义英文词库

文件配置

你可以在项目资源目录创建文件 resources/data/define_word_checker_en.txt

内容如下：

my-long-long-define-word,2
my-long-long-define-word-two

不同的词独立一行。

每一行第一列代表单词，第二列代表出现的次数，二者用逗号 , 隔开。

次数越大，在纠正的时候返回优先级就越高，默认值为 1。

用户自定义的词库优先级高于系统内置词库。

测试代码

我们在指定了对应的单词之后，拼写检测的时候就会生效。

final String word = "my-long-long-define-word";
final String word2 = "my-long-long-define-word-two";

Assert.assertTrue(EnWordCheckers.isCorrect(word));
Assert.assertTrue(EnWordCheckers.isCorrect(word2));

自定义中文词库

文件配置

你可以在项目资源目录创建文件 resources/data/define_word_checker_zh.txt

内容如下：

默守成规 墨守成规

使用英文空格分隔，前面是错误，后面是正确。

小结

中英文拼写的纠正一直是比较热门，也比较难的话题。

近些年，因为 NLP 和人工智能的进步，在商业上的应用也逐渐成功。

本次主要实现是基于传统的算法，核心在词库。

后续

在经历了几天的努力之后，小明终于完成了一个最简单的拼写检查工具。

“上次和我说的公众号的拼写检查功能还要吗？”

“不要了，你不说我都忘记了。”，产品显得有些惊讶。”那个需求做不做也无所谓，我们最近挤压了一堆业务需求，你优先看看。”

“……”

“我最近又看到 xxx 上有一个功能也非常不错，你给我们系统也做一个。”

“……”

• 简单的需求
• 冷静分析
• 转机
  • 算法思路
  • 词库的获取
  • 核心代码
• 中文拼写
  • 失之毫厘
  • 算法思路
  • 纠错
  • 算法实现
• 中英文混合长文本
  • 算法思路
  • 算法实现
• 快速开始
  • 特性说明
• 快速开始
  • maven 引入
  • 测试案例
• 核心 api 介绍
  • 测试例子
  • 是否拼写正确
  • 返回最佳匹配结果
  • 默认纠正匹配列表
  • 指定纠正匹配列表大小
• 中文拼写纠正
  • 核心 api
  • 是否拼写正确
  • 返回最佳匹配结果
  • 默认纠正匹配列表
  • 指定纠正匹配列表大小
• 长文本中英文混合
  • 情景
  • 核心方法
    • 拼写是否正确
    • 返回最佳纠正结果
    • 判断文本拼写是否正确
    • 判断文本拼写是否正确
• 格式化处理
  • 大小写
  • 全角半角
• 自定义英文词库
  • 文件配置
  • 测试代码
• 自定义中文词库
  • 文件配置
• 小结
• 后续