Алгоритмы извлечения информации из текстов, парсинг веб-страниц с использованием языка программирования Python

В статье сделан обзор библиотек Python для парсинга. Описывается процесс сбора информации с сайта.

Аннотация статьи
библиотеки Python
обработка данных
анализ данных
визуализация данных
Ключевые слова

В последние годы многократно возрос размер сети Интернет и, соответственно, количество информации в ней. В связи с этим востребованными являются задачи по автоматической обработке и классификации этой информации в общем и категоризации (структурировании схожих объектов по темам, формировании обобщающих множеств) веб-сайтов – в частности.

Для того чтобы эффективно работать с информацией интернета, получать из нее пользу и реализовывать задачи, востребованные компаниями и людьми, данные нужно извлекать, обрабатывать, структурировать. То, как человек воспринимает веб-сайт с нужной ему информацией, для машины представляется сборищем разных «кусков» данных с непонятным назначением. Человек, взглянув на веб-страницу, сразу легко определяет нужный и значимый раздел, но компьютер этого не понимает, для него это просто сплошной текст без какого-либо значения и какой именно текст следует обрабатывать, как отделить этот текст от рекламы, ненужных заголовков, ссылок является довольно сложной задачей.

По мере роста потока информации, возможностей по применению этой информации в прикладных задачах, развиваются технические подходы, объединяемые общим термином «веб-краулинг», «веб-скрапинг» или «парсинг». Они предназначены для сбора информации из сети Интернет и ее подготовки к автоматизированной обработке. И несмотря на то, что не всегда процесс веб-скрапинга «виден» для конечного пользователя, часто именно он является ключевым моментом современных веб-технологий

Независимо от того на каком формальном языке программирования написан парсер, алгоритм его действия остается одинаковым:

  1. Выход в интернет, получение доступа к коду веб-ресурса и его скачивание;
  2. Чтение, извлечение и обработка данных;
  3. Представление извлеченных данных в удобном виде – файлы .txt, .sql, .xml, .html и других форматах.

В интернете часто встречаются выражения, из которых следует, будто парсер (поисковый робот, бот) путешествует по Всемирной сети. Но зачастую эта программа никогда не покидает компьютера, на котором она инсталлирована.

Конечно же, парсеры не читают текста, они всего лишь сравнивают предложенный набор слов с тем, что обнаружили в интернете и действуют по заданной программе. То, как поисковый робот должен поступить с найденным контентом, написано в командной строке, содержащей набор букв, слов, выражений и знаков программного синтаксиса. Такая командная строка называется «регулярное выражение».

Чтобы парсер понимал регулярные выражения, он должен быть написан на языке, поддерживающем их в работе со строками. Такая возможность есть в РНР, Perl. Регулярные выражения описываются синтаксисом Unix, который хотя и считается устаревшим, но широко применяется благодаря свойству обратной совместимости.

Сделаем небольшой обзор библиотек Python для обработки данных, анализа и визуализации данных

  • Numpy – это библиотека языка Python, которая позволяет работать с многомерными массивами и матрицами, в том числе внутри библиотеки есть большой выбор математических функций для выполнения операций над массивами и матрицами.
  • Pandas – это библиотека для работы с данными, а именно для анализа данных, трансформации данных (обработки данных), загрузки данных из различных источников и сохранения данных в разных форматах как в файловую систему, так и в базу данных. В качестве структуры данных используется Pandas DataFrame или Pandas Series.
  • pyodbc – это Python модуль/библиотека, драйвер для подключения к базе данных через ODBC.
  • pymssql – это библиотека Python для подключения к базе данных на MSSQL (но можно использовать и pyodbc).
  • SQLAlchemy – это очень популярная библиотека Python для работы с реляционными СУБД для выполнения SQL или для использования технологии ORM (Object-Relational Mapping или объектно-реляционное отображение). ORM необходим для объектно-ориентированных языков программирования. С помощью ORM классы могут быть сопоставлены с базой данных, что позволяет с самого начала четко связать объектную модель и схему базы данных.
  • Alembic – это инструмент миграции баз данных, написанный автором SQLAlchemy. Также может использоваться для создания таблиц, их удаления, добавления или удаления полей таблиц.
  • SciPy – это пакет прикладных математических процедур (или научных инструментов), основанный на расширении Numpy Python. Содержит модули для оптимизации, интегрирования, специальных функций, обработки сигналов, обработки изображений, генетических алгоритмов, решения обыкновенных дифференциальных уравнений и других задач, обычно решаемых в науке и при инженерной разработке.
  • Plotly – это графическая библиотека Python (с открытым исходным кодом), с помощью которой можно создавать интерактивную визуализацию (scatter plots, box plots, 3D графики, bar charts, heatmaps, дендрограммы и т.д.). Если коротко, то эту библиотеку можно охарактеризовать как «Красочное интерактивное отображение датасета в одну строку».
  • Dash – это передовой web-фреймворк Python с открытым исходным кодом, предназначенный для создания реактивных веб-приложений / аналитических веб-приложений. С помощью Dash можно создать интерактивное приложения для аналитических отчетов и просматривать приложение в браузере, при этом не нужно использовать в приложении JavaScript или HTML. Для привязки пользовательского кода анализа данных к пользовательскому интерфейсу в Dash используется реактивный декоратор. С его помощью можно фильтровать DataFrame Pandas, выполнить SQL - запрос, запустить расчет и т.д.
  • Seaborn – это библиотека для создания статистических графиков на Python. Она основывается на matplotlib и тесно взаимодействует со структурами данных pandas.

Архитектура Seaborn позволяет вам быстро изучить и понять свои данные. Seaborn захватывает целые фреймы данных или массивы, в которых содержатся все ваши данные, и выполняет все внутренние функции, нужные для семантического маппинга и статистической агрегации для преобразования данных в информативные графики.

Она абстрагирует сложность, позволяя вам проектировать графики в соответствии с вашими нуждами.

  • json – это модуль python, который позволяет кодировать и декодировать данные в удобном формате. Входит в стандартную библиотеку Python и является эффективным средством взаимодействия с JSON (JavaScript Object Notation).

Библиотеки Python для парсинга страниц web сайтов (Web Scraping) и работа с API сайтов

  • Requests – это библиотека, с помощью которой можно отправлять все виды HTTP-запросов к различным ресурсам в сети интернет (сайты, API различных сервисов, поисковики). После выполнения запроса Вы получите ответ от сервера (данные, контент страницы сайта). По сути, с помощью этой библиотеки Вы можете автоматизировать обмен данными с такими ресурсами, как Yandex Метрика, Bitrix24, Мой Склад, Google Analytics, Google BigQuery, AmoCRM, Binance и др.
  • Beautiful Soup – это библиотека Python, парсер для синтаксического разбора файлов HTML/XML. Может преобразовать даже неправильную разметку в дерево, состоящее из тегов, элементов, атрибутов и значений.
  • Selenium – это это инструмент для автоматизации действий веб-браузера. В большинстве случаев используется для тестирования Web-приложений, но этим не ограничивается. Selenium представляет собой драйвер, который управляет поведением браузера. Состоит из нескольких продуктов: Selenium WebDriver, Selenium RC, Selenium Server, Selenium Grid, Selenium IDE.
  • Lxml – это библиотека для парсинга сайтов и документов с разметкой XML и HTML. С её помощью можно разложить элементы документа/страницы в дерево. Обработка производится через XPath (язык запросов к элементам xml или html документа).
  • Scrapy – это быстрый бесплатный фреймворк для веб-краулинга (веб-паук, поисковый робот, т.е. для работ по перебору страниц сайта и занесения информации в базу данных) или веб-скрейпинга (получение веб-данных путем извлечения их со страниц веб-ресурсов). С его помощью можно извлечь данные с веб-страниц сайтов с помощью селекторов на основе XPath.

Получить HTML-код из URL-адреса мы можем при помощи библиотеки requests. Затем контент передается в BeautifulSoup, после чего можно начать получать данные и делать запросы с помощью селекторов. В детали вдаваться мы не будем, лишь скажем, что селекторы CSS используются для получения отдельных элементов и содержимого страницы. Синтаксис при этом бывает разный.

import requests
from bs4 import BeautifulSoup
response = requests.get("https://zenrows.com")
soup = BeautifulSoup(response.content, 'html.parser')
print(soup.title.string)

Программисты советуют использовать статический подход, поскольку многие сайты после нескольких запросов начнут перенаправлять на страницу входа.

with open("test.html") as fp:
soup = BeautifulSoup(fp, "html.parser")
print(soup.title.string) # Web Data Automation Made Easy – ZenRows

После статической загрузки из файла можно делать сколько угодно попыток запросов, не имея проблем с сетью и не опасаясь блокировки.

Прежде чем начать писать программу, нужно понять содержание и структуру страницы. Это можно сделать довольно просто при помощи браузера.

Скрытые инпуты позволяют разработчикам включать поля ввода, которые конечные пользователи не могут видеть или изменять. Многие формы используют их для включения внутренних идентификаторов или токенов безопасности.

Хотя некоторый контент отображается через пользовательский интерфейс, его может быть проще извлечь с помощью метаданных. Например, можно получить количество просмотров в числовом формате и дату публикации в формате ГГГГ-ММ-ДД для видео на YouTube. Да, эти данные можно увидеть на сайте, но их можно получить и с помощью всего пары строк кода. Несколько минут на написание кода точно окупятся.

interactionCount = soup.find('meta', itemprop="interactionCount")
print(interactionCount['content']) # 8566042
datePublished = soup.find('meta', itemprop="datePublished")
print(datePublished['content'])

В этом примере со страницы будут извлечены все внутренние ссылки. Упростим себе задачу и будем считать внутренними только ссылки, начинающиеся с косой черты. В более полном варианте следует проверить домен и поддомены.

internalLinks = [
a.get('href') for a in soup.find_all('a')
if a.get('href') and a.get('href').startswith('/')]
print(internalLinks)

Получив все эти ссылки, мы можем убрать дубликаты и поставить их в очередь для последующего парсинга. Поступая таким образом, мы могли бы создать поискового робота для всего сайта, а не только для одной страницы. Однако это уже совсем другая тема, ведь количество страниц для сканирования может увеличиваться.

В HTML-документе хранится много информации, но благодаря Beautiful Soup проще находить нужные данные. Порой для этого требуется всего одна строка кода. Пойдем дальше и попробуем найти все теги span с классом text. Это, в свою очередь, вернет все теги. Когда нужно найти несколько одинаковых тегов, стоит использовать функцию find_all().

# scraper.py
import requests
from bs4 import BeautifulSoup

url = 'https://quotes.toscrape.com/'
response = requests.get(url)
soup = BeautifulSoup(response.text, 'lxml')
quotes = soup.find_all('span', class_='text')
print(quotes)

Этот код сработает, а переменной quotes будет присвоен список элементов span с классом text из HTML-документа.

Возвращаемая разметка – это не совсем то, что нужно. Для получения только данных – цитат в этом случае – можно использовать свойство .text из библиотеки Beautiful Soup. Обратите внимание на код, где происходит перебор всех полученных данных с выводом только нужного содержимого.

# scraper.py
import requests
from bs4 import BeautifulSoup
url = 'https://quotes.toscrape.com/'
response = requests.get(url)
soup = BeautifulSoup(response.text, 'lxml')
quotes = soup.find_all('span', class_='text')
for quote in quotes:
print(quote.text)

Когда блок получен, можно опускаться ниже с помощью функции find_all для полученного подмножества. А уже дальше потребуется добавить внутренний цикл для завершения процесса.

В моей выпускной работе делается попытка создать функционал поисковой системы. Моя работа будет посвящена разработке отдельно функционала, а именно веб-скраперу (парсеру) который будет собирать информацию.

Рецензент – Васильченко А.

Текст статьи
  1. https://www.python.org
  2. https://pythonist.ru
  3. https://python.ivan-shamaev.ru
  4. https://pythonist.ru/veb-parsing-na-python
Список литературы