胡海潮

（昆明理工大學(xué)，云南 昆明 650000）

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，信息社會(huì)進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代。其中，在線社交網(wǎng)絡(luò)（Online Social Network，OLSN）所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)特征尤其明顯，其規(guī)模巨大，內(nèi)容豐富，影響范圍廣[1-2]。因此，對(duì)此類社交網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的采集研究，分析人物特點(diǎn)，獲得統(tǒng)計(jì)規(guī)律具有十分重要的研究意義。

但如何有效地提取出這些信息成為研發(fā)人員一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。其中，新浪微博作為中國最具影響力的社交網(wǎng)絡(luò)工具之一，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)有別于傳統(tǒng)的線下數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)規(guī)模非常大，其信息可以在網(wǎng)絡(luò)中無限擴(kuò)展，熱點(diǎn)信息存在爆炸性增長特性，這些特點(diǎn)使得通過人工自己來尋求答案不僅費(fèi)時(shí)，而且特別費(fèi)力[3]。此外，雖然新浪提供了供開發(fā)者獲取數(shù)據(jù)的訪問編程接口（OpenAPI），但其對(duì)普通用戶具有權(quán)限，抓取頻率等都有嚴(yán)格的限制，且無法對(duì)微博內(nèi)容進(jìn)行搜索[4]。為此，本文提出了一款基于新浪微博的爬蟲程序設(shè)計(jì)方法。

本文以移動(dòng)端微博用戶為例，設(shè)計(jì)并提出了一款以人與人關(guān)系為連接的網(wǎng)絡(luò)爬蟲，可以模擬登錄并獲取相關(guān)人物名稱等信息，并將這些數(shù)據(jù)保存到本地，方便做進(jìn)一步的數(shù)據(jù)挖掘與分析。同時(shí)，本文爬蟲還通過解析關(guān)鍵路徑以匹配，利用該匹配功能可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁指定路徑的數(shù)據(jù)提取，最后，通過廣度遍歷，逐層獲得人物之間的關(guān)系[5]。使用本文爬蟲程序，不僅穩(wěn)定性強(qiáng)、易操作，而且還能夠縮短數(shù)據(jù)分析人員的開發(fā)程序所需時(shí)間，使得他們可以將更多的精力放在數(shù)據(jù)分析上面。

1 相關(guān)概念

1.1 網(wǎng)絡(luò)爬蟲

網(wǎng)絡(luò)爬蟲，也被稱為網(wǎng)頁蜘蛛[6]。簡單地說，便是一個(gè)計(jì)算機(jī)程序，按照定義好的規(guī)則從互聯(lián)網(wǎng)上抓取網(wǎng)頁信息。網(wǎng)絡(luò)爬蟲這種技術(shù)不僅可以用來檢查站點(diǎn)中所有鏈接是否有效，還可被搜索引擎使用，將抓取到的網(wǎng)頁的關(guān)鍵數(shù)據(jù)保存到本地。其最基本的思路為：將一批鏈接設(shè)為種子，然后從這些鏈接中獲取更多的鏈接進(jìn)行下一輪抓取[7]。然而實(shí)際應(yīng)用中，由于互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)繁多，不可能將網(wǎng)上全部數(shù)據(jù)抓取下來，我們往往抓取到一定數(shù)量后，會(huì)自動(dòng)終止程序。據(jù)了解，現(xiàn)今最好的搜索引擎，也無法爬取整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)一半的網(wǎng)頁。

1.2 Python語言

Python語言是在計(jì)算生態(tài)的大背景下誕生、發(fā)展和再生，是一種功能強(qiáng)大、語法簡潔清晰的開源編程語言，且?guī)缀跄軌蛟谀壳八械牟僮飨到y(tǒng)上運(yùn)行[8-9]。其中，Python3系列語言在Python2的基礎(chǔ)上，又做了進(jìn)一步優(yōu)化，能夠?qū)⑵渌幊陶Z言最優(yōu)秀的成果封裝起來，簡化功能實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度，使我們爬取數(shù)據(jù)更加簡便。Python語言非常強(qiáng)大，是高效率的完全面向?qū)ο蟮恼Z言，能有效而簡單地實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο缶幊?，其第三方功能庫很多，使用也很方便。因此，本文利用Python3作為編程語言進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容的爬取。

1.3 廣度遍歷

廣度遍歷是連通圖的一種遍歷策略。其基本思想是：從圖中某一頂點(diǎn)V0出發(fā)，首先訪問該頂點(diǎn)；隨后從V0出發(fā)，訪問與V0直接相連接但未曾訪問的頂點(diǎn)W1，W2，…Wk；然后，依次從W1，W2，…Wk出發(fā)，訪問與其直接連接但未曾訪問的頂點(diǎn)；重復(fù)上述步驟直至所有頂點(diǎn)全被訪問。由于社區(qū)網(wǎng)絡(luò)用戶信息量大、耗時(shí)長等原因，實(shí)際運(yùn)行時(shí)，我們很難將全部用戶信息獲取完，所以我們首先會(huì)定義運(yùn)行到多少層用戶自動(dòng)結(jié)束。與其相類似的還有深度遍歷，此處不再贅述。

2 程序設(shè)計(jì)

2.1 模擬瀏覽器登錄

模擬瀏覽器登錄有兩種實(shí)現(xiàn)方法：（1）直接運(yùn)用網(wǎng)站中的cookie登錄。（2）通過模擬提交表單登錄。

方法1直接使用cookie登錄，避免了因用戶頻繁輸入賬號(hào)和密碼造成的不便，可以安全地登錄進(jìn)微博中，又不泄露用戶的隱私，利于系統(tǒng)的分布式實(shí)現(xiàn)，可以支持導(dǎo)入第三方的賬戶，但是由于cookie本身的限制，一般只有3～5天的使用期限。

而方法2較為繁瑣，需要提供用戶名和密碼，網(wǎng)頁對(duì)其限制性比較大，但可靠性高，且沒有時(shí)間限制[3]。具體操作步驟如下：（1）通過網(wǎng)址，得到Http頭部的Set—cookie值。（2）設(shè)置cookie值，post用戶名和密碼到登錄頁面。（3）保存返回的set—cookie值，以供方法1使用。（4）設(shè)置新的cookie值，再次訪問主頁，并處理 Location 跳轉(zhuǎn)。

方法1和2各有利弊，本項(xiàng)目由于抓取時(shí)間不長。所以直接使用方法1來模擬登錄，不僅方便快捷，而且更快實(shí)現(xiàn)獲取我們想要得到的數(shù)據(jù)。

2.2 獲取用戶關(guān)注人的總頁數(shù)與其名稱

模擬登錄成功后，首先根據(jù)用戶提供給我們的新浪微博賬號(hào)（無需密碼）進(jìn)入初始頁，由于我們需要爬取該賬號(hào)關(guān)注的人名稱，所以得先獲取該賬戶關(guān)注人的頁數(shù)。

步驟如下：（1）進(jìn)入使用者關(guān)注人的第一頁。（2）獲取該網(wǎng)頁的所有文本信息。（3）從文本信息中抽取出頁數(shù)信息。

關(guān)鍵代碼如下：

其中，第三步直接使用XPath表達(dá)式，逐級(jí)檢索，獲得最終關(guān)鍵數(shù)據(jù)：關(guān)注人頁數(shù)。

獲取用戶名稱與獲取總頁數(shù)步驟類似，只是將第三步中提取關(guān)鍵路徑改為：user_name1 = selector1.xpath(‘/html/body/div[4]/div[1]/text()’) 即可。

2.3 獲取初始用戶關(guān)注所有人的名稱與URL鏈接

此步為整個(gè)過程中較為關(guān)鍵一步，首先得通過鏈接，從第一頁開始獲取用戶關(guān)注人的姓名與URL。這類似2.2，依舊分為3步：進(jìn)入網(wǎng)址；下載HTML；抽取所需信息。

然而，由于我們需要將其寫為一個(gè)子函數(shù)，且保存兩類數(shù)據(jù)，所以，首先得初始化一個(gè)對(duì)象items，用以保存從非結(jié)構(gòu)性的數(shù)據(jù)源提取結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)；緊接著，我們按照抽取所需信息的“三步曲”，實(shí)現(xiàn)獲得當(dāng)前頁面用戶關(guān)注人的名稱與URL鏈接，隨后，我們將獲取到的數(shù)據(jù)保存到items中。由于用戶關(guān)注人不止一頁，而我們之前得到了關(guān)注人用戶的總頁數(shù)，此時(shí)可以外加一個(gè)for循環(huán)，逐頁訪問，獲取數(shù)據(jù)；最后，我們只需要返回items即可。

2.4 寫入Excel表格

在獲取到我們想要得到的數(shù)據(jù)后，由于本項(xiàng)目是分析人際關(guān)系，且由于新浪微博不存在“重名現(xiàn)象”，所以，我們只需將用戶名稱與其關(guān)注對(duì)象名稱保存即可，而Excel是較為方便存儲(chǔ)的工具，以此作為我們存儲(chǔ)信息的文件。

定義一個(gè)子函數(shù)：excel_write()，傳入items與user_name數(shù)據(jù)；隨后，創(chuàng)建Excel表格，定義其名稱；Excel表格首行寫入關(guān)鍵詞：UserName及其HisFollow；最終，定義一個(gè)指針index，逐行寫入數(shù)據(jù)。

2.5 廣度遍歷用戶與其關(guān)注者

由于第一層的特殊性，隨后爬取的第二，三，四……層與其存在部分差異，緊接著，以獲取第二至三層數(shù)據(jù)為例，通過廣度遍歷獲得數(shù)據(jù)。

思路如下：（1）通過items，獲取第二層用戶ID。（2）獲取第二層用戶關(guān)注人的總頁面。（3）獲取用戶本身名稱。（4）獲取用戶關(guān)注對(duì)象所有名稱及其URL。（5）寫入Excel中。

可以看出來，大體上與2.1～2.4過程類似，只是將2.1的模擬登錄改為從items中提取用戶ID來；另外，第3步，由于items中其實(shí)已經(jīng)存在第二層用戶名稱，所以第3步可以直接刪除，第一步中直接提取用戶名稱即可。

其獲得部分?jǐn)?shù)據(jù)如圖1所示。

3 程序的改進(jìn)與優(yōu)化

第2節(jié)已經(jīng)完成了程序所需爬取下來的信息，但在運(yùn)行過程當(dāng)中，會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問題，本節(jié)是在第2節(jié)的基礎(chǔ)上，對(duì)程序進(jìn)行了改進(jìn)，提升程序的穩(wěn)定性、實(shí)用性，以及優(yōu)化程序，使其更為簡單合理。

3.1 添加下載延時(shí)與訪問限速

對(duì)一個(gè)網(wǎng)站訪問過于頻繁，往往就會(huì)被反爬蟲措施所識(shí)別和攔截[10]，所以，當(dāng)我們?cè)L問網(wǎng)站以及下載網(wǎng)站信息時(shí)，往往會(huì)設(shè)置延時(shí)，其中，最簡單的是引入sleep庫，在需要延時(shí)訪問或下載信息前加上sleep()即可；其中，括號(hào)內(nèi)填入需要延時(shí)的時(shí)間。

另外，Scrapy也提供了一種比較智能的方法來解決限速問題，即通過自動(dòng)限速擴(kuò)展，該擴(kuò)展能根據(jù)Scrapy服務(wù)器及爬取的網(wǎng)站的負(fù)載自動(dòng)限制爬取速度。

3.2 顯示提示與出現(xiàn)異常自動(dòng)處理

由于本程序運(yùn)行時(shí)間較長，當(dāng)我們需要了解程序運(yùn)行到哪一步時(shí)，不可能中斷程序，了解進(jìn)程。所以，在編寫程序時(shí)，在相應(yīng)步驟結(jié)束后，加上 print（“… ”） 即可，此優(yōu)化較為簡單，不再敘述。

另外，由于網(wǎng)頁的特殊性，程序可能會(huì)出現(xiàn)未知錯(cuò)誤，而造成中途不再下載數(shù)據(jù)，浪費(fèi)時(shí)間。所以為了提升程序的健壯性，我們?cè)诔绦蛑锌赡軙?huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的地方加上try…catch…語句，如在獲取用戶名稱時(shí)：

圖1 部分爬取數(shù)據(jù)展示

可以方便地了解在爬取過程中，在哪一步出現(xiàn)了差錯(cuò)，并自動(dòng)跳過，而不會(huì)造成浪費(fèi)接下來爬取信息的時(shí)間。

3.3 翻頁功能優(yōu)化

當(dāng)我們想要獲取關(guān)注人信息時(shí)，在搜索每名用戶時(shí)，均要首先獲取其關(guān)注人頁數(shù)信息，不僅費(fèi)時(shí)，而且也容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，此處，我們提出一種新的翻頁功能實(shí)現(xiàn)的方法，其本質(zhì)就是通過構(gòu)造Request并提交Scrapy引擎的過程。

關(guān)鍵步驟是當(dāng)我們?cè)讷@取完第n頁信息完畢之后，首先抽取下一頁的鏈接，如果存在，便訪問下一頁，爬取信息，否則跳過。

4 結(jié)語

運(yùn)用Python3豐富的庫資源以及快速開發(fā)的特點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于新浪微博數(shù)據(jù)上的社區(qū)網(wǎng)絡(luò)爬蟲程序，為研究社會(huì)中人物關(guān)系者們提供了較為簡單方便的新浪微博數(shù)據(jù)獲取程序。該程序使用者僅需提供新浪微博賬號(hào)即可利用爬蟲抓取新浪微博中的人物關(guān)聯(lián)信息，解決了傳統(tǒng)爬蟲登錄、翻頁等問題；實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該爬蟲具有良好的性能，穩(wěn)定性強(qiáng)，可以投入到日常使用當(dāng)中，并且有利于對(duì)微博的后續(xù)挖掘研究。

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