如何使用屏幕抓取工具从网络提取数据

学习如何在 Perl 中使用 HTML::TableExtract 工具。

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You as a Machine. 由 Rikki Endsley 修改. CC BY-SA 2.0。

一个完美的互联网会以客户选择的格式交付数据，无论是 CSV、XML、JSON 等。但真实的互联网有时会让人捉摸不透，它会提供数据，但通常是以 HTML 或 PDF 文档的形式——这些格式是为数据显示而设计的，而不是为数据交换而设计的。因此，过去的屏幕抓取——提取显示的数据并将其转换为请求的格式——在今天仍然具有现实意义。

Perl 拥有出色的屏幕抓取工具，其中就包括下面“抓取程序”中描述的 HTML::TableExtract 包。

抓取程序概述

屏幕抓取程序有两个主要部分，它们按如下方式组合在一起：

文件 data.html 包含要抓取的数据。本例中的数据来源于一个正在翻新的大学网站，它探讨了大学学位带来的收入是否能证明学位成本的合理性。数据包括中位数收入、百分位数以及计算机、工程和人文科学等研究领域的其他信息。要运行抓取程序，data.html 文件应托管在 Web 服务器上，我这里使用的是本地 Nginx 服务器。诸如 HTTP::Server::PSGI 或 HTTP::Server::Simple 等独立的 Perl Web 服务器也可以。
文件 scrape.pl 包含抓取程序，它使用了 Plack/PSGI 包中的功能，特别是 Plack Web 服务器。抓取程序从命令行启动（如下所述）。用户在浏览器中输入 Plack 服务器的 URL (localhost:5000/)，然后会发生以下情况：
- 浏览器连接到 Plack 服务器（HTTP::Server::PSGI 的一个实例），并向抓取程序发出 GET 请求。URL 末尾的单个斜杠 (/) 标识了该程序。（即使使用者忘记添加，现代浏览器也会添加闭合斜杠。）
- 然后，抓取程序向 data.html 文档发出 GET 请求。如果请求成功，应用程序将使用 HTML::TableExtract 包从文档中提取相关数据，将提取的数据保存到文件中，并进行一些基本的统计度量，这些度量代表了对提取数据的处理。然后，会将如下所示的 HTML 报告返回到用户的浏览器。

HTML report generated by the Scraping program

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^{图 1：来自抓取程序的最终报告}

从用户的浏览器到 Plack 服务器，然后再到托管 data.html 文档的服务器（例如，Nginx）的请求流量可以描述如下：

              GET localhost:5000/             GET localhost:80/data.html
user's browser------------------->Plack server-------------------------->Nginx

最后一步仅涉及 Plack 服务器和用户的浏览器

             reportFinal.html
Plack server------------------>user's browser

上面的图 1 显示了最终报告文档。

抓取程序的详细信息

源代码和数据文件 (data.html) 可从我的网站上的 ZIP 文件中获取，该文件包含一个 README 文件。以下是各个部分的快速摘要，稍后将进行详细说明：

data.html             ## data source to be hosted by a web server
scrape.pl             ## main source code, run with the plackup utility (see below)
Stats::Controller.pm  ## handles request routing, data extraction, and processing
Stats::Util.pm        ## utility functions used in Controller.pm
report.html           ## HTML template used to generate the report
rawData.dat           ## the extracted data

Plack/PSGI 包附带一个名为 plackup 的命令行实用程序，可用于启动抓取程序。以 % 作为命令行提示符，启动抓取程序的命令是：

% plackup scrape.pl

plackup 命令启动一个独立的 Plack Web 服务器，该服务器托管抓取程序。抓取代码处理请求路由，从 data.html 文档中提取数据，生成一些基本的统计度量，然后使用 Template::Recall 包为用户生成 HTML 报告。由于 Plack 服务器无限期运行，因此抓取程序会打印进程 ID，该 ID 可用于终止服务器和抓取应用程序。

Plack/PSGI 支持 Rails 风格的路由，其中 HTTP 请求根据以下两个因素分派给特定的请求处理程序：

HTTP 请求方法（谓词），例如 GET 或 POST。
请求资源的统一资源标识符（URI 或名词）；在本例中，用户在浏览器中输入 URL http://localhost:5000/，一旦抓取程序启动，URL 中的独立结束斜杠 (/)。

抓取程序仅处理一种类型的请求：对名为 / 的资源的 GET 请求，而此资源是我 Stats::Controller 包中的屏幕抓取和数据处理代码。下面回顾一下，这是 Plack/PSGI 路由设置，位于源文件 scrape.pl 的顶部：

my $router = router {
    match '/', {method => 'GET'},   ## noun/verb combo: / is noun, GET is verb
    to {controller => 'Controller', action => 'index'}; ## handler is function get_index
    # Other actions as needed
};

请求处理程序 Controller::get_index 只有高层逻辑，将屏幕抓取和报告生成的详细信息留给 Util.pm 文件中的实用程序函数，如下节所述。

屏幕抓取代码

回想一下，Plack 服务器将对 localhost:5000/ 的 GET 请求分派给抓取程序的 get_index 函数。此函数作为请求处理程序，然后开始执行检索要抓取的数据、抓取数据以及生成最终报告的任务。数据检索部分由一个实用程序函数负责，该函数使用 Perl 的 LWP::Agent 包从托管 data.html 文档的任何服务器获取数据。获得数据文档后，抓取程序调用实用程序函数 extract_from_html 来执行数据提取。

data.html 文档恰好是格式良好的 XML，这意味着可以使用诸如 XML::LibXML 之类的 Perl 包通过显式的 XML 解析来提取数据。但是，HTML::TableExtract 包更具吸引力，因为它绕过了繁琐的 XML 解析，并且（只需少量代码）即可交付包含提取数据的 Perl 哈希。HTML 文档中的数据聚合通常出现在列表或表格中，而 HTML::TableExtract 包的目标是表格。以下是用于数据提取的三行关键代码：

my $col_headers = col_headers(); ## col_headers() returns an array of the table's column names
my $te = HTML::TableExtract->new(headers => $col_headers);
$te->parse($page);  ## $page is data.html

$col_headers 指的是 Perl 字符串数组，每个字符串都是 HTML 文档中的列标题

sub col_headers {    ## column headers in the HTML table
    return ["Area",
            "MedianWage",
            ...
            "BoostFromGradDegree"];
}

在调用 TableExtract::parse 函数之后，抓取程序使用 TableExtract::rows 函数迭代提取数据的行——不包含 HTML 标记的数据行。这些行作为 Perl 列表，被添加到名为 %majors_hash 的 Perl 哈希中，其结构可以描述如下：

每个键标识一个研究领域，例如计算机或工程。

每个键的值是七个提取数据项的列表，其中七是 HTML 表格中的列数。对于计算机，带有注释的列表是：

   name            median  % with this degree  income boost from GD
    /                 /            /            /
(Computing  55000  75000  112000  5.1%  32.0%  31.0%)   ## data items
             /              \           \
       25th-ptile      75th-ptile  % going on for GD = grad degree

包含提取数据的哈希被写入本地文件 rawData.dat

ForeignLanguage 50000 35000 75000 3.5% 54% 101%
LiberalArts 47000 32000 70000 9.7% 41% 48%
...
Engineering 78000 54000 104000 8.2% 37% 32%
Computing 75000 51000 112000 5.1% 32% 31%
...
PublicPolicy 50000 36000 74000 2.3% 24% 45%

下一步是处理提取的数据，在本例中是使用 Statistics::Descriptive 包进行初步的统计分析。在上面的图 1 中，统计摘要显示在报告底部的单独表格中。

报告生成代码

抓取程序的最后一步是生成报告。Perl 提供了生成 HTML 的选项，而 Template::Recall 就是其中之一。顾名思义，该包从 HTML 模板生成 HTML，该模板是标准 HTML 标记和自定义标记的混合，这些自定义标记充当从后端代码生成的数据的占位符。模板文件是 report.html，而感兴趣的后端函数是 Controller::generate_report。以下是代码和模板如何交互：

报告文档（图 1）有两个表格。顶部的表格通过迭代生成，因为每一行都具有相同的列（研究领域、第 25 个百分位的收入等等）。在每次迭代中，代码都会创建一个哈希，其中包含特定研究领域的值：

my %row = (
     major => $key,
     wage  => '$' . commify($values[0]), ## commify turns 1234 into 1,234
     p25   => '$' . commify($values[1]),
     p75   => '$' . commify($values[2]),
     population   => $values[3],
     grad  => $values[4],
     boost => $values[5]
);

哈希键是 Perl 裸字，例如 major 和 wage，它们表示先前从 HTML 数据文档中提取的数据值列表中的项。相应的 HTML 模板如下所示：

[ === even  === ]
<tr class = 'even'>
   <td>['major']</td>
   <td align = 'right'>['p25']</td>
   <td align = 'right'>['wage']</td>
   <td align = 'right'>['p75']</td>
   <td align = 'right'>['pop']</td>
   <td align = 'right'>['grad']</td>
   <td align = 'right'>['boost']</td>
</tr>
[=== end1 ===]

自定义标记位于方括号中。顶部和底部的标记分别标记了要呈现的模板区域的开始和结束。其他自定义标记标识后端代码的各个目标。例如，标识为 major 的模板列与以 major 为键的哈希条目匹配。以下是后端代码中将数据绑定到自定义标记的调用：

print OUTFILE $tr->render('end1');

引用 $tr 是对 Template::Recall 实例的引用，OUTFILE 是报告文件 reportFinal.html，它是从模板文件 report.html 以及后端代码生成的。如果一切顺利，用户将在浏览器中看到 reportFinal.html 文档（参见图 1）。

抓取程序借鉴了出色的 Perl 包，例如 Plack/PSGI、LWP::Agent、HTML::TableExtract、Template::Recall 和 Statistics::Descriptive，以处理通常很繁琐的屏幕抓取数据任务。这些包协同工作良好，因为每个包都针对特定的子任务。最后，抓取程序可以扩展为对提取的数据进行聚类：Algorithm::KMeans 包非常适合此扩展，并且可以使用持久化在 rawData.dat 文件中的数据。

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