2.2 三种网页抓取方法
现在我们已经了解了该网页的结构，下面将要介绍三种抓取其中数据的方法。首先是正则表达式，然后是流行的BeautifulSoup 模块，最后是强大的lxml 模块。
2.2.1 正则表达式
如果你对正则表达式还不熟悉，或是需要一些提示时，可以查阅https://docs.python.org/2/howto/regex.html 获得完整介绍。
当我们使用正则表达式抓取面积数据时，首先需要尝试匹配<td> 元素中的内容，如下所示。
>>> import re
>>> url = 'http://example.webscraping.com/view/United
-Kingdom-239'
>>> html = download(url)
>>> re.findall('<td class="w2p_fw">(.*?)</td>', html)
['<img src="/places/static/images/flags/gb.png" />',
'244,820 square kilometres',
'62,348,447',
'GB',
'United Kingdom',
'London',
'<a href="/continent/EU">EU</a>',
'.uk',
'GBP',
'Pound',
'44',
'@# #@@|@## #@@|@@# #@@|@@## #@@|@#@ #@@|@@#@ #@@|GIR0AA',
'^(([A-Z]\\d{2}[A-Z]{2})|([A-Z]\\d{3}[A-Z]{2})|([A-Z]{2}\\d{2}
[A-Z]{2})|([A-Z]{2}\\d{3}[A-Z]{2})|([A-Z]\\d[A-Z]\\d[A-Z]{2})
|([A-Z]{2}\\d[A-Z]\\d[A-Z]{2})|(GIR0AA))$',
'en-GB,cy-GB,gd',
'<div><a href="/iso/IE">IE </a></div>']从上述结果中可以看出，多个国家属性都使用了<td class="w2p_fw"> 标签。要想分离出面积属性，我们可以只选择其中的第二个元素，如下所示。
>>> re.findall('<td class="w2p_fw">(.*?)</td>', html)[1]
'244,820 square kilometres'虽然现在可以使用这个方案，但是如果网页发生变化，该方案很可能就会失效。比如表格发生了变化，去除了第二行中的国土面积数据。如果我们只在现在抓取数据，就可以忽略这种未来可能发生的变化。但是，如果我们希望未来还能再次抓取该数据，就需要给出更加健壮的解决方案，从而尽可能避免这种布局变化所带来的影响。想要该正则表达式更加健壮，我们可以将其父元素<tr> 也加入进来。由于该元素具有ID属性，所以应该是唯一的。
>>> re.findall('<tr id="places_area__row"><td
class="w2p_fl"><label for="places_area"
id="places_area__label">Area: </label></td><td
class="w2p_fw">(.*?)</td>', html)
['244,820 square kilometres']这个迭代版本看起来更好一些，但是网页更新还有很多其他方式，同样可以让该正则表达式无法满足。比如，将双引号变为单引号，<td> 标签之间添加多余的空格，或是变更area_label 等。下面是尝试支持这些可能性的改进版本。
>>> re.findall('<tr
id="places_area__row">.*?<td\s*class=["\']w2p_fw["\']>(.*?)
</td>', html)
['244,820 square kilometres']虽然该正则表达式更容易适应未来变化，但又存在难以构造、可读性差的问题。此外，还有一些微小的布局变化也会使该正则表达式无法满足，比如在<td> 标签里添加title 属性。
从本例中可以看出，正则表达式为我们提供了抓取数据的快捷方式，但是该方法过于脆弱，容易在网页更新后出现问题。幸好，还有一些更好的解决方案，我们会在接下来的小节中继续介绍。
2.2.2 Beautiful Soup
Beautiful Soup 是一个非常流行的Python模块。该模块可以解析网页，并提供定位内容的便捷接口。如果你还没有安装该模块，可以使用下面的命令安装其最新版本：
pip install beautifulsoup4
使用Beautiful Soup的第一步是将已下载的HTML内容解析为soup文档。由于大多数网页都不具备良好的HTML格式，因此Beautiful Soup需要对其实际格式进行确定。例如，在下面这个简单网页的列表中，存在属性值两侧引号缺失和标签未闭合的问题。
<ul class=country>
<li>Area
<li>Population
</ul>如果Population 列表项被解析为Area 列表项的子元素，而不是并列的两个列表项的话，我们在抓取时就会得到错误的结果。下面让我们看一下Beautiful Soup是如何处理的。
>>> from bs4 import BeautifulSoup
>>> broken_html = '<ul class=country><li>Area<li>Population</ul>'
>>> # parse the HTML
>>> soup = BeautifulSoup(broken_html, 'html.parser')
>>> fixed_html = soup.prettify()
>>> print fixed_html
<html>
<body>
<ul class="country">
<li>Area</li>
<li>Population</li>
</ul>
</body>
</html>从上面的执行结果中可以看出，Beautiful Soup 能够正确解析缺失的引号并闭合标签，此外还添加了<html> 和<body> 标签使其成为完整的HTML文档。现在可以使用find() 和find_all() 方法来定位我们需要的元素了。
>>> ul = soup.find('ul', attrs={'class':'country'})
>>> ul.find('li') # returns just the first match
<li>Area</li>
>>> ul.find_all('li') # returns all matches
[<li>Area</li>, <li>Population</li>] |
想要了解全部方法和参数，可以查阅BeautifulSoup的官方文档，其网址为：`http://www.crummy.com/software/BeautifulSoup/bs4/doc/。`
下面是使用该方法抽取示例国家面积数据的完整代码。
>>> from bs4 import BeautifulSoup
>>> url = 'http://example.webscraping.com/places/view/
United-Kingdom-239'
>>> html = download(url)
>>> soup = BeautifulSoup(html)
>>> # locate the area row
>>> tr = soup.find(attrs={'id':'places_area__row'})
>>> td = tr.find(attrs={'class':'w2p_fw'}) # locate the area tag
>>> area = td.text # extract the text from this tag
>>> print area
244,820 square kilometres这段代码虽然比正则表达式的代码更加复杂，但更容易构造和理解。而且，像多余的空格和标签属性这种布局上的小变化，我们也无须再担心了。
2.2.3 Lxml
Lxml 是基于libxml2 这一XML解析库的Python封装。该模块使用C语言编写，解析速度比Beautiful Soup更快，不过安装过程也更为复杂。最新的安装说明可以参考http://Lxml.de/installation.html 。
和Beautiful Soup一样，使用lxml 模块的第一步也是将有可能不合法的HTML解析为统一格式。下面是使用该模块 解析同一个不完整HTML的例子。
>>> import lxml.html
>>> broken_html = '<ul class=country><li>Area<li>Population</ul>'
>>> tree = lxml.html.fromstring(broken_html) # parse the HTML
>>> fixed_html = lxml.html.tostring(tree, pretty_print=True)
>>> print fixed_html
<ul class="country">
<li>Area</li>
<li>Population</li>
</ul>同样地，lxml 也可以正确解析属性两侧缺失的引号，并闭合标签，不过该模块没有额外添加<html> 和<body> 标签。
解析完输入内容之后，进入选择元素的步骤，此时lxml 有几种不同的方法，比如XPath选择器和类似Beautiful Soup的find() 方法。不过，在本例和后续示例中，我们将会使用CSS选择器，因为它更加简洁，并且能够在第5章解析动态内容时得以复用。此外，一些拥有jQuery选择器相关经验的读者也会对其更加熟悉。
下面是使用lxml 的CSS选择器抽取面积数据的示例代码。
>>> tree = lxml.html.fromstring(html)
>>> td = tree.cssselect('tr#places_area__row > td.w2p_fw')[0]
>>> area = td.text_content()
>>> print area
244,820 square kilometresCSS选择器的关键代码行已被加粗显示。该行代码首先会找到ID为places_area__row 的表格行元素，然后选择class为w2p_fw 的表格数据子标签。
CSS选择器
CSS选择器表示选择元素所使用的模式。下面是一些常用的选择器示例。
选择所有标签：* 选择<a>标签：a 选择所有class="link"的元素：.link 选择class="link"的<a>标签：a.link 选择id="home"的<a>标签：a#home 选择父元素为<a>标签的所有<span>子标签：a > span 选择<a>标签内部的所有<span>标签：a span 选择title属性为"Home"的所有<a>标签：a[title=Home]
 |
W3C已提出CSS3规范，其网址为`http://www.w3.org/TR``/2011/REC-css3-selectors-20110929/`。
Lxml已经实现了大部分CSS3属性，其不支持的功能可以参见https://pythonhosted.org/cssselect/#supported-selectors 。
需要注意的是，lxml 在内部实现中，实际上是将CSS选择器转换为等价的XPath选择器。
2.2.4 性能对比
要想更好地对本章中介绍的三种抓取方法评估取舍，我们需要对其相对效率进行对比。一般情况下，爬虫会抽取网页中的多个字段。因此，为了让对比更加真实，我们将为本章中的每个爬虫都实现一个扩展版本，用于抽取国家网页中的每个可用数据。首先，我们需要回到Firebug中，检查国家页面其他特征的格式，如图2.4所示。
图2.4
从Firebug的显示中可以看出，表格中的每一行都拥有一个以places_ 起始且以__row 结束的ID。而在这些行中包含的国家数据，其格式都和上面的例子相同。下面是使用上述信息抽取所有可用国家数据的实现代码。
FIELDS = ('area', 'population', 'iso', 'country', 'capital',
'continent', 'tld', 'currency_code', 'currency_name', 'phone',
'postal_code_format', 'postal_code_regex', 'languages',
'neighbours')
import re
def re_scraper(html):
results = {}
for field in FIELDS:
results[field] = re.search('<tr id="places_%s__row">.*?<td
class="w2p_fw">(.*?)</td>' % field, html).groups()[0]
return results
from bs4 import BeautifulSoup
def bs_scraper(html):
soup = BeautifulSoup(html, 'html.parser')
results = {}
for field in FIELDS:
results[field] = soup.find('table').find('tr',
id='places_%s__row' % field).find('td',
class_='w2p_fw').text
return results
import lxml.html
def lxml_scraper(html):
tree = lxml.html.fromstring(html)
results = {}
for field in FIELDS:
results[field] = tree.cssselect('table > tr#places_%s__row
> td.w2p_fw' % field)[0].text_content()
return results抓取结果
现在，我们已经完成了所有爬虫的代码实现，接下来将通过如下代码片段，测试这三种方法的相对性能。
import time
NUM_ITERATIONS = 1000 # number of times to test each scraper
html = download('http://example.webscraping.com/places/view/
United-Kingdom-239')
for name, scraper in [('Regular expressions', re_scraper),
('BeautifulSoup', bs_scraper),
('Lxml', lxml_scraper)]:
# record start time of scrape
start = time.time()
for i in range(NUM_ITERATIONS):
if scraper == re_scraper:
re.purge()
result = scraper(html)
# check scraped result is as expected
assert(result['area'] == '244,820 square kilometres')
# record end time of scrape and output the total
end = time.time()
print '%s: %.2f seconds' % (name, end – start)在这段代码中，每个爬虫都会执行1000次，每次执行都会检查抓取结果是否正确，然后打印总用时。这里使用的download 函数依然是上一章中定义的那个函数。请注意，我们在加粗的代码行中调用了re.purge() 方法。默认情况下，正则表达式模块会缓存搜索结果，为了与其他爬虫的对比更加公平，我们需要使用该方法清除缓存。
下面是在我的电脑中运行该脚本的结果。
$ python performance.py Regular expressions: 5.50 seconds BeautifulSoup: 42.84 seconds Lxml: 7.06 seconds
由于硬件条件的区别，不同电脑的执行结果也会存在一定差异。不过，每种方法之间的相对差异应当是相当的。从结果中可以看出，在抓取我们的示例网页时，Beautiful Soup比其他两种方法慢了超过6倍之多。实际上这一结果是符合预期的，因为lxml 和正则表达式模块都是C语言编写的，而BeautifulSoup``则 是纯Python编写的。一个有趣的事实是，lxml 表现得和正则表达式差不多好。由于lxml 在搜索元素之前，必须将输入解析为内部格式，因此会产生额外的开销。而当抓取同一网页的多个特征时，这种初始化解析产生的开销就会降低，lxml 也就更具竞争力。这真是一个令人惊叹的模块！
2.2.5 结论
表2.1总结了每种抓取方法的优缺点。
表2.1
抓取方法 | 性能 | 使用难度 | 安装难度 |
正则表达式 | 快 | 困难 | 简单（内置模块） |
Beautiful Soup | 慢 | 简单 | 简单（纯Python） |
Lxml | 快 | 简单 | 相对困难 |
如果你的爬虫瓶颈是下载网页，而不是抽取数据的话，那么使用较慢的方法（如Beautiful Soup）也不成问题。如果只需抓取少量数据，并且想要避免额外依赖的话，那么正则表达式可能更加适合。不过，通常情况下，lxml 是抓取数据的最好选择，这是因为该方法既快速又健壮，而正则表达式和Beautiful Soup只在某些特定场景下有用。
2.2.6 为链接爬虫添加抓取回调
前面我们已经了解了如何抓取国家数据，接下来我们需要将其集成到上一章的链接爬虫当中。要想复用这段爬虫代码抓取其他网站，我们需要添加一个callback 参数处理抓取行为。callback 是一个函数，在发生某个特定事件之后会调用该函数（在本例中，会在网页下载完成后调用）。该抓取callback 函数包含url 和html 两个参数，并且可以返回一个待爬取的URL列表。下面是其实现代码，可以看出在Python中实现该功能非常简单。
def link_crawler(..., scrape_callback=None):
...
links = []
if scrape_callback:
links.extend(scrape_callback(url, html) or [])
...在上面的代码片段中，我们加粗显示了新增加的抓取callback 函数代码。如果想要获取该版本链接爬虫的完整代码，可以访问https://bitbucket. org/wswp/code/src/tip/chapter02/link_crawler.py 。
现在，我们只需对传入的scrape_callback 函数定制化处理，就能使用该爬虫抓取其他网站了。下面对lxml 抓取示例的代码进行了修改，使其能够在callback 函数中使用。
def scrape_callback(url, html):
if re.search('/view/', url):
tree = lxml.html.fromstring(html)
row = [tree.cssselect('table > tr#places_%s__row >
td.w2p_fw' % field)[0].text_content() for field in
FIELDS]
print url, row上面这个callback 函数会去抓取国家数据，然后将其显示出来。不过通常情况下，在抓取网站时，我们更希望能够复用这些数据，因此下面我们对其功能进行扩展，把得到的结果数据保存到CSV表格中，其代码如下所示。
import csv
class ScrapeCallback:
def __init__(self):
self.writer = csv.writer(open('countries.csv', 'w'))
self.fields = ('area', 'population', 'iso', 'country',
'capital', 'continent', 'tld', 'currency_code',
'currency_name', 'phone', 'postal_code_format',
'postal_code_regex', 'languages',
'neighbours')
self.writer.writerow(self.fields)
def __call__(self, url, html):
if re.search('/view/', url):
tree = lxml.html.fromstring(html)
row = []
for field in self.fields:
row.append(tree.cssselect('table >
tr#places_{}__row >
td.w2p_fw'.format(field))
[0].text_content())
self.writer.writerow(row)为了实现该callback ，我们使用了回调类，而不再是回调函数，以便保持csv 中writer 属性的状态。csv 的writer 属性在构造方法中进行了实例化处理，然后在__call__ 方法中执行了多次写操作。请注意，__call__ 是一个特殊方法，在对象作为函数被调用时会调用该方法，这也是链接爬虫中cache_callback 的调用方法。也就是说，scrape_callback(url, html) 和调用scrape_callback.__call__(url, html) 是等价的。如果想要了解更多有关Python特殊类方法的知识，可以参考https://docs.python.org/2/reference/datamodel.html#special-method-names 。
下面是向链接爬虫传入回调的代码写法。
link_crawler('http://example.webscraping.com/', '/(index|view)',
max_depth=-1, scrape_callback=ScrapeCallback())现在，当我们运行这个使用了callback 的爬虫时，程序就会将结果写入一个CSV文件中，我们可以使用类似Excel或者LibreOffice的应用查看该文件，如图2.5所示。
图2.5
成功了！我们完成了第一个可以工作的数据抓取爬虫。
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