faiss的一些相关调研

需求背景

目前有项目会涉及到向量的存储和计算,以前的传统搜索引擎lucene系产品和其他数据库貌似都无法没有比较良好有效的解决方案。对于机器学习领域来说,大部分经过训练后的模型都是以特征向量的方式呈现的,所以特征向量的存储和搜索也就是必要的了。

依赖相关

  • faiss facebook开源的一个库,C++编写,提供了python接口,专门提供了向量存储搜索等相关服务
  • anconda python的一种科学计算的环境,facebook会将包推送到anconda,用这个解释器可以大大方便安装faiss,反正我是没手动编译成功
  • pycharm 不解释

测试标准

维度:128/256
数据量级:100万/500万/1千万
关注点:效率 内存占用

维度 数据量 平均查询耗时(取最优) (ms) 内存占用(GB)
128 100万 0.024 1.552
128 500万 0.047 5.504
128 1千万
256 100万 0.042 2.528
256 500万
256 1千万

以目前我的笔记本的内存条的情况只足够跑出上面这3种情况,但基本可以反映出内存和耗时的增长情况,其中耗时大部分情况下不是问题,内存如果上服务器影响也不大。

其他问题

以下是一些我关心的问题找到的官方回答或者从文档中翻出来的点

工程人员的悲哀就是永远只会想着这个东西能不能用,怎么高并低延不要蹦。。

Q.faiss索引是否支持动态增删
Concurrent search/add or add/add are not supported. There is no locking mechanism in place to protect against this, so the calling code should maintain a lock.
不支持并发搜索/添加或添加/添加。 没有锁定机制来防止这种情况,因此调用代码应保持锁定。

上面的文档也没有很明确的说明是否可以动态增删,只是说会有同步危险,

If punctual removals are needed it is probably more efficient to maintain a blacklist of vectors outside the index code
如果需要准时删除,则在索引代码之外维护向量黑名单可能更有效
HNSW does not require training and does not support removing vectors from the index.
HNSW不支持从索引中删除向量
Q.为什么查询单个向量比查询批量向量慢
Matrix-matrix multiplications are often much faster than the corresponding amount of matrix-vector multiplications.
矩阵 - 矩阵乘法通常比相应的矩阵 - 向量乘法量快得多。
Q.是否可以将生成的索引从RAM固化到硬盘中
可以通过以下两个方法来进行存储和读取

tmpindex = 'index/tmp.index'
faiss.write_index(index, tmpindex)

index = faiss.read_index(tmpindex)

Q.HNSW使用什么距离索引
目前没有找到HNSW索引提供可以更改索引距离类型的API,从官方wiki上介绍如何选择索引类型时找到依据如下
Choosing an index is not obvious, so here are a few essential questions that can help in the choice of an index. They are mainly applicable for L2 distances.
选择索引并不明显,因此这里有一些基本问题可以帮助选择索引。 它们主要适用于L2距离。

Q.HNSW如何让id和矢量数据关联
使用id_map,方式如下

index = faiss.IndexHNSWFlat(d, 32)   # build the index
index2 = faiss.IndexIDMap(index)
index2.add_with_ids(xb,  ids)
D, I = index2.search(xq, 20)

这样查出来的结果才能和id对的上,知道查回来了哪条结果

参考文献

Faiss官方Wiki

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