构建高效搜索系统 - Faiss向量数据库的快速入门

快速入门

创建第一个Faiss索引

加载数据到索引中

执行基本查询

评估索引性能

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创建第一个Faiss索引

先需要导入必要的库，并定义一个索引对象。使用最基础的Flat索引作为例子。

bash 复制代码

import numpy as np
import faiss

# 设置向量的维度
d = 128

# 创建一个Flat索引，使用L2（欧几里得）距离
index = faiss.IndexFlatL2(d)

# 打印索引信息
print("Index created:", index)

先导入numpy和faiss库。指定了向量的维度为128，并创建一个基于L2距离的Flat索引对象。IndexFlatL2是最简单的索引类型，会在内存中存储所有的向量，并计算所有向量间的距离来找出最近邻。

加载数据到索引中

需要生成一些随机向量数据，并将其添加到刚刚创建的索引中。

bash 复制代码

# 生成10000个随机向量
nb = 10000
np.random.seed(1234)  # 设置随机种子以确保每次运行都得到相同结果
xb = np.random.random((nb, d)).astype('float32')

# 将向量数据归一化到单位长度
xb /= np.linalg.norm(xb, axis=1, keepdims=True)

# 添加向量到索引
index.add(xb)
print("Vectors added to index.")

在这个步骤中，先设定了要添加的向量数量为10000个，并生成这些向量。为使距离度量更加有效，将向量进行了归一化处理。最后调用了add方法将这些向量添加到了索引中。

执行基本查询

可以尝试使用一些查询向量来测试索引是否正常工作。

bash 复制代码

# 生成10个查询向量
nq = 10
xq = np.random.random((nq, d)).astype('float32')
xq /= np.linalg.norm(xq, axis=1, keepdims=True)

# 执行搜索，返回每个查询向量的k个最近邻
k = 4
D, I = index.search(xq, k)

# 输出结果
print("Distances:")
print(D)
print("Indices:")
print(I)

这里生成了10个查询向量，并设置了返回最近邻的数量为4。index.search函数执行了实际的搜索操作，并返回了两组结果：D表示查询向量到最近邻的距离，I表示这些最近邻的索引号。

评估索引性能

为了评估索引的性能，可以测量查询所需的时间，并检查返回结果的正确性。

bash 复制代码

import time

# 测量搜索耗时
start_time = time.time()
D, I = index.search(xq, k)
end_time = time.time()

# 计算查询时间
search_time = end_time - start_time
print(f"Search took {search_time:.4f} seconds.")

# 检查结果是否合理
print("Checking results...")
assert D.shape == (nq, k)
assert I.shape == (nq, k)
print("Results are valid.")

在这段代码中使用Python的time模块来记录搜索操作的起始和结束时间，从而计算出总的查询耗时。还通过断言检查了返回结果的形状是否符合预期，以此验证结果的有效性。