密集向量

密集向量是廣泛用於機器學習和資料分析的數值資料表示。它們由實數陣列組成，其中大多數或所有元素都是非零的。相較於稀疏向量，密集向量在相同的維度層級包含更多的資訊，因為每個維度都持有有意義的數值。這種表示方式可以有效捕捉複雜的模式和關係，讓資料更容易在高維空間中分析和處理。密集向量通常有固定的維數，從幾十到幾百甚至上千不等，這取決於特定的應用程式和需求。

密集向量主要用於需要瞭解資料語意的情境，例如語意搜尋和推薦系統。在語意搜尋中，密集向量有助於捕捉查詢與文件之間的潛在關聯，從而改善搜尋結果的相關性。在推薦系統中，密集向量有助於識別使用者與項目之間的相似性，提供更個人化的建議。

概述

密集向量通常以固定長度的浮點數陣列表示，例如[0.2, 0.7, 0.1, 0.8, 0.3, ..., 0.5] 。這些向量的維度通常從數百到數千不等，例如 128、256、768 或 1024。每個維度都能捕捉物件的特定語意特徵，使其透過相似度計算適用於各種情境。

密集向量

上圖說明密集向量在 2D 空間中的表示。雖然實際應用中的密集向量通常有更高的維度，但這個 2D 圖解有效地傳達了幾個關鍵概念：

• 多維表示：每個點代表一個概念物件 (如Milvus、向量資料庫、檢索系統等)，其位置由其維度值來決定。

• 語意關係：點與點之間的距離反映了概念之間的語義相似性。較近的點則表示語義關係較密切的概念。

• 聚類效應：相關的概念（例如Milvus、向量資料庫和檢索系統）在空間中的位置彼此接近，形成一個語意叢集。

以下是表示文字"Milvus is an efficient vector database" 的真實密集向量範例：

[
    -0.013052909,
    0.020387933,
    -0.007869,
    -0.11111383,
    -0.030188112,
    -0.0053388323,
    0.0010654867,
    0.072027855,
    // ... more dimensions
]

稠密向量可以使用各種嵌入模型產生，例如針對影像的 CNN 模型 (如ResNet、VGG)，以及針對文字的語言模型 (如BERT、Word2Vec)。這些模型可將原始資料轉換為高維空間中的點數，捕捉資料的語意特徵。此外，Milvus 還提供方便的方法，協助使用者產生和處理密集向量，詳情請參閱 Embeddings。

一旦資料被向量化，就可以儲存在 Milvus 中進行管理和向量檢索。下圖顯示基本流程。

使用密集向量

使用密集向量

新增向量領域

要在 Milvus 中使用密集向量，首先要在建立集合時定義一個向量欄位來儲存密集向量。這個過程包括

1. 將datatype 設定為支援的密集向量資料類型。關於支援的密集向量資料類型，請參閱資料類型。

2. 使用dim 參數指定密集向量的尺寸。

在下面的範例中，我們新增一個名為dense_vector 的向量欄位來儲存密集向量。欄位的資料類型是FLOAT_VECTOR ，維度是4 。

from pymilvus import MilvusClient, DataType

client = MilvusClient(uri="http://localhost:19530")

schema = client.create_schema(
auto_id=True,
enable_dynamic_fields=True,
)

schema.add_field(field_name="pk", datatype=DataType.VARCHAR, is_primary=True, max_length=100)
schema.add_field(field_name="dense_vector", datatype=DataType.FLOAT_VECTOR, dim=4)

import io.milvus.v2.client.ConnectConfig;
import io.milvus.v2.client.MilvusClientV2;

import io.milvus.v2.common.DataType;
import io.milvus.v2.service.collection.request.AddFieldReq;
import io.milvus.v2.service.collection.request.CreateCollectionReq;

MilvusClientV2 client = new MilvusClientV2(ConnectConfig.builder()
        .uri("http://localhost:19530")
        .build());

CreateCollectionReq.CollectionSchema schema = client.createSchema();
schema.setEnableDynamicField(true);
schema.addField(AddFieldReq.builder()
        .fieldName("pk")
        .dataType(DataType.VarChar)
        .isPrimaryKey(true)
        .autoID(true)
        .maxLength(100)
        .build());

schema.addField(AddFieldReq.builder()
        .fieldName("dense_vector")
        .dataType(DataType.FloatVector)
        .dimension(4)
        .build());

import { DataType } from "@zilliz/milvus2-sdk-node";

schema.push({
  name: "dense_vector",
  data_type: DataType.FloatVector,
  dim: 4,
});

import (
    "context"
    "fmt"

    "github.com/milvus-io/milvus/client/v2/column"
    "github.com/milvus-io/milvus/client/v2/entity"
    "github.com/milvus-io/milvus/client/v2/index"
    "github.com/milvus-io/milvus/client/v2/milvusclient"
)

ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
defer cancel()

milvusAddr := "localhost:19530"
client, err := milvusclient.New(ctx, &milvusclient.ClientConfig{
    Address: milvusAddr,
})
if err != nil {
    fmt.Println(err.Error())
    // handle error
}
defer client.Close(ctx)

schema := entity.NewSchema()
schema.WithField(entity.NewField().
    WithName("pk").
    WithDataType(entity.FieldTypeVarChar).
    WithIsPrimaryKey(true).
    WithIsAutoID(true).
    WithMaxLength(100),
).WithField(entity.NewField().
    WithName("dense_vector").
    WithDataType(entity.FieldTypeFloatVector).
    WithDim(4),
)

export primaryField='{
    "fieldName": "pk",
    "dataType": "VarChar",
    "isPrimary": true,
    "elementTypeParams": {
        "max_length": 100
    }
}'

export vectorField='{
    "fieldName": "dense_vector",
    "dataType": "FloatVector",
    "elementTypeParams": {
        "dim": 4
    }
}'

export schema="{
    \"autoID\": true,
    \"fields\": [
        $primaryField,
        $vectorField
    ]
}"

密集向量欄位支援的資料類型：

資料類型	說明
FLOAT_VECTOR	儲存 32 位元浮點數，常用於表示科學計算和機器學習中的實數。適用於需要高精度的場景，例如區分相似向量。
FLOAT16_VECTOR	儲存 16 位元半精確浮點數，用於深度學習和 GPU 運算。在精確度不太重要的情況下，例如推薦系統的低精確度召回階段，可節省儲存空間。
BFLOAT16_VECTOR	儲存 16 位元腦浮點 (bfloat16) 數字，提供與 Float32 相同的指數範圍，但精確度較低。適用於需要快速處理大量向量的情況，例如大規模的影像檢索。
INT8_VECTOR	儲存向量，其每個維度的個別元素為 8 位元整數 (int8)，每個元素的範圍為 -128 到 127。INT8_VECTOR 專為量化深度學習模型 (例如 ResNet、EfficientNet) 而設計，可減少模型大小，並加快推論速度，同時將精確度損失降至最低。 注意：僅 HNSW 索引支援此向量類型。

為向量欄位設定索引參數

為了加速語意搜尋，必須為向量欄位建立索引。索引可以顯著改善大規模向量資料的檢索效率。

index_params = client.prepare_index_params()

index_params.add_index(
field_name="dense_vector",
index_name="dense_vector_index",
index_type="AUTOINDEX",
metric_type="IP"
)

import io.milvus.v2.common.IndexParam;
import java.util.*;

List<IndexParam> indexes = new ArrayList<>();

indexes.add(IndexParam.builder()
        .fieldName("dense_vector")
        .indexType(IndexParam.IndexType.AUTOINDEX)
        .metricType(IndexParam.MetricType.IP)
        .build());

import { MetricType, IndexType } from "@zilliz/milvus2-sdk-node";

const indexParams = {
    index_name: 'dense_vector_index',
    field_name: 'dense_vector',
    metric_type: MetricType.IP,
    index_type: IndexType.AUTOINDEX
};

idx := index.NewAutoIndex(index.MetricType(entity.IP))
indexOption := milvusclient.NewCreateIndexOption("my_collection", "dense_vector", idx)

export indexParams='[
        {
            "fieldName": "dense_vector",
            "metricType": "IP",
            "indexName": "dense_vector_index",
            "indexType": "AUTOINDEX"
        }
    ]'

在上面的範例中，使用AUTOINDEX 索引類型為dense_vector 欄位建立了一個名為dense_vector_index 的索引。metric_type 設定為IP ，表示將使用內積作為距離指標。

Milvus 提供多種索引類型，以提供更好的向量搜尋體驗。AUTOINDEX 是一種特殊的索引類型，專為平滑向量搜尋的學習曲線而設計。有很多索引類型可供您選擇。詳情請參考 xxx。

Milvus 支援其他公制類型。如需詳細資訊，請參考公制類型。

建立集合

一旦密集向量和索引參數設定完成，你就可以建立一個包含密集向量的集合。以下範例使用create_collection 方法建立一個名為my_collection 的集合。

client.create_collection(
    collection_name="my_collection",
    schema=schema,
    index_params=index_params
)

import io.milvus.v2.client.ConnectConfig;
import io.milvus.v2.client.MilvusClientV2;

MilvusClientV2 client = new MilvusClientV2(ConnectConfig.builder()
.uri("http://localhost:19530")
.build());

CreateCollectionReq requestCreate = CreateCollectionReq.builder()
.collectionName("my_collection")
.collectionSchema(schema)
.indexParams(indexes)
.build();
client.createCollection(requestCreate);

import { MilvusClient } from "@zilliz/milvus2-sdk-node";

const client = new MilvusClient({
    address: 'http://localhost:19530'
});

await client.createCollection({
    collection_name: 'my_collection',
    schema: schema,
    index_params: indexParams
});

err = client.CreateCollection(ctx,
    milvusclient.NewCreateCollectionOption("my_collection", schema).
        WithIndexOptions(indexOption))
if err != nil {
    fmt.Println(err.Error())
    // handle error
}

curl --request POST \
--url "${CLUSTER_ENDPOINT}/v2/vectordb/collections/create" \
--header "Authorization: Bearer ${TOKEN}" \
--header "Content-Type: application/json" \
-d "{
    \"collectionName\": \"my_collection\",
    \"schema\": $schema,
    \"indexParams\": $indexParams
}"

插入資料

建立集合後，使用insert 方法加入包含密集向量的資料。確保插入的密集向量的維度與新增密集向量欄位時定義的dim 值相符。

data = [
    {"dense_vector": [0.1, 0.2, 0.3, 0.7]},
    {"dense_vector": [0.2, 0.3, 0.4, 0.8]},
]

client.insert(
collection_name="my_collection",
data=data
)

import com.google.gson.Gson;
import com.google.gson.JsonObject;
import io.milvus.v2.service.vector.request.InsertReq;
import io.milvus.v2.service.vector.response.InsertResp;

List<JsonObject> rows = new ArrayList<>();
Gson gson = new Gson();
rows.add(gson.fromJson("{\"dense_vector\": [0.1, 0.2, 0.3, 0.4]}", JsonObject.class));
rows.add(gson.fromJson("{\"dense_vector\": [0.2, 0.3, 0.4, 0.5]}", JsonObject.class));

InsertResp insertR = client.insert(InsertReq.builder()
        .collectionName("my_collection")
        .data(rows)
        .build());

const data = [
  { dense_vector: [0.1, 0.2, 0.3, 0.7] },
  { dense_vector: [0.2, 0.3, 0.4, 0.8] },
];

client.insert({
  collection_name: "my_collection",
  data: data,
});

_, err = client.Insert(ctx, milvusclient.NewColumnBasedInsertOption("my_collection").
    WithFloatVectorColumn("dense_vector", 4, [][]float32{
        {0.1, 0.2, 0.3, 0.7},
        {0.2, 0.3, 0.4, 0.8},
    }),
)
if err != nil {
    fmt.Println(err.Error())
    // handle err
}

curl --request POST \
--url "${CLUSTER_ENDPOINT}/v2/vectordb/entities/insert" \
--header "Authorization: Bearer ${TOKEN}" \
--header "Content-Type: application/json" \
-d '{
    "data": [
        {"dense_vector": [0.1, 0.2, 0.3, 0.4]},
        {"dense_vector": [0.2, 0.3, 0.4, 0.5]}        
    ],
    "collectionName": "my_collection"
}'

## {"code":0,"cost":0,"data":{"insertCount":2,"insertIds":["453577185629572531","453577185629572532"]}}

執行相似性搜尋

基於密集向量的語意搜尋是 Milvus 的核心功能之一，可讓您根據向量之間的距離，快速找到與查詢向量最相似的資料。若要執行相似性搜尋，請準備查詢向量和搜尋參數，然後調用search 方法。

search_params = {
    "params": {"nprobe": 10}
}

query_vector = [0.1, 0.2, 0.3, 0.7]

res = client.search(
collection_name="my_collection",
data=[query_vector],
anns_field="dense_vector",
search_params=search_params,
limit=5,
output_fields=["pk"]
)

print(res)

# Output
# data: ["[{'id': '453718927992172271', 'distance': 0.7599999904632568, 'entity': {'pk': '453718927992172271'}}, {'id': '453718927992172270', 'distance': 0.6299999952316284, 'entity': {'pk': '453718927992172270'}}]"]

import io.milvus.v2.service.vector.request.data.FloatVec;

Map<String,Object> searchParams = new HashMap<>();
searchParams.put("nprobe",10);

FloatVec queryVector = new FloatVec(new float[]{0.1f, 0.3f, 0.3f, 0.4f});

SearchResp searchR = client.search(SearchReq.builder()
        .collectionName("my_collection")
        .data(Collections.singletonList(queryVector))
        .annsField("dense_vector")
        .searchParams(searchParams)
        .topK(5)
        .outputFields(Collections.singletonList("pk"))
        .build());
        
System.out.println(searchR.getSearchResults());

// Output
//
// [[SearchResp.SearchResult(entity={pk=453444327741536779}, score=0.65, id=453444327741536779), SearchResp.SearchResult(entity={pk=453444327741536778}, score=0.65, id=453444327741536778)]]

query_vector = [0.1, 0.2, 0.3, 0.7];

client.search({
    collection_name: 'my_collection',
    data: query_vector,
    limit: 5,
    output_fields: ['pk'],
    params: {
        nprobe: 10
    }
});

queryVector := []float32{0.1, 0.2, 0.3, 0.7}

annParam := index.NewCustomAnnParam()
annParam.WithExtraParam("nprobe", 10)
resultSets, err := client.Search(ctx, milvusclient.NewSearchOption(
    "my_collection", // collectionName
    5,                     // limit
    []entity.Vector{entity.FloatVector(queryVector)},
).WithANNSField("dense_vector").
    WithOutputFields("pk").
    WithAnnParam(annParam))
if err != nil {
    fmt.Println(err.Error())
    // handle error
}

for _, resultSet := range resultSets {
    fmt.Println("IDs: ", resultSet.IDs.FieldData().GetScalars())
    fmt.Println("Scores: ", resultSet.Scores)
    fmt.Println("Pks: ", resultSet.GetColumn("pk").FieldData().GetScalars())
}

curl --request POST \
--url "${CLUSTER_ENDPOINT}/v2/vectordb/entities/search" \
--header "Authorization: Bearer ${TOKEN}" \
--header "Content-Type: application/json" \
-d '{
    "collectionName": "my_collection",
    "data": [
        [0.1, 0.2, 0.3, 0.7]
    ],
    "annsField": "dense_vector",
    "limit": 5,
    "searchParams":{
        "params":{"nprobe":10}
    },
    "outputFields": ["pk"]
}'

## {"code":0,"cost":0,"data":[{"distance":0.55,"id":"453577185629572532","pk":"453577185629572532"},{"distance":0.42,"id":"453577185629572531","pk":"453577185629572531"}]}

有關相似性搜尋參數的詳細資訊，請參閱基本 ANN 搜尋。