JSON 字段

JSON（JavaScript Object Notation，JavaScript 对象符号）是一种轻量级数据交换格式，为复杂数据结构的存储和查询提供了灵活的方式。在 Milvus 中，您可以使用 JSON 字段在存储向量数据的同时存储额外的结构化信息，从而实现将向量相似性与结构化过滤相结合的高级搜索和查询。

JSON 字段非常适合需要元数据来优化检索结果的应用。例如，在电子商务中，可以通过类别、价格和品牌等属性来增强产品向量。在推荐系统中，用户向量可以与偏好和人口统计信息相结合。下面是一个典型的 JSON 字段示例。

{
  "category": "electronics",
  "price": 99.99,
  "brand": "BrandA"
}

添加 JSON 字段

要在 Milvus 中使用 JSON 字段，请在 Collections 模式中定义相关字段类型，将datatype 设置为支持的 JSON 类型，即JSON 。

以下是如何定义包含 JSON 字段的 Collections 模式。

from pymilvus import MilvusClient, DataType

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

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

schema.add_field(field_name="metadata", datatype=DataType.JSON)
schema.add_field(field_name="pk", datatype=DataType.INT64, is_primary=True)
schema.add_field(field_name="embedding", datatype=DataType.FLOAT_VECTOR, dim=3)

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("metadata")
        .dataType(DataType.JSON)
        .build());

schema.addField(AddFieldReq.builder()
        .fieldName("pk")
        .dataType(DataType.Int64)
        .isPrimaryKey(true)
        .build());

schema.addField(AddFieldReq.builder()
        .fieldName("embedding")
        .dataType(DataType.FloatVector)
        .dimension(3)
        .build());

import { MilvusClient, DataType } from "@zilliz/milvus2-sdk-node";
const schema = [
  {
    name: "metadata",
    data_type: DataType.JSON,
  },
  {
    name: "pk",
    data_type: DataType.Int64,
    is_primary_key: true,
  },
  {
    name: "embedding",
    data_type: DataType.FloatVector,
    dim: 3,
  },
];

export jsonField='{
    "fieldName": "metadata",
    "dataType": "JSON"
}'

export pkField='{
    "fieldName": "pk",
    "dataType": "Int64",
    "isPrimary": true
}'

export vectorField='{
    "fieldName": "embedding",
    "dataType": "FloatVector",
    "elementTypeParams": {
        "dim": 3
    }
}'

export schema="{
    \"autoID\": false,
    \"fields\": [
        $jsonField,
        $pkField,
        $vectorField
    ]
}"

在本例中，我们添加了一个名为metadata 的 JSON 字段，用于存储与向量数据相关的附加元数据，如产品类别、价格和品牌信息。

创建 Collections

创建 Collections 时，必须为向量字段创建索引，以确保检索性能。在本例中，我们使用AUTOINDEX 来简化索引设置。有关详细信息，请参阅自动索引。

index_params = client.prepare_index_params()

index_params.add_index(
    field_name="embedding",
    index_type="AUTOINDEX",
    metric_type="COSINE"
)

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

List<IndexParam> indexes = new ArrayList<>();
indexes.add(IndexParam.builder()
        .fieldName("embedding")
        .indexType(IndexParam.IndexType.AUTOINDEX)
        .metricType(IndexParam.MetricType.COSINE)
        .build());

const indexParams = {
    index_name: 'embedding_index',
    field_name: 'embedding',
    metricType: MetricType.CONSINE,
    index_type: IndexType.AUTOINDEX,
);

export indexParams='[
        {
            "fieldName": "embedding",
            "metricType": "COSINE",
            "indexType": "AUTOINDEX"
        }
    ]'

使用定义的 Schema 和索引参数创建 Collections。

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

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

client.create_collection({
    collection_name: "my_json_collection",
    schema: schema,
    index_params: indexParams
})

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

插入数据

创建 Collections 后，可以插入包含 JSON 字段的数据。

# Data to be inserted
data = [
  {
      "metadata": {"category": "electronics", "price": 99.99, "brand": "BrandA"},
      "pk": 1,
      "embedding": [0.12, 0.34, 0.56]
  },
  {
      "metadata": {"category": "home_appliances", "price": 249.99, "brand": "BrandB"},
      "pk": 2,
      "embedding": [0.56, 0.78, 0.90]
  },
  {
      "metadata": {"category": "furniture", "price": 399.99, "brand": "BrandC"},
      "pk": 3,
      "embedding": [0.91, 0.18, 0.23]
  }
]

# Insert data into the collection
client.insert(
    collection_name="your_collection_name",
    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("{\"metadata\": {\"category\": \"electronics\", \"price\": 99.99, \"brand\": \"BrandA\"}, \"pk\": 1, \"embedding\": [0.1, 0.2, 0.3]}", JsonObject.class));
rows.add(gson.fromJson("{\"metadata\": {\"category\": \"home_appliances\", \"price\": 249.99, \"brand\": \"BrandB\"}, \"pk\": 2, \"embedding\": [0.4, 0.5, 0.6]}", JsonObject.class));
rows.add(gson.fromJson("{\"metadata\": {\"category\": \"furniture\", \"price\": 399.99, \"brand\": \"BrandC\"}, \"pk\": 3, \"embedding\": [0.7, 0.8, 0.9]}", JsonObject.class));

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

const data = [
  {
      "metadata": {"category": "electronics", "price": 99.99, "brand": "BrandA"},
      "pk": 1,
      "embedding": [0.12, 0.34, 0.56]
  },
  {
      "metadata": {"category": "home_appliances", "price": 249.99, "brand": "BrandB"},
      "pk": 2,
      "embedding": [0.56, 0.78, 0.90]
  },
  {
      "metadata": {"category": "furniture", "price": 399.99, "brand": "BrandC"},
      "pk": 3,
      "embedding": [0.91, 0.18, 0.23]
  }
]

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

curl --request POST \
--url "${CLUSTER_ENDPOINT}/v2/vectordb/entities/insert" \
--header "Authorization: Bearer ${TOKEN}" \
--header "Content-Type: application/json" \
-d '{
    "data": [
        {
            "metadata": {"category": "electronics", "price": 99.99, "brand": "BrandA"},
            "pk": 1,
            "embedding": [0.12, 0.34, 0.56]
        },
        {
            "metadata": {"category": "home_appliances", "price": 249.99, "brand": "BrandB"},
            "pk": 2,
            "embedding": [0.56, 0.78, 0.90]
        },
        {
            "metadata": {"category": "furniture", "price": 399.99, "brand": "BrandC"},
            "pk": 3,
            "embedding": [0.91, 0.18, 0.23]
        }       
    ],
    "collectionName": "my_json_collection"
}'

在本例中。

• 每个数据项都包含一个主字段 (pk),metadata 作为 JSON 字段，用于存储产品类别、价格和品牌等信息。

• embedding 是一个三维向量字段，用于向量相似性搜索。

搜索和查询

JSON 字段允许在搜索过程中进行标量过滤，增强了 Milvus 的向量搜索功能。您可以根据 JSON 属性和向量相似性进行查询。

过滤查询

您可以根据 JSON 属性过滤数据，例如匹配特定值或检查某个数字是否在某个范围内。

filter = 'metadata["category"] == "electronics" and metadata["price"] < 150'

res = client.query(
    collection_name="my_json_collection",
    filter=filter,
    output_fields=["metadata"]
)

print(res)

# Output
# data: ["{'metadata': {'category': 'electronics', 'price': 99.99, 'brand': 'BrandA'}, 'pk': 1}"] 

import io.milvus.v2.service.vector.request.QueryReq;
import io.milvus.v2.service.vector.response.QueryResp;

String filter = "metadata[\"category\"] == \"electronics\" and metadata[\"price\"] < 150";
QueryResp resp = client.query(QueryReq.builder()
        .collectionName("my_json_collection")
        .filter(filter)
        .outputFields(Collections.singletonList("metadata"))
        .build());

System.out.println(resp.getQueryResults());

// Output
//
// [QueryResp.QueryResult(entity={metadata={"category":"electronics","price":99.99,"brand":"BrandA"}, pk=1})]

client.query({
    collection_name: 'my_scalar_collection',
    filter: 'metadata["category"] == "electronics" and metadata["price"] < 150',
    output_fields: ['metadata']
});

curl --request POST \
--url "${CLUSTER_ENDPOINT}/v2/vectordb/entities/query" \
--header "Authorization: Bearer ${TOKEN}" \
--header "Content-Type: application/json" \
-d '{
    "collectionName": "my_json_collection",
    "filter": "metadata[\"category\"] == \"electronics\" and metadata[\"price\"] < 150",
    "outputFields": ["metadata"]
}'
{"code":0,"cost":0,"data":[{"metadata":"{\"category\": \"electronics\", \"price\": 99.99, \"brand\": \"BrandA\"}","pk":1}]}

在上述查询中，Milvus 过滤掉了metadata 字段的类别为"electronics" 、价格低于 150 的实体，返回符合这些条件的实体。

带 JSON 过滤的向量搜索

通过将向量相似性与 JSON 过滤相结合，可以确保检索到的数据不仅在语义上相匹配，而且符合特定的业务条件，从而使搜索结果更加精确并符合用户需求。

filter = 'metadata["brand"] == "BrandA"'

res = client.search(
    collection_name="my_json_collection",
    data=[[0.3, -0.6, 0.1]],
    limit=5,
    search_params={"params": {"nprobe": 10}},
    output_fields=["metadata"],
    filter=filter
)

print(res)

# Output
# data: ["[{'id': 1, 'distance': -0.2479381263256073, 'entity': {'metadata': {'category': 'electronics', 'price': 99.99, 'brand': 'BrandA'}}}]"] 

import io.milvus.v2.service.vector.request.SearchReq;
import io.milvus.v2.service.vector.response.SearchResp;

String filter = "metadata[\"brand\"] == \"BrandA\"";
SearchResp resp = client.search(SearchReq.builder()
        .collectionName("my_json_collection")
        .annsField("embedding")
        .data(Collections.singletonList(new FloatVec(new float[]{0.3f, -0.6f, 0.1f})))
        .topK(5)
        .outputFields(Collections.singletonList("metadata"))
        .filter(filter)
        .build());

System.out.println(resp.getSearchResults());

// Output
//
// [[SearchResp.SearchResult(entity={metadata={"category":"electronics","price":99.99,"brand":"BrandA"}}, score=-0.2364331, id=1)]]

client.search({
    collection_name: 'my_json_collection',
    data: [0.3, -0.6, 0.1],
    limit: 5,
    output_fields: ['metadata'],
    filter: 'metadata["category"] == "electronics" and metadata["price"] < 150',
});

curl --request POST \
--url "${CLUSTER_ENDPOINT}/v2/vectordb/entities/search" \
--header "Authorization: Bearer ${TOKEN}" \
--header "Content-Type: application/json" \
-d '{
    "collectionName": "my_json_collection",
    "data": [
        [0.3, -0.6, 0.1]
    ],
    "annsField": "embedding",
    "limit": 5,
    "searchParams":{
        "params":{"nprobe":10}
    },
    "outputFields": ["metadata"],
    "filter": "metadata[\"brand\"] == \"BrandA\""
}'

## {"code":0,"cost":0,"data":[{"distance":-0.24793813,"id":1,"metadata":"{\"category\": \"electronics\", \"price\": 99.99, \"brand\": \"BrandA\"}"}]}

在这个例子中，Milvus 返回了与查询向量最相似的前 5 个实体，其中metadata 字段包含一个品牌"BrandA" 。

此外，Milvus 还支持高级 JSON 过滤操作符，如JSON_CONTAINS 、JSON_CONTAINS_ALL 和JSON_CONTAINS_ANY ，可进一步增强查询功能。更多详情，请参阅元数据过滤。

限制

• 索引限制：由于数据结构的复杂性，不支持 JSON 字段索引。

• 数据类型匹配：如果 JSON 字段的键值是整数或浮点数，则只能与另一个整数或浮点数键值或INT32/64 或FLOAT32/64 字段进行比较。如果键值是字符串 (VARCHAR)，则只能与另一个字符串键值进行比较。

• 命名限制：在命名 JSON 键时，建议只使用字母、数字字符和下划线，因为其他字符可能会在过滤或搜索时引起问题。

• 处理字符串值：对于字符串值 (VARCHAR)，Milvus 按原样存储 JSON 字段字符串，不进行语义转换。例如'a"b' "a'b",'a\\'b', 和"a\\"b" 会按输入值存储；但'a'b' 和"a"b" 会被视为无效。

• 处理嵌套字典：JSON 字段值中的任何嵌套字典都将作为字符串处理。