什么是向量数据库？

向量数据库（Vector DataBase ）是一种专门用于存储和管理高维向量数据的数据库。向量数据通常用于表示非结构化数据（如文本、图像、音频等）的特征。向量数据库通过高效的向量检索技术（例如相似度搜索）帮助用户快速找到与查询向量最相似的数据点。向量数据库，示意架构图。

段传涛

3220人浏览 · 2025-01-06 16:55:12

段传涛 · 2025-01-06 16:55:12 发布

向量数据库（Vector DataBase ）是一种专门用于存储和管理高维向量数据的数据库。向量数据通常用于表示非结构化数据（如文本、图像、音频等）的特征。向量数据库通过高效的向量检索技术（例如相似度搜索）帮助用户快速找到与查询向量最相似的数据点。

向量数据库，示意架构图

向量数据库的主要用途

相似度搜索：用于推荐系统、内容检索（如查找相似的图片或文章）。
机器学习模型支持：存储嵌入向量（embedding），支持 NLP、计算机视觉等领域。
实时分析：处理大规模非结构化数据并提供实时结果。

常见的向量数据库

Milvus：一个开源的向量数据库，支持大规模的向量检索。
Weaviate：带有语义搜索功能的向量数据库。
Pinecone：云原生的向量数据库，支持高性能查询。
FAISS：Facebook AI 开发的快速向量检索工具（更像一个库，但也可用作数据库）。

向量数据库的核心功能包括：

存储多维向量。
支持基于向量相似度（如欧几里得距离、余弦相似度）的快速检索。
提供索引结构（如HNSW、IVF等）以优化大规模数据的查询效率。

如何使用向量数据库？

准备数据：
- 将非结构化数据（如文本、图像）转换为向量表示。通常使用预训练模型（如 BERT、CLIP 等）生成特征向量。
插入向量：
- 将生成的向量存储到数据库中，并与原始数据关联。
检索向量：
- 使用向量相似度搜索（如余弦相似度、欧几里得距离）找到最接近的向量。
维护数据库：
- 支持动态插入、删除和更新操作。

核心概念：
- 向量数据库存储的是向量（由多个数值组成的数组），这些向量通常是通过机器学习模型生成的高维特征表示。
- 例如，一张图片可以被转换为一个特定的向量，向量中每个数值代表图片的某种特征。
特点：
- 支持近似最近邻搜索（ANN，Approximate Nearest Neighbor），可以快速找到与给定向量最相似的数据。
- 专为处理高维数据而设计，比传统关系型数据库在这类任务中高效得多。

应用场景

1. 推荐系统

场景：电商平台根据用户的浏览或购买记录推荐相关产品。
实例：通过将用户行为或产品描述转化为向量，利用向量相似性推荐最匹配的产品。

2. 搜索引擎

场景：语义搜索，根据查询语句返回语义上相关的文档，而不仅仅是关键字匹配。
实例：Google 使用向量搜索来实现更智能的结果排序。

3. 图像与视频搜索

场景：基于内容的图像或视频检索。
实例：用户上传一张图片，系统返回相似的图片。

4. 自然语言处理 (NLP)

场景：情感分析、语义匹配、聊天机器人等。
实例：通过将文本嵌入为向量，分析语义相似度以实现上下文理解。

5. 生物信息学

场景：基因序列比对和相似性分析。
实例：基于向量搜索分析不同基因的相似性。

6. 网络安全

场景：检测异常网络行为或恶意软件。
实例：将网络流量数据转化为向量，分析异常模式。

实例

Milvus
- 一个开源的向量数据库，支持大规模向量数据存储和检索，广泛用于AI和大数据领域。
- 应用场景：推荐系统、图像搜索。
- 学习地址：The High-Performance Vector Database Built for Scale | Milvus
Pinecone
- 专注于实时向量检索，适合动态更新的场景。
- 应用场景：个性化推荐、语义搜索。
- 学习地址：The vector database to build knowledgeable AI | Pinecone
Weaviate
- 提供语义搜索功能，并集成知识图谱。
- 应用场景：知识管理、搜索引擎。
- 学习地址：The AI-native database developers love | Weaviate
Faiss
- Facebook 开发的向量搜索库，适用于高效相似性搜索。
- 应用场景：机器学习模型加速、特征向量分析。
- 学习地址：https://github.com/facebookresearch/faiss

附上英文介绍，毕竟很多AI 资料都是英文的

What is a Vector Database?

A vector database is a type of database optimized for storing and querying data represented as vectors. Vectors are numerical representations of data points, often used to represent complex objects like text, images, or audio in a multi-dimensional space. These databases are designed to handle large-scale vector data and perform operations such as similarity searches and nearest neighbor queries efficiently.

Key Features of Vector Databases:

Efficient Similarity Search: They use advanced algorithms like Approximate Nearest Neighbor (ANN) to quickly find vectors similar to a given query.
Scalability: Capable of handling billions of vectors while maintaining performance.
Integration with AI Models: Often used alongside machine learning and AI models to store embeddings generated by models like BERT, CLIP, or GPT.

Application Scenarios of Vector Databases:

Search Engines
- Text Search: Enhance search engines by matching query embeddings with document embeddings for better relevance.
- Image Search: Allow users to search for similar images by uploading one, using vector similarity to find matches.
Recommendation Systems
- Deliver personalized recommendations by finding products, movies, or music similar to a user’s preferences, represented as vectors.
Natural Language Processing (NLP)
- Store word, sentence, or document embeddings for applications like sentiment analysis, topic classification, or question answering.
E-commerce
- Improve product discovery through vector-based search and recommendation systems.
- Enable "search by image" functionality for customers.
Fraud Detection
- Identify anomalous patterns in transactions by comparing vectorized representations of user behavior with historical data.
Multimedia Applications
- Audio or video retrieval systems can use vectors to search for similar clips based on user input.
Drug Discovery and Genomics
- Analyze molecular structures and genetic data using vectorized representations, aiding in faster discoveries.