ביצוע חיפוש וקטורי

חיפוש וקטורי ב-AlloyDB ל-PostgreSQL מאפשר לכם למצוא רשומות דומות מבחינה סמנטית על ידי אחסון של הטמעות וקטוריות במסד הנתונים וביצוע שאילתות עליהן. במדריך הזה נסביר איך להגדיר טבלת מסד נתונים, לטעון הטמעות וקטוריות לדוגמה, ליצור אינדקס ScaNN ולהריץ שאילתות של דמיון וקטורי באמצעות מסוף Google Cloud . הדוגמאות במדריך הזה מיועדות להמחשה בלבד.

במאמר חיפוש וקטורי מסונן ב-AlloyDB ל-PostgreSQL מוסבר איך להשתמש בחיפוש וקטורי מסונן כדי למקד את החיפושים לפי דמיון.

כדי ללמוד איך לבצע חיפוש וקטורי באמצעות הטמעות של Gemini Enterprise Agent Platform, אפשר לעיין במאמר קדימה, מתחילים: הטמעת וקטורים באמצעות AlloyDB AI.

מטרות

  • יוצרים אשכול AlloyDB ומכונה ראשית.
  • מתחברים למסד הנתונים ומתקינים את התוספים הנדרשים.
  • תיצור טבלה של product ו-product inventory.
  • הוספת נתונים לטבלאות product ו-product inventory וביצוע חיפוש וקטורי בסיסי.
  • יוצרים אינדקס ScaNN בטבלת המוצרים.
  • ביצוע חיפוש וקטורי בסיסי.
  • ביצוע חיפוש וקטורי מורכב עם מסנן וצירוף.

עלויות

במסמך הזה משתמשים ברכיבים הבאים של Google Cloud, והשימוש בהם כרוך בתשלום:

בעזרת מחשבון העלויות אתם יכולים להעריך את העלויות בהתאם לשימוש הצפוי.

משתמשים חדשים של Google Cloud ? יכול להיות שאתם זכאים לתקופת ניסיון בחינם.

כשמסיימים את המשימות שמתוארות במסמך הזה אפשר למחוק את המשאבים שיצרתם כדי להימנע מחיובים נוספים. מידע נוסף זמין בקטע הסרת המשאבים.

לפני שמתחילים

הפעלת החיוב וממשקי ה-API הנדרשים

  1. נכנסים לדף Clusters במסוף Google Cloud .

    כניסה לדף לבחירת הפרויקט

  2. מוודאים שהחיוב מופעל בפרויקט ב- Google Cloud .

  3. מפעילים את Cloud APIs שנדרשים כדי ליצור מכונה של AlloyDB ל-PostgreSQL ולהתחבר אליה.

    הפעלת ממשקי ה-API

    1. בשלב אישור הפרויקט, לוחצים על הבא כדי לאשר את שם הפרויקט שרוצים לבצע בו שינויים.

    2. בשלב Enable APIs, לוחצים על Enable כדי להפעיל את ממשקי ה-API הבאים:

      • AlloyDB API
      • Compute Engine API
      • Service Networking API
      • Agent Platform API

יצירת אשכול ומכונה ראשית ב-AlloyDB

  1. נכנסים לדף Clusters במסוף Google Cloud .

    מעבר אל Clusters

  2. לוחצים על Create cluster.

  3. בשדה Cluster ID, מזינים my-cluster.

  4. מזינים סיסמה. שימו לב לסיסמה הזו, כי תשתמשו בה במדריך הזה.

  5. בוחרים אזור – לדוגמה, us-central1 (Iowa).

  6. בוחרים את רשת ברירת המחדל.

    אם יש לכם חיבור גישה פרטית, המשיכו לשלב הבא. אם לא, לוחצים על הגדרת חיבור ופועלים לפי השלבים הבאים:

    1. בקטע הקצאת טווח כתובות IP, לוחצים על שימוש בטווח כתובות IP שהוקצה באופן אוטומטי.
    2. לוחצים על המשך ואז על יצירת קישור.

  7. בקטע Zonal availability, בוחרים באפשרות Single zone.

  8. בוחרים את סוג המכונה 2 vCPU,16 GB.

  9. בקטע Connectivity, בוחרים באפשרות Enable public IP.

  10. לוחצים על Create cluster. יכול להיות שיחלפו כמה דקות עד ש-AlloyDB ייצור את האשכול ויציג אותו בדף Overview של האשכול הראשי.

  11. בקטע Instances in your cluster, מרחיבים את החלונית Connectivity. חשוב לשים לב למזהה ה-URI של החיבור כי תשתמשו בו במדריך הזה.

    ה-URI של החיבור הוא בפורמט projects/<var>PROJECT_ID</var>/locations/<var>REGION_ID</var>/clusters/my-cluster/instances/my-cluster-primary.

מתן הרשאת משתמש ב-Agent Platform לסוכן השירות של AlloyDB

כדי לאפשר ל-AlloyDB להשתמש במודלים של הטמעת טקסט ב-Agent Platform, צריך להוסיף הרשאות משתמש של Agent Platform לסוכן השירות של AlloyDB בפרויקט שבו נמצאים האשכול והמכונה.

למידע נוסף על הוספת הרשאות, אפשר לעיין במאמר איך מעניקים הרשאת משתמש ב-Agent Platform לסוכן שירות של AlloyDB.

התחברות למסד הנתונים באמצעות דפדפן אינטרנט

  1. נכנסים לדף Clusters במסוף Google Cloud .

    כניסה לדף Clusters

  2. בעמודה Resource name, לוחצים על שם האשכול, my-cluster.

  3. בחלונית הניווט, לוחצים על AlloyDB Studio.

  4. בדף Sign in to AlloyDB Studio, פועלים לפי השלבים הבאים:

    1. בוחרים את מסד הנתונים postgres.
    2. בוחרים את המשתמש postgres.
    3. מזינים את הסיסמה שיצרתם בקטע יצירת אשכול והמכונה הראשית שלו.
    4. לוחצים על אימות. בחלונית Explorer מוצגת רשימה של האובייקטים במסד הנתונים postgres.

  5. פותחים כרטיסייה חדשה בלחיצה על ‎+ New SQL editor tab או על ‎+ New tab.

התקנת התוספים הנדרשים

מריצים את השאילתה הבאה כדי להתקין את התוספים vector ו-alloydb_scann:

  CREATE EXTENSION IF NOT EXISTS vector;
  CREATE EXTENSION IF NOT EXISTS alloydb_scann;

הוספת נתוני מוצרים ומלאי מוצרים וביצוע חיפוש וקטורי בסיסי

  1. מריצים את ההצהרה הבאה כדי ליצור טבלת product שמבצעת את הפעולות הבאות:

    • שומר פרטי מוצר בסיסיים.
    • כולל עמודת וקטור embedding שמחשבת ומאחסנת וקטור הטמעה לתיאור של כל מוצר.
      CREATE TABLE product (
    id INT PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(255) NOT NULL,
    description TEXT,
    category VARCHAR(255),
    color VARCHAR(255),
    embedding vector(768) GENERATED ALWAYS AS (embedding('text-embedding-005', description)) STORED
  );

    במקרה הצורך, אתם יכולים להשתמש ב-Logs Explorer כדי לצפות ביומנים ולפתור שגיאות.

  2. מריצים את השאילתה הבאה כדי ליצור טבלת product_inventory שבה מאוחסן מידע על המלאי הזמין והמחירים המתאימים. במדריך הזה נעשה שימוש בטבלאות product_inventory ו-product כדי להריץ שאילתות חיפוש וקטורי מורכבות.

    CREATE TABLE product_inventory (
  id INT PRIMARY KEY,
  product_id INT REFERENCES product(id),
  inventory INT,
  price DECIMAL(10,2)
);

  3. מריצים את השאילתה הבאה כדי להוסיף נתוני מוצרים לטבלה product:

    INSERT INTO product (id, name, description,category, color) VALUES
(1, 'Stuffed Elephant', 'Soft plush elephant with floppy ears.', 'Plush Toys', 'Gray'),
(2, 'Remote Control Airplane', 'Easy-to-fly remote control airplane.', 'Vehicles', 'Red'),
(3, 'Wooden Train Set', 'Classic wooden train set with tracks and trains.', 'Vehicles', 'Multicolor'),
(4, 'Kids Tool Set', 'Toy tool set with realistic tools.', 'Pretend Play', 'Multicolor'),
(5, 'Play Food Set', 'Set of realistic play food items.', 'Pretend Play', 'Multicolor'),
(6, 'Magnetic Tiles', 'Set of colorful magnetic tiles for building.', 'Construction Toys', 'Multicolor'),
(7, 'Kids Microscope', 'Microscope for kids with different magnification levels.', 'Educational Toys', 'White'),
(8, 'Telescope for Kids', 'Telescope designed for kids to explore the night sky.', 'Educational Toys', 'Blue'),
(9, 'Coding Robot', 'Robot that teaches kids basic coding concepts.', 'Educational Toys', 'White'),
(10, 'Kids Camera', 'Durable camera for kids to take pictures and videos.', 'Electronics', 'Pink'),
(11, 'Walkie Talkies', 'Set of walkie talkies for kids to communicate.', 'Electronics', 'Blue'),
(12, 'Karaoke Machine', 'Karaoke machine with built-in microphone and speaker.', 'Electronics', 'Black'),
(13, 'Kids Drum Set', 'Drum set designed for kids with adjustable height.', 'Musical Instruments', 'Blue'),
(14, 'Kids Guitar', 'Acoustic guitar for kids with nylon strings.', 'Musical Instruments', 'Brown'),
(15, 'Kids Keyboard', 'Electronic keyboard with different instrument sounds.', 'Musical Instruments', 'Black'),
(16, 'Art Easel', 'Double-sided art easel with chalkboard and whiteboard.', 'Arts & Crafts', 'White'),
(17, 'Finger Paints', 'Set of non-toxic finger paints for kids.', 'Arts & Crafts', 'Multicolor'),
(18, 'Modeling Clay', 'Set of colorful modeling clay.', 'Arts & Crafts', 'Multicolor'),
(19, 'Watercolor Paint Set', 'Watercolor paint set with brushes and palette.', 'Arts & Crafts', 'Multicolor'),
(20, 'Beading Kit', 'Kit for making bracelets and necklaces with beads.', 'Arts & Crafts', 'Multicolor'),
(21, '3D Puzzle', '3D puzzle of a famous landmark.', 'Puzzles', 'Multicolor'),
(22, 'Race Car Track Set', 'Race car track set with cars and accessories.', 'Vehicles', 'Multicolor'),
(23, 'RC Monster Truck', 'Remote control monster truck with oversized tires.', 'Vehicles', 'Green'),
(24, 'Train Track Expansion Set', 'Expansion set for wooden train tracks.', 'Vehicles', 'Multicolor');

  4. אופציונלי: מריצים את השאילתה הבאה כדי לוודא שהנתונים נוספו לטבלה product:

    SELECT * FROM product;

  5. מריצים את השאילתה הבאה כדי להוסיף את נתוני המלאי לטבלה product_inventory:

    INSERT INTO product_inventory (id, product_id, inventory, price) VALUES
(1, 1, 9, 13.09),
(2, 2, 40, 79.82),
(3, 3, 34, 52.49),
(4, 4, 9, 12.03),
(5, 5, 36, 71.29),
(6, 6, 10, 51.49),
(7, 7, 7, 37.35),
(8, 8, 6, 10.87),
(9, 9, 7, 42.47),
(10, 10, 3, 24.35),
(11, 11, 4, 10.20),
(12, 12, 47, 74.57),
(13, 13, 5, 28.54),
(14, 14, 11, 25.58),
(15, 15, 21, 69.84),
(16, 16, 6, 47.73),
(17, 17, 26, 81.00),
(18, 18, 11, 91.60),
(19, 19, 8, 78.53),
(20, 20, 43, 84.33),
(21, 21, 46, 90.01),
(22, 22, 6, 49.82),
(23, 23, 37, 50.20),
(24, 24, 27, 99.27);

  6. מריצים את שאילתת החיפוש הווקטורי הבאה, שמנסה למצוא מוצרים שדומים למילה music. כלומר, למרות שהמילה music לא מוזכרת במפורש בתיאור המוצר, בתוצאה מוצגים מוצרים שרלוונטיים לשאילתה:

    SELECT * FROM product
ORDER BY embedding <=> embedding('text-embedding-005', 'music')::vector
LIMIT 3;

    תוצאת השאילתה היא: תוצאה של שאילתת חיפוש בסיסית

    ביצוע חיפוש וקטורי בסיסי בלי ליצור אינדקס משתמש בחיפוש מדויק של השכן הקרוב ביותר (KNN), שמספק אחזור יעיל. בקנה מידה גדול, השימוש ב-KNN עלול להשפיע על הביצועים. כדי לשפר את ביצועי השאילתות, מומלץ להשתמש באינדקס ScaNN לחיפוש של השכן הקרוב ביותר (ANN), שמספק זיכרון גבוה עם זמני אחזור קצרים.

    אם לא יוצרים אינדקס, AlloyDB משתמש כברירת מחדל בחיפוש מדויק של השכן הקרוב ביותר (KNN).

    למידע נוסף על השימוש ב-ScaNN בקנה מידה גדול, קראו את המאמר קדימה, מתחילים: הטמעת וקטורים באמצעות AlloyDB AI.

יצירת אינדקס ScaNN בכוונון ידני בטבלת המוצרים

מריצים את השאילתה הבאה כדי ליצור אינדקס ScaNN של product_index בטבלה product:

CREATE INDEX product_index ON product
USING scann (embedding cosine)
WITH (mode='MANUAL', num_leaves=4);

מידע נוסף על יצירת אינדקס ScaNN זמין במאמר יצירת אינדקס ScaNN.

מריצים את שאילתת החיפוש הווקטורי הבאה, שמנסה למצוא מוצרים שדומים לשאילתה בשפה טבעית music. למרות שהמילה music לא נכללת בתיאור המוצר, התוצאה מציגה מוצרים שרלוונטיים לשאילתה:

SET LOCAL scann.num_leaves_to_search = 2;

SELECT * FROM product
ORDER BY embedding <=> embedding('text-embedding-005', 'music')::vector
  LIMIT 3;

אלה תוצאות השאילתה: תוצאת שאילתת חיפוש וקטורי

הפרמטר scann.num_leaves_to_search של השאילתה קובע את מספר צומתי העלים שבהם מתבצע חיפוש במהלך חיפוש דמיון. הערכים של הפרמטרים num_leaves ו-scann.num_leaves_to_search עוזרים להשיג איזון בין הביצועים לבין היכולת לאחזר מידע.

אתם יכולים להריץ שאילתות חיפוש וקטורי מסוננות ביעילות גם כשאתם משתמשים באינדקס ScaNN. מריצים את שאילתת החיפוש המורכבת הבאה לחיפוש וקטורי, שמחזירה תוצאות רלוונטיות שעומדות בתנאי השאילתה, גם עם מסננים:

SET LOCAL scann.num_leaves_to_search = 2;

SELECT * FROM product p
JOIN product_inventory pi ON p.id = pi.product_id
WHERE pi.price < 80.00
ORDER BY embedding <=> embedding('text-embedding-005', 'music')::vector
LIMIT 3;

אתם יכולים להשתמש במאגר התוכן של המנוע מבוסס-העמודות כדי לשפר את הביצועים של חיפושי דמיון וקטורי, במיוחד חיפושי K-Nearest Neighbor ‏ (KNN), בשילוב עם סינון פרדיקטים סלקטיבי מאוד – לדוגמה, באמצעות LIKE – במסדי נתונים. בקטע הזה תשתמשו בתוסף vector ובתוסף google_columnar_engine של AlloyDB. מידע נוסף על אופן הפעולה של מנוע מבוסס-עמודות זמין במאמר בנושא מנוע מבוסס-עמודות של AlloyDB.

השיפורים בביצועים נובעים מהיעילות המובנית של מנוע העמודות בסריקת מערכי נתונים גדולים ובהחלת מסננים – כמו LIKEפרדיקטים – בשילוב עם היכולת שלו, באמצעות תמיכה בווקטורים, לסנן מראש שורות. הפונקציונליות הזו מצמצמת את מספר קבוצות המשנה של הנתונים שנדרשות לחישובים הבאים של מרחק וקטורי ב-KNN, ועוזרת לבצע אופטימיזציה של שאילתות ניתוח מורכבות שכוללות סינון רגיל וחיפוש וקטורי.

במאגר העמודות יש שתי אפשרויות לניהול התוכן:

כדי להשוות את זמן הביצוע של חיפוש וקטורי KNN שסונן לפי LIKE predicate לפני ואחרי שמפעילים את מנוע מבוסס-העמודות, מבצעים את השלבים הבאים:

  1. מפעילים את התוסף vector כדי לתמוך בסוגי נתונים ופעולות של וקטורים. מריצים את ההצהרות הבאות כדי ליצור טבלה לדוגמה (items) עם מזהה, תיאור טקסט ועמודה של הטמעה וקטורית עם 512 ממדים.

    CREATE EXTENSION IF NOT EXISTS vector;

CREATE TABLE items (
    id SERIAL PRIMARY KEY,
    description TEXT,
    embedding VECTOR(512)
);

  2. כדי לאכלס את הנתונים, מריצים את ההצהרות הבאות כדי להוסיף מיליון שורות לטבלת הדוגמה items.

    -- Simplified example of inserting matching (~0.1%) and non-matching data
INSERT INTO items (description, embedding)
SELECT
    CASE WHEN g % 1000 = 0 THEN 'product_' || md5(random()::text) || '_common' -- ~0.1% match
    ELSE 'generic_item_' || g || '_' || md5(random()::text)    -- ~99.9% don't match
    END,
    random_vector(512) -- Assumes random_vector function exists
FROM generate_series(1, 999999) g;

  3. מודדים את הביצועים הבסיסיים של חיפוש הדמיון הווקטורי בלי המנוע מבוסס-העמודות.

    SELECT id, description, embedding <-> '[...]' AS distance
FROM items
WHERE description LIKE '%product_%_common%'
ORDER BY embedding <-> '[...]'
LIMIT 100;

  4. מריצים את הפקודה הבאה ב-CLI של Google Cloud כדי להפעיל את מנוע מבוסס-העמודות ואת התמיכה בווקטורים. כדי להשתמש ב-CLI של gcloud, אפשר להתקין ולהפעיל את ה-CLI של gcloud.

    gcloud beta alloydb instances update INSTANCE_ID \
    --cluster=CLUSTER_ID \
    --region=REGION_ID \
    --project=PROJECT_ID \
    --database-flags=google_columnar_engine.enabled=on,google_columnar_engine.enable_vector_support=on

    מחליפים את מה שכתוב בשדות הבאים:

    • ‫INSTANCE_ID: מזהה המכונה.
    • ‫CLUSTER_ID: מזהה האשכול.
    • ‫REGION_ID: האזור שבו נמצא האשכול.
    • ‫PROJECT_ID: מזהה הפרויקט שבו נמצא האשכול.

  5. מוסיפים את הטבלה items למנוע מבוסס-העמודות:

    SELECT google_columnar_engine_add('items');

  6. מדידת הביצועים של חיפוש הדמיון הווקטורי באמצעות מנוע עמודות. מריצים מחדש את השאילתה שהרצתם קודם כדי למדוד את הביצועים הבסיסיים.

    SELECT id, description, embedding <-> '[...]' AS distance
FROM items
WHERE description LIKE '%product_%_common%'
ORDER BY embedding <-> '[...]'
LIMIT 100;

  7. כדי לבדוק אם השאילתה הופעלה באמצעות המנוע מבוסס-העמודות, מריצים את הפקודה הבאה:

    explain (analyze) SELECT id, description, embedding <-> '[...]' AS distance
FROM items
WHERE description LIKE '%product_%_common%'
ORDER BY embedding <-> '[...]'
LIMIT 100;

הסרת המשאבים

  1. נכנסים לדף Clusters במסוף Google Cloud .

    מעבר אל Clusters

  2. בעמודה Resource name, לוחצים על שם האשכול, my-cluster.

  3. לוחצים על Delete cluster.

  4. בקטע Delete cluster my-cluster, מזינים my-cluster כדי לאשר שרוצים למחוק את האשכול.

  5. לוחצים על Delete.

  6. אם יצרתם חיבור פרטי כשיצרתם אשכול, נכנסים לדף Networking במסוף Google Cloud ולוחצים על Delete VPC network.

המאמרים הבאים