spark Vectors.dense()和Vectors.sparse() 密集向量和稀疏向量

本文深入探讨了MLlib中向量的两种表示方法:DenseVector和SparseVector。详细解释了密集向量和稀疏向量的区别,以及它们在实际应用中的表示方式。通过具体例子,展示了如何使用这两种向量格式进行数据处理。

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MLlib的本地向量主要分为两种,DenseVector和SparseVector,顾名思义,前者是用来保存稠密向量,后者是用来保存稀疏向量.
稀疏向量和密集向量都是向量的表示方法

  • 密集向量和稀疏向量的区别
    密集向量的值就是一个普通的Double数组 而稀疏向量由两个并列的 数组indices和values组成 例如:向量(1.0,0.0,1.0,3.0)用密集格式表示为[1.0,0.0,1.0,3.0],用稀疏格式表示为(4,[0,2,3],[1.0,1.0,3.0]) 第一个4表示向量的长度(元素个数),[0,2,3]就是indices数组,[1.0,1.0,3.0]是values数组 表示向量0的位置的值是1.0,2的位置的值是1.0,而3的位置的值是3.0,其他的位置都是0
    稀疏向量 [1] 通常用两部分表示:一部分是顺序向量,另一部分是值向量。例如稀疏向量(4,0,28,53,0,0,4,8)可用值向量(4,28,53,4,8)和顺序向量(1,0,1,1,0,0,1,1)表示。
    eg
    data = [(0, Vectors.sparse(6, [0, 1, 2], [1.0, 1.0, 1.0]),),
         (1, Vectors.sparse(6, [2, 3, 4], [1.0, 1.0, 1.0]),),
         (2, Vectors.sparse(6, [0, 2, 4], [1.0, 1.0, 1.0]),)]
    df = spark.createDataFrame(data, ["id", "features"])
    data = [(0, Vectors.dense([-1.0, -1.0 ]),),
         (1, Vectors.dense([-1.0, 1.0 ]),),
        (2, Vectors.dense([1.0, -1.0 ]),),
         (3, Vectors.dense([1.0, 1.0]),)]
    df = spark.createDataFrame(data, ["id", "features"])
    	
    	
    
    
    
<think>嗯,用户这次的问题聚焦在RAG项目能否同时支持稠密向量搜索稀疏矩阵搜索,这其实是个很专业的架构设计问题。从用户提到的"站内引用"来看,ta应该已经阅读过之前关于RAG流程的详细说明,现在想深入探讨混合检索的实现可能。 用户可能正在设计一个需要兼顾语义搜索关键词搜索的系统。ta的提问方式提到"同时实现",说明需要的是技术可行性而非二选一。考虑到之前讨论过acge模型SentenceTransformer,用户可能特别关注中文场景下的混合检索优化。 从技术实现角度,需要分三层回应:首先是理论可行性,混合检索在RAG中已有成熟应用;其次是具体实施路径,包括索引构建查询处理的双通道设计;最后是优化策略,比如稀疏向量的权重调整机制。用户没明确说但可能关心的点包括:计算资源消耗、检索延迟增加程度、以及中文分词对稀疏矩阵的影响。 特别要注意的是,用户引用了之前的向量化讨论,所以回答时需要自然衔接之前的观点。比如提到归一化处理时,要说明其对稠密向量的必要性,而稀疏向量则不需要同样处理。在优化策略部分,可以结合之前提到的chunking技术,解释如何统一两种检索的文本分段逻辑。 用户似乎对技术细节接受度很高,所以可以适当展开FAISS的IVF索引原理倒排索引的压缩技术。但要注意用示例代码降低理解门槛,比如展示BM25的简化实现。最后生成的延伸问题要覆盖用户可能忽略的痛点,比如混合检索的评估指标设计。</think>在RAG项目中,**可以同时实现稠密向量搜索(Dense Vector Search)稀疏矩阵搜索(Sparse Matrix Search)**,这种混合检索(Hybrid Search)策略能显著提升召回率精度。以下是具体实现方式优化策略: --- ### 一、混合检索的架构设计 #### 1. **索引阶段的双通道处理** | 检索类型 | 文本处理方式 | 向量化方法 | 存储机制 | |----------------|----------------------------------|-------------------------------------|------------------------| | **稠密检索** | 文本块(chunk) | 嵌入模型(如acge/SentenceTransformer)生成$d$维向量 | 向量数据库(Faiss/Pinecone) | | **稀疏检索** | 分词后的词项(term) | BM25/TF-IDF生成高维稀疏向量 | 倒排索引(Elasticsearch) | **关键操作**: ```python # 示例:混合索引构建 from sentence_transformers import SentenceTransformer from rank_bm25 import BM25Okapi # 稠密向量索引 dense_model = SentenceTransformer('acge_text_embedding') # 中文优化模型[^2] dense_vectors = dense_model.encode(text_chunks) # 生成稠密向量 # 稀疏向量索引 tokenized_corpus = [doc.split() for doc in text_chunks] # 分词 bm25_index = BM25Okapi(tokenized_corpus) # 构建BM25稀疏矩阵 ``` #### 2. **查询阶段的并行检索** ```mermaid graph LR A[用户查询] --> B(稠密向量化) A --> C(分词与稀疏向量化) B --> D[向量数据库检索] C --> E[倒排索引检索] D & E --> F{结果融合} F --> G[重排序] --> H[生成答案] ``` **融合策略**: - **加权分数融合**:对两种检索结果的相似度分数加权求 $$ \text{final\_score} = \alpha \cdot \text{dense\_score} + (1-\alpha) \cdot \text{sparse\_score} $$ - **交叉编码重排**:用小型Transformer对候选文档重排序[^4] --- ### 二、混合检索的优势与适用场景 | **检索类型** | **优势** | **局限性** | **适用场景** | |----------------|-----------------------------------|--------------------------|----------------------------| | 稠密检索 | 捕捉语义相似性(如近义词) | 依赖训练数据质量 | 开放域问答、语义匹配 | | 稀疏检索 | 精确匹配关键词、计算效率高 | 无法处理词汇鸿沟 | 关键词搜索、短文本检索 | | **混合检索** | 兼顾语义与关键词,召回率↑精度↑ | 架构复杂度增加 | 高精度要求的工业级RAG系统 | > **案例**:当用户查询“神经网络如何训练?”时: > - 稠密检索可能召回“深度学习模型优化方法” > - 稀疏检索命中含“神经网络”、“训练”的文档 > 二者融合可覆盖更全面的相关文档[^3]。 --- ### 三、关键优化策略 1. **归一化处理的一致性** 稠密向量需归一化(`normalize_embeddings=True`),使余弦相似度计算等价于点积: $$ \cos(\theta) = \frac{\mathbf{A} \cdot \mathbf{B}}{\|\mathbf{A}\| \|\mathbf{B}\|} \xrightarrow{\text{归一化}} \mathbf{A} \cdot \mathbf{B} $$ 稀疏向量则无需归一化(BM25分数本身已标准化)[^5]。 2. **动态权重调整** 根据查询类型自动调整$\alpha$值: ```python if query_contains_keywords: # 含明确关键词 alpha = 0.3 # 偏向稀疏检索 else: # 语义型查询 alpha = 0.7 # 偏向稠密检索 ``` 3. **基础设施优化** - 使用**Faiss的IVF索引**加速稠密检索[^1] - 稀疏检索采用**Elasticsearch的倒排索引+压缩技术** - 部署**异步并行查询**减少延迟 --- ### 四、典型工具链实现 ```python # 混合检索示例(伪代码) from pymilvus import MilvusClient # 稠密检索 from elasticsearch import Elasticsearch # 稀疏检索 def hybrid_search(query: str, alpha=0.5): # 稠密检索 dense_vec = dense_model.encode([query])[0] dense_results = milvus_client.search(vectors=[dense_vec], top_k=50) # 稀疏检索 sparse_results = es_client.search( index="bm25_index", body={"query": {"match": {"text": query}}}, size=50 ) # 结果融合 combined_results = [] for doc_id, dense_score in dense_results: sparse_score = get_bm25_score(doc_id, query) # 从ES获取分数 combined_score = alpha*dense_score + (1-alpha)*sparse_score combined_results.append((doc_id, combined_score)) return sorted(combined_results, key=lambda x: x[1], reverse=True)[:10] ``` --- ### 总结 1. **可行性**:RAG项目完全可同时支持稠密与稀疏检索,通过**双索引构建+结果融合**实现。 2. **核心价值**:混合检索弥补了单一方法的缺陷,显著提升**召回率**(Recall)**首位命中率**(Hit@1)[^3][^4]。 3. **实施建议**: - 中文场景优先选`acge`等优化模型[^2] - 稀疏检索用BM25替代TF-IDF - 融合时需实验调优$\alpha$参数 > 引用说明:混合检索已被LangChain、LlamaIndex等框架原生支持[^1],微软Azure Cognitive Search等企业方案也提供开箱即用能力[^4]。
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