Faiss（异步）

Facebook AI 相似性搜索 (Faiss) 是一个用于密集向量的高效相似性搜索和聚类的库。它包含可在任意大小的向量集中进行搜索的算法，甚至包括可能不适合 RAM 的向量集。它还包括用于评估和参数调整的支持代码。

参见 FAISS 库论文。

Faiss 文档.

您需要使用 pip install -qU langchain-community 安装 langchain-community 才能使用此集成。

此笔记本展示了如何使用与 FAISS 向量数据库相关的功能 asyncio。LangChain 实现了同步和异步向量存储函数。

参见 同步 版本此处。

%pip install --upgrade --quiet  faiss-gpu # For CUDA 7.5+ Supported GPU's.
# OR
%pip install --upgrade --quiet  faiss-cpu # For CPU Installation

我们想使用 OpenAIEmbeddings，因此我们必须获取 OpenAI API 密钥。

import getpass
import os

if "OPENAI_API_KEY" not in os.environ:
    os.environ["OPENAI_API_KEY"] = getpass.getpass("OpenAI API Key:")

# Uncomment the following line if you need to initialize FAISS with no AVX2 optimization
# os.environ['FAISS_NO_AVX2'] = '1'

from langchain_community.document_loaders import TextLoader
from langchain_community.vectorstores import FAISS
from langchain_openai import OpenAIEmbeddings
from langchain_text_splitters import CharacterTextSplitter

loader = TextLoader("../../../extras/modules/state_of_the_union.txt")
documents = loader.load()
text_splitter = CharacterTextSplitter(chunk_size=1000, chunk_overlap=0)
docs = text_splitter.split_documents(documents)

embeddings = OpenAIEmbeddings()

db = await FAISS.afrom_documents(docs, embeddings)

query = "What did the president say about Ketanji Brown Jackson"
docs = await db.asimilarity_search(query)

print(docs[0].page_content)

API 参考：TextLoader | FAISS | OpenAIEmbeddings | CharacterTextSplitter

带分数的相似性搜索

有一些 FAISS 特定的方法。其中之一是 similarity_search_with_score，它允许您不仅返回文档，还返回查询到它们的距离分数。返回的距离分数是 L2 距离。因此，分数越低越好。

docs_and_scores = await db.asimilarity_search_with_score(query)

docs_and_scores[0]

还可以使用 similarity_search_by_vector 搜索与给定嵌入向量相似的文档，该函数接受嵌入向量作为参数而不是字符串。

embedding_vector = await embeddings.aembed_query(query)
docs_and_scores = await db.asimilarity_search_by_vector(embedding_vector)

保存和加载

您还可以保存和加载 FAISS 索引。这很有用，因此您不必每次使用它时都重新创建它。

db.save_local("faiss_index")

new_db = FAISS.load_local("faiss_index", embeddings, asynchronous=True)

docs = await new_db.asimilarity_search(query)

docs[0]

序列化和反序列化为字节

您可以通过这些函数对 FAISS 索引进行 pickle 操作。如果您使用大小为 90 MB 的嵌入模型（sentence-transformers/all-MiniLM-L6-v2 或任何其他模型），则生成的 pickle 文件大小将超过 90 MB。模型的大小也包含在总大小中。为了克服这个问题，请使用以下函数。这些函数仅序列化 FAISS 索引，并且大小会小得多。如果您希望将索引存储在 SQL 等数据库中，这将很有帮助。

from langchain_huggingface import HuggingFaceEmbeddings

pkl = db.serialize_to_bytes()  # serializes the faiss index
embeddings = HuggingFaceEmbeddings(model_name="all-MiniLM-L6-v2")
db = FAISS.deserialize_from_bytes(
    embeddings=embeddings, serialized=pkl, asynchronous=True
)  # Load the index

API 参考：HuggingFaceEmbeddings

合并

您还可以合并两个 FAISS 向量存储。

db1 = await FAISS.afrom_texts(["foo"], embeddings)
db2 = await FAISS.afrom_texts(["bar"], embeddings)

db1.docstore._dict

{'8164a453-9643-4959-87f7-9ba79f9e8fb0': Document(page_content='foo')}

db2.docstore._dict

{'4fbcf8a2-e80f-4f65-9308-2f4cb27cb6e7': Document(page_content='bar')}

db1.merge_from(db2)

db1.docstore._dict

{'8164a453-9643-4959-87f7-9ba79f9e8fb0': Document(page_content='foo'),
 '4fbcf8a2-e80f-4f65-9308-2f4cb27cb6e7': Document(page_content='bar')}

带过滤器的相似性搜索

FAISS 向量存储也可以支持过滤，因为 FAISS 本身不支持过滤，所以我们必须手动执行。这是通过首先获取比 k 更多的结果，然后对其进行过滤来完成的。您可以根据元数据过滤文档。您还可以在调用任何搜索方法时设置 fetch_k 参数以设置在过滤之前要获取多少个文档。这是一个小例子

from langchain_core.documents import Document

list_of_documents = [
    Document(page_content="foo", metadata=dict(page=1)),
    Document(page_content="bar", metadata=dict(page=1)),
    Document(page_content="foo", metadata=dict(page=2)),
    Document(page_content="barbar", metadata=dict(page=2)),
    Document(page_content="foo", metadata=dict(page=3)),
    Document(page_content="bar burr", metadata=dict(page=3)),
    Document(page_content="foo", metadata=dict(page=4)),
    Document(page_content="bar bruh", metadata=dict(page=4)),
]
db = FAISS.from_documents(list_of_documents, embeddings)
results_with_scores = db.similarity_search_with_score("foo")
for doc, score in results_with_scores:
    print(f"Content: {doc.page_content}, Metadata: {doc.metadata}, Score: {score}")

API 参考：Document

Content: foo, Metadata: {'page': 1}, Score: 5.159960813797904e-15
Content: foo, Metadata: {'page': 2}, Score: 5.159960813797904e-15
Content: foo, Metadata: {'page': 3}, Score: 5.159960813797904e-15
Content: foo, Metadata: {'page': 4}, Score: 5.159960813797904e-15

现在我们进行相同的查询调用，但我们仅过滤 page = 1。

results_with_scores = await db.asimilarity_search_with_score("foo", filter=dict(page=1))
for doc, score in results_with_scores:
    print(f"Content: {doc.page_content}, Metadata: {doc.metadata}, Score: {score}")

Content: foo, Metadata: {'page': 1}, Score: 5.159960813797904e-15
Content: bar, Metadata: {'page': 1}, Score: 0.3131446838378906

max_marginal_relevance_search 也可以做同样的事情。

results = await db.amax_marginal_relevance_search("foo", filter=dict(page=1))
for doc in results:
    print(f"Content: {doc.page_content}, Metadata: {doc.metadata}")

Content: foo, Metadata: {'page': 1}
Content: bar, Metadata: {'page': 1}

以下是如何在调用 similarity_search 时设置 fetch_k 参数的示例。通常，您希望 fetch_k 参数 >> k 参数。这是因为 fetch_k 参数是在过滤之前要获取的文档数量。如果将 fetch_k 设置为较低的值，则可能无法获取足够的文档进行过滤。

results = await db.asimilarity_search("foo", filter=dict(page=1), k=1, fetch_k=4)
for doc in results:
    print(f"Content: {doc.page_content}, Metadata: {doc.metadata}")

Content: foo, Metadata: {'page': 1}

删除

您还可以删除 ID。请注意，要删除的 ID 应该是 docstore 中的 ID。

db.delete([db.index_to_docstore_id[0]])

True

# Is now missing
0 in db.index_to_docstore_id

False

向量存储概念指南
向量存储操作指南

Faiss（异步）

带分数的相似性搜索

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