پی جی وکتور (pgvector): مقدمه، نصب و کاربردها

pgvector یک افزونه‌ی متن‌باز برای پایگاه داده PostgreSQL است که قابلیت مدیریت داده‌های برداری (Vector Data) را فراهم می‌کند. این افزونه برای کاربردهایی طراحی شده که نیاز به ذخیره‌سازی و جستجوی بردارهای چندبعدی دارند. با استفاده از این ابزار می‌توان عملیات جستجوی مشابهت (Similarity Search) را به طور کارآمد انجام داد.

بردارها چیستند و چرا به آن‌ها نیاز داریم؟

در حوزه یادگیری ماشین، پردازش زبان طبیعی (NLP) و بینایی کامپیوتر، داده‌ها اغلب به صورت بردارهای چندبعدی (embeddings) نمایش داده می‌شوند. برای مثال:

• یک متن می‌تواند به یک بردار عددی که معنای آن را در فضای چندبعدی نشان می‌دهد، تبدیل شود.
• تصاویر نیز می‌توانند به بردارهایی که ویژگی‌های بصری آن‌ها را نمایش می‌دهند، تبدیل شوند.

این نمایش برداری امکان جستجو، مقایسه و تحلیل داده‌ها را به‌صورت دقیق و سریع فراهم می‌کند. pgvector ابزاری است که این نیاز را به‌خوبی برطرف می‌کند.

ویژگی‌های pgvector

1. ذخیره‌سازی بردارها:

   • پشتیبانی از بردارهای فشرده (Dense) و پراکنده (Sparse).
   • پشتیبانی از انواع متریک‌های فاصله، از جمله فاصله اقلیدسی (L2)، کسینوس (Cosine) و ضرب داخلی (Inner Product).

2. جستجوی مشابهت:

   • امکان یافتن نزدیک‌ترین همسایه‌ها (Nearest Neighbors) برای بردارها.
   • پشتیبانی از جستجوی دقیق و تقریبی.

3. اندیس‌گذاری:

   • پشتیبانی از ساختارهای اندیس مانند HNSW و IVFFlat برای بهبود کارایی جستجو.

4. کاربردهای گسترده:

   • مناسب برای سیستم‌های پیشنهاددهی، جستجوی معنایی متن، بازیابی تصاویر و داده‌های صوتی.

نصب pgvector

پیش‌نیازها

• PostgreSQL نسخه 13 یا بالاتر.

مراحل نصب

1. نصب PostgreSQL: اگر PostgreSQL روی سیستم شما نصب نیست، آن را نصب کنید. برای مثال، در سیستم‌های اوبونتو:

   sudo apt update
   sudo apt install postgresql

2. نصب افزونه pgvector: اگر از مدیر بسته apt یا yum استفاده می‌کنید:

   sudo apt install postgresql-contrib

سپس افزونه pgvector را نصب کنید:

CREATE EXTENSION vector;

3. نصب از سورس: اگر می‌خواهید pgvector را از سورس نصب کنید:

   git clone https://github.com/pgvector/pgvector.git
   cd pgvector
   make
   make install

4. فعال‌سازی در پایگاه داده: وارد PostgreSQL شوید و دستور زیر را اجرا کنید:

   CREATE EXTENSION vector;

مثال‌هایی از استفاده pgvector

ایجاد جدول بردار

برای ذخیره‌سازی بردارها، ابتدا باید یک جدول ایجاد کنید:

CREATE TABLE items (
    id serial PRIMARY KEY,
    embedding vector(3) -- بردار با ابعاد ۳
);

اضافه کردن داده

داده‌ها را می‌توانید به جدول اضافه کنید:

INSERT INTO items (embedding) VALUES ('[1, 2, 3]');
INSERT INTO items (embedding) VALUES ('[4, 5, 6]');
INSERT INTO items (embedding) VALUES ('[7, 8, 9]');

جستجوی نزدیک‌ترین بردار

برای جستجوی بردارهایی که به یک بردار خاص نزدیک هستند:

SELECT * FROM items
ORDER BY embedding <-> '[3, 3, 3]'
LIMIT 5;

این دستور ۵ بردار نزدیک‌تر به [3, 3, 3] را برمی‌گرداند.

اندیس‌گذاری برای بهبود کارایی

می‌توانید از اندیس‌گذاری HNSW استفاده کنید:

CREATE INDEX ON items USING hnsw (embedding);

کاربردهای عملی pgvector

1. سیستم‌های پیشنهاددهی:

   • پیشنهاد فیلم، موسیقی یا محصولات براساس بردارهای ترجیح کاربران.

2. جستجوی معنایی:

   • بازیابی اسناد مشابه بر اساس معنای آن‌ها.

3. بازیابی تصاویر و صوت:

   • یافتن تصاویر یا صداهایی که از نظر ویژگی‌های برداری مشابه هستند.

4. هوش مصنوعی:

   • استفاده در مدل‌های یادگیری ماشین برای مدیریت embedding‌ها.

جمع‌بندی

pgvector ابزاری قدرتمند برای ذخیره‌سازی و جستجوی بردارها در پایگاه داده PostgreSQL است. این ابزار با قابلیت‌های پیشرفته‌ای مانند جستجوی مشابهت، اندیس‌گذاری و پشتیبانی از انواع متریک‌ها، امکان استفاده در پروژه‌های هوش مصنوعی، تحلیل داده و سیستم‌های پیشنهاددهی را فراهم می‌کند.

اگر به دنبال یک راهکار ساده و موثر برای مدیریت بردارها هستید، pgvector انتخاب مناسبی خواهد بود. برای اطلاعات بیشتر می‌توانید به صفحه گیت‌هاب pgvector مراجعه کنید.