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在存储向量时,降低精度(例如,使用 8 位整数或 float16 代替 32 位浮点数)在存储和检索质量方面有哪些优点和缺点?

降低存储向量的精度——例如,使用 8 位整数 (int8) 或 16 位浮点数 (float16) 代替 32 位浮点数 (float32)——在存储效率、计算性能和检索准确性之间存在权衡。 这种方法在机器学习和数据库系统中很常见,用于优化资源使用,但需要仔细考虑应用程序的需求。

主要优点是减少了存储和内存使用。 例如,用 float16 替换 float32 可以将内存需求减少一半,而使用 int8 可以减少 75%。 这对于大型系统(如推荐引擎或存储数十亿向量的向量数据库)至关重要。 较小的数据大小还可以提高缓存利用率并减少检索期间的 I/O 瓶颈。 例如,具有 100 万个 float32 向量(每个 512 维)的向量数据库需要大约 2 GB 的内存,但使用 float16 会将其减少到 1 GB,从而实现更快的加载和查询。 同样,传输压缩向量时,网络带宽也会提高,这在分布式系统中很有价值。 Facebook 的 FAISS 或 NVIDIA 的 Tensor Cores 等工具利用较低的精度来加速最近邻搜索等操作。

但是,较低的精度会带来信息丢失和检索质量下降的风险。 Float16 和 int8 的动态范围和粒度比 float32 小,这可能会扭曲向量距离。 例如,在语义搜索中,如果量化截断了有意义的十进制值,则嵌入之间的细微差异(例如,“汽车”与“车辆”)可能会丢失。 对于高维向量或需要细粒度相似性的应用程序(例如,医学成像),这尤其成问题。 此外,如果向量在量化后未正确归一化,某些算法(例如,余弦相似度)可能会产生不准确的结果。 标量量化(通过缩放将 float32 映射到 int8)等技术可以缓解这种情况,但会增加编码和解码期间的计算开销。

该决定取决于用例。 对于优先考虑速度和可扩展性的应用程序(例如,实时推荐或批量处理),较低的精度通常是可以接受的。 例如,YouTube 的推荐系统使用压缩嵌入来高效地为数百万用户提供服务。 相反,科学建模或高精度检索系统等任务可能需要 float32 以保持保真度。 开发人员应使用降低的精度来验证质量指标(例如,召回率@k),并考虑混合方法,例如以 int8 存储向量,但以 float32 计算距离。 PyTorch 和 TensorFlow 等库支持混合精度训练和推理,从而提供灵活性。 使用真实世界的数据进行测试对于有效地平衡权衡至关重要。

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