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HNSW 索引的关键配置参数(如 M 和 efConstruction/efSearch)有哪些?每个参数如何影响索引大小、构建时间、查询速度和召回率之间的权衡?

HNSW (Hierarchical Navigable Small World) 索引的关键配置参数包括 MefConstructionefSearch。这些参数直接影响索引大小、构建时间、查询速度和召回率之间的权衡。以下是每个参数的作用及其权衡:

M (每个节点的最大连接数): M 决定了 HNSW 图层中每个节点维护的双向链接数量。较高的 M 值(例如,24 对比 12)会增加图的连通性,通过减少搜索陷入局部最优解的可能性来提高召回率。然而,更多的连接也会增加索引大小(内存使用)并减慢构建时间,因为每次插入都需要更多比较来建立链接。例如,在某些情况下,将 M 从 12 增加到 24 可能会使构建时间翻两番。在查询过程中,较高的 M 值可以通过在图的“捷径”中实现更快的遍历来加速搜索,但这取决于图在构建期间的结构良好程度。开发者通常根据数据集大小和内存限制来调整 M 值——较大的数据集可能需要较高的 M 值以获得可接受的召回率,但这会带来更高的内存成本。

efConstruction (构建时搜索深度): efConstruction 控制在将节点插入图中时探索的候选邻居数量。较高的 efConstruction 值(例如,400 对比 200)允许算法在索引创建期间找到更优的连接,从而生成更高质量的图和更好的召回率。然而,这会显著增加构建时间,因为每次插入都需要更多的距离计算。例如,将 efConstruction 设置为 400 可能会使构建时间比 efConstruction=200 加倍。该参数不影响索引大小,因为它只影响链接的选择方式。开发者通常会优先为推荐系统等对召回率至关重要的关键应用设置较高的 efConstruction 值,即使这意味着需要更长的索引构建时间。

efSearch (查询时搜索深度): efSearch 决定了查询期间动态候选列表的大小。较高的 efSearch 值(例如,500 对比 100)通过探索更多邻居来增加召回率,但由于额外的距离计算会减慢查询速度。例如,在一个拥有 1000 万向量的数据集中,efSearch=500 可能会实现 98% 的召回率,但每次查询需要 5ms;而 efSearch=100 可能会使召回率降至 85%,但延迟仅为 1ms。此参数通常是动态调整的:对于精度至关重要的任务(例如,医学图像检索),使用较大的 efSearch;对于实时应用(例如,自动完成建议),使用较小的值。重要的是,efSearch 必须设置 ≥ 所需的最近邻居数量 (k),才能返回有意义的结果。

实际权衡和使用案例: 调整这些参数需要平衡优先事项。例如,高召回率配置(M=24,efConstruction=400,efSearch=500)适用于离线批处理,但需要大量的内存和构建时间。相反,实时系统可能会使用 M=12,efConstruction=200 和 efSearch=100 来优先考虑速度和资源效率。实验是关键:从默认值(例如,M=16,efConstruction=200)开始,并逐步调整,同时监控召回率、延迟和资源使用情况。ANN 基准测试等工具可以帮助量化特定数据集和硬件的权衡。

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