在 Vespa 使用語義搜尋（一）：簡要的基本知識

在搜尋的世界裡，語義搜尋（semantic search）是近代非常熱門的作法，它可以做到一些傳統的文字搜尋（text matching）做不到的事情。概念上來說，語義搜尋就是把句子的語義萃取出來，轉換成數學裡的向量來表達，然後再利用向量距離來衡量兩個句子的相關程度。這篇文章會簡要紀錄一點語義搜尋時，可能需要知道的基本知識。不過由於這裡面比較多跟資料科學比較有關的知識，在這方面我是個外行，所以這篇基本上都會比較以偏外行的視角在看待這些知識。

Vector Search

技術上來說，語義搜尋也可以稱之為 Vector Search，畢竟語義搜尋是透過向量來做搜尋。而要做語義搜尋，第一要務就是「要如何把一個字串轉換成向量」？這個轉換很大幅度決定了語義搜尋的結果，畢竟轉換成什麼樣的向量，就會決定它跟什麼東西比較近了。其中，把文字轉換成向量的行為，稱為詞嵌入（Embedding）。

Embedding 有很多種技術，近年來比較著名的演算法，就我所知大概是 BERT、FastText 等等的。具體來說，依據我們選擇的 embedding 演算法，會產生出不同維度的向量，這些向量放在向量空間中，就可以接著被用來計算點跟點的距離，並用以決定兩段文字是否相關。

Transformer

Transformer 是 Google 在 2017 年發表的神經網路架構，就我的理解是，這個架構最大的不同是讓神經網路的計算能夠平行化，使得大型模型的訓練變成了可能。目前比較常聽到的像是 GPT（Generative Pre-trained Transformers）、BERT（Bidirectional Encoder Representations from Transformers） 等模型，都是基於 Transformer 架構開發出來的。

Hugging Face

由於市場上現在有很多種模型架構和應用環境，例如有些模型用 TensorFlow、有些用 PyTorch 等等。Hugging Face 是用來提供統一的 API 介面，使得不同架構的模型能夠互通。細節可以參考文章。

ONNX

ONNX（Open Neural Network Exchange）是一種神經網路的資料交換格式，用來讓不同架構（例如 Google 的 Tensorflow、Meta 的 PyTorch、微軟的 CNTX 等）訓練出來的模型能夠互通在其他架構。不過據說 Tensorflow 因為發展較早，已經有自己成熟的環境，因此並不支援 ONNX，但有工具能夠將 Tensorflow 模型轉換成 ONNX 格式，如 tf2onnx。

Nearest Neighbor Search

NN（Nearest Neighbor）是在向量空間中尋找最近的點的問題。比較著名的解法是 KNN（K-nearest neighbor algorithm）。

Approximate Nearest Neighbor Search

ANN（Approximate Nearest Neighbor Search）是改良版的 NN，目標是用比較粗略的方式，在向量空間中找出距離最近的點。Vespa 在使用 ANN 去計算尋找最近的點時，使用的演算法是 HNSW。

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