aNN 与 kNN：了解它们在向量搜索中的区别和作用

作者：来自 Elastic Elastic Platform Team

在当今的数字时代，数据呈指数级增长，且日益复杂，高效搜索和分析这一浩瀚信息海洋的能力从未如此重要。但同时也从未如此具有挑战性。这就像大海捞针，但挑战在于针的形状不断变化。这就是向量搜索作为游戏规则改变者出现的地方，它改变了我们与大型数据集的交互方式。它通过将数据转换为向量（多维空间中的数学表示）来实现这一点，从而实现更细致入微和上下文感知的搜索。

向量搜索的核心是两种关键算法：近似最近邻 (approximate nearest neighbor - aNN) 和 K 最近邻 (K- nearest neighbor - kNN)。这些算法是增强搜索能力的基础，两者都具有各自的独特优势。ANN 注重速度和效率，提供了一种在高维空间中快速查找邻居的方法。同时，kNN 优先考虑准确性，细致地识别 “k” 个最近邻居。它们共同构成了现代搜索引擎、推荐系统和各种需要从大型数据集中快速准确地检索信息的应用程序的支柱。

本文将解开你对 aNN 和 kNN 可能存在的任何困惑，重点介绍它们在向量搜索领域的区别、优势和关键作用。这将包括：

• kNN：追求最准确的结果
• aNN：高维速度和效率
• aNN 和 kNN 之间的主要区别
• aNN 和 kNN 在向量搜索中的实际应用
• 使用 Elastic 的向量搜索功能增强搜索

到本文结束时，你将清楚地理解这些算法，并能够欣赏在追求速度与准确性之间微妙平衡时所需的技巧，从而充分发挥两者的潜力。

kNN：追求最准确的结果

kNN 算法是机器学习和向量搜索中的一项基本技术。KNN 的工作原理简单但功能强大 — 它通过基于预定义的 “k” 个最近邻居识别数据集中最相似（“最近”）的数据点来对未知数据点进行分类。

该过程从算法计算所讨论点与数据集中每个其他点之间的距离开始。这些距离可以通过多种方式测量，但欧几里得距离是最常见的。一旦计算出这些距离，算法就会对它们进行排序并选择前 “k”个最近点。然后，未知点的分类由其邻居的“多数投票”确定，其中最常见的类别分配给该点。对于回归任务，它可能会计算邻居的平均值或中位数。这种方法允许 kNN 对未知点的分类进行预测。

kNN 用途广泛，可在各种领域找到应用：

• 推荐系统：通过分析用户行为和偏好，kNN 可以推荐类似的项目或内容。
• 分类任务：它广泛用于各个领域的二分类和多分类问题，包括金融领域的信用评分和医疗保健领域的疾病诊断。
• 搜索应用：在向量搜索中，kNN 通过测量向量之间的相似性来帮助找到最相关的文档或项目。

kNN 的主要优势是其算法的简单性、有效性和直观性。它不需要对底层数据分布进行假设，使其成为非线性数据的宝贵工具。此外，它的惰性学习特性意味着它可以快速适应输入数据的变化。但值得注意的是，随着数据集大小的增加，kNN 的计算成本会变得很高，并且除非应用降维技术，否则其性能可能会随着高维数据而下降。

通过利用 kNN 的这些优势，你可以构建能够实现高度准确和上下文相关结果的搜索应用程序，从而增强平台的用户体验和满意度。

aNN：高维速度和效率

aNN 算法是向量搜索和机器学习的基石。它被设计用于快速浏览大型数据集，注重速度和效率。该算法近似查询点的最近邻居，而不是识别确切的邻居，在速度和精度之间取得平衡，这对于处理大量数据至关重要。

ANN 通过高效索引数据集来工作，即使在高维空间中也可以快速查询。它采用各种技术，例如哈希、树或图，将数据空间划分为区域。然后，它快速消除数据集中不太可能包含最近邻居的大部分。这种方法大大降低了所需的计算机能力，因此算法可以更快地返回结果，但准确性略有降低。

以下是一些 aNN 特别有用的用例：

• 搜索引擎：aNN 为搜索引擎的后端提供支持，使它们能够快速筛选数十亿个网页以找到最相关的结果。
• 推荐系统：它有助于快速找到与用户兴趣相似的项目，从而推荐产品、电影或歌曲。
• 图像和视频检索：aNN 通常用于查找与查询图像相似的图像或视频，从而增强数字图库或库存照片数据库中的用户体验。

aNN 的主要优势在于它能够高效处理大规模数据集，使其成为当今数据驱动世界中不可或缺的工具。它的速度支持实时处理和分析，这对于需要立即响应的应用程序至关重要。此外，aNN 在平衡速度和准确性方面的灵活性使其能够根据特定需求进行定制，确保它能够尽快提供最相关的结果。

通过利用 aNN 的功能，开发人员和研究人员可以构建不仅能够随着数据爆炸式增长而扩展的系统，而且还能保持高水平的服务和用户满意度。

aNN 和 kNN 之间的主要区别

了解 aNN 和 kNN 之间的细微差别对于充分利用两者至关重要 —— 尤其是在处理大型数据集和复杂的搜索任务时。让我们分解一下主要区别，以便你知道每种方法最适合你的特定项目或问题。

准确度与速度

• kNN 以其精确度而闻名。通过精心识别 “k” 个最近邻居，它确保结果具有高准确度，使其成为搜索结果质量至关重要的应用的理想选择。
• 另一方面，aNN 优先考虑速度而不是精确度。它近似最近邻居，这允许在庞大的数据集中进行更快的搜索，但准确度略有妥协。

计算资源和可扩展性

• kNN 的准确性是有代价的。它需要大量的计算资源，尤其是随着数据集的大小增长。这可能导致响应时间变慢和扩展困难。
• aNN 的设计考虑了可扩展性。其高效的索引和近似结果能力减少了计算负荷，因此它可以更有效地处理更大的数据集。

权衡和具体用例

aNN 和 kNN 之间的选择通常归结为你试图解决的问题的具体需求：

• 对于每个结果的准确性至关重要的任务（例如在医疗诊断或财务预测中），尽管 kNN 的计算要求更高，但它可能是你的最佳选择。
• 在速度和可扩展性至关重要的场景中，尤其是在处理大型数据库（如搜索引擎或推荐系统）中的实时搜索时，aNN 更有意义。

aNN 和 kNN 在向量搜索中的实际应用

aNN 和 kNN 算法的实际应用涵盖各种用例，对搜索和用户体验产生重大影响。

内容检索

多媒体数据库（包含图像、视频和音频文件等内容）利用 aNN 的速度浏览大量内容库。这在照片库和流媒体服务中尤为明显，用户几乎可以立即根据查询图像或歌曲找到类似的图像或内容。kNN 通过确保这些推荐的准确性来增强此过程，确保内容不仅与查询紧密匹配，而且还与用户的偏好和历史记录保持一致。

推荐系统

推荐系统是流媒体平台（如 Netflix 和 Spotify）和电子商务平台（如亚马逊）的重要组成部分。他们使用 aNN 和 kNN 为用户策划个性化内容。aNN 在处理大型数据集方面的效率使其能够快速筛选数百万个选项以查找和推荐内容。而且 kNN 的准确性意味着根据用户之前的互动和偏好，推荐具有高度相关性。速度和精度的结合显著改善了用户体验，使平台保持吸引力并根据个人品味量身定制。

视觉搜索

电子商务平台和其他搜索工具越来越多地整合视觉搜索功能，因此用户可以上传图像作为搜索查询。ANN 算法在这一领域表现出色，可以快速解析数百万张产品图像以找到视觉上相似的商品，使购物体验更加直观和引人入胜。KNN 可以通过确保结果不仅外观相似，而且根据用户偏好和过去的行为具有相关性来补充这一点。

使用 Elastic 的向量搜索功能增强搜索

在 Elastic，我们一直在添加新方法来改进搜索和分析，为你提供最先进的向量数据库，其搜索功能改变了开发人员处理复杂搜索任务的方式。我们整合了 aNN 和 kNN 算法，为创建高级和全面的搜索体验提供了一个强大的框架。这些算法可以高效管理大型数据集，得益于这些算法对数据关系的深入理解，搜索不仅快速而且高度相关。

我们的向量数据库意味着你可以构建可扩展、高效的搜索解决方案，以满足广泛的实际应用需求。从个性化推荐系统到复杂的图像和文本搜索，对用户体验和系统性能的影响是深远的。Elastic 的工具旨在成为现代搜索应用程序不可或缺的资源，增强你与大量数据的交互方式。

使用 aNN 和 kNN 彻底改变搜索

在不断发展的向量搜索领域，aNN 和 kNN 算法因其彻底改变数据搜索和分析的能力而脱颖而出。aNN 为你提供了一种快速、可扩展的解决方案来浏览大型数据集，而 kNN 则将精度放在首位，为你提供高度准确的搜索结果。Elastic 无缝集成了这些强大的算法，为你提供了在各种应用程序中构建复杂而高效的搜索体验的工具。借助 Elastic，可以轻松利用 aNN 和 kNN 的优势，从而创建高级搜索功能，以增强任何项目中的用户参与度和系统性能。

原文：aNN vs kNN: Understand their differences and roles in vector search | Elastic Blog