@alonso_isidoro

Posted on Oct 9

IndexIVFFlat y IndexIVFPQ

#rag #faiss #indexes #python

Here's a comparison between the IndexIVFFlat and IndexIVFPQ indices, along with some alternatives for their use:

Comparison: IndexIVFFlat vs. IndexIVFPQ

Characteristic	IndexIVFFlat	IndexIVFPQ
Storage Type	Stores vectors in their original form.	Utilizes product quantization (PQ) to compress vectors.
Precision	High precision, as it performs exact searches within cells.	May sacrifice some precision for compression, but still provides good results.
Search Speed	Slower on large datasets due to exhaustive search.	Faster, especially on large sets, thanks to reduced search space.
Memory Usage	Consumes more memory as it stores all vectors without compression.	Consumes significantly less memory due to compression (up to 97% less).
Configuration	Simpler, only requires defining the number of cells (nlist).	Requires defining both the number of cells (nlist) and code size (code_size).
Training	Needs to be trained to create cells before adding data.	Also requires training, but the process is more complex due to quantization.

Pros and Cons

Pros of IndexIVFFlat

Precision: Provides exact results when searching within each cell.
Simplicity: Easy to understand and configure.

Cons of IndexIVFFlat

Speed: Can be very slow with large volumes of data.
Memory Usage: Does not optimize memory usage, which can be problematic with large datasets.

Pros of IndexIVFPQ

Speed: Much faster in searches due to reduced search space.
Memory Efficiency: Significantly reduces memory usage, allowing for handling larger datasets.

Cons of IndexIVFPQ

Precision: There may be a slight loss in precision due to compression.
Complexity: Configuration and training are more complex than in IndexIVFFlat.

Alternatives

IndexFlatL2
- Performs an exhaustive search without compression. Ideal for small datasets where maximum precision is required.
IndexPQ
- Uses only product quantization without clustering. Useful when a balance between speed and precision is needed, but clustering is not required.
IndexIVFScalarQuantizer
- Combines the inverted index with scalar quantization, offering a different approach to reduce memory usage and improve speed.
IndexIVFPQR
- A variant that combines IVF and PQ with code-based re-ranking, offering a balance between speed and improved precision.
Composite Indexes
- Use index_factory to create composite indices that combine multiple techniques (e.g., OPQ + IVF + PQ) to further optimize performance.

These alternatives allow adapting the solution to different needs in terms of precision, speed, and memory usage according to the specific case being addressed.

Citations:
[1] https://github.com/facebookresearch/faiss/wiki/Faiss-indexes/9df19586b3a75e4cb1c2fb915f2c695755a599b8
[2] https://ai.plainenglish.io/speeding-up-similarity-search-in-recommender-systems-with-faiss-advanced-concepts-part-ii-95e796a7db74?gi=ce57aff1a0c4
[3] https://www.pinecone.io/learn/series/faiss/faiss-tutorial/
[4] https://faiss.ai/cpp_api/struct/structfaiss_1_1IndexIVFFlat.html
[5] https://unfoldai.com/effortless-large-scale-image-retrieval-with-faiss-a-hands-on-tutorial/
[6] https://www.pinecone.io/learn/series/faiss/product-quantization/
[7] https://www.pinecone.io/learn/series/faiss/composite-indexes/
[8] https://github.com/facebookresearch/faiss/issues/1113

En Español, Soy Español, pero por respeto a la comunidad, pongo primero la traduccion al inglés.

Aquí tienes una comparación entre los índices IndexIVFFlat e IndexIVFPQ, junto con algunas alternativas para su uso:

Comparación: IndexIVFFlat vs. IndexIVFPQ

Característica	IndexIVFFlat	IndexIVFPQ
Tipo de Almacenamiento	Almacena vectores en su forma original.	Utiliza cuantización de producto (PQ) para comprimir vectores.
Precisión	Alta precisión, ya que realiza búsquedas exactas dentro de las celdas.	Puede sacrificar algo de precisión por la compresión, pero aún proporciona buenos resultados.
Velocidad de Búsqueda	Más lento en grandes conjuntos de datos debido a la búsqueda exhaustiva.	Más rápido, especialmente en grandes conjuntos, gracias a la reducción del espacio de búsqueda.
Uso de Memoria	Consume más memoria porque almacena todos los vectores sin compresión.	Consume significativamente menos memoria debido a la compresión (hasta 97% menos).
Configuración	Más simple, solo requiere definir el número de celdas (nlist).	Requiere definir tanto el número de celdas (nlist) como el tamaño del código (code_size).
Entrenamiento	Necesita ser entrenado para crear las celdas antes de añadir datos.	También necesita entrenamiento, pero el proceso es más complejo debido a la cuantización.

Pros y Contras

Pros de IndexIVFFlat

Precisión: Proporciona resultados exactos al buscar en cada celda.
Simplicidad: Fácil de entender y configurar.

Contras de IndexIVFFlat

Velocidad: Puede ser muy lento con grandes volúmenes de datos.
Uso de Memoria: No optimiza el uso de memoria, lo que puede ser un problema con conjuntos de datos grandes.

Pros de IndexIVFPQ

Velocidad: Mucho más rápido en búsquedas debido a la reducción del espacio de búsqueda.
Eficiencia de Memoria: Reduce significativamente el uso de memoria, lo que permite manejar conjuntos de datos más grandes.

Contras de IndexIVFPQ

Precisión: Puede haber una ligera pérdida en la precisión debido a la compresión.
Complejidad: La configuración y entrenamiento son más complejos que en IndexIVFFlat.

Alternativas

IndexFlatL2
- Realiza una búsqueda exhaustiva sin compresión. Ideal para conjuntos de datos pequeños donde se requiere precisión máxima.
IndexPQ
- Utiliza solo cuantización de producto sin agrupación. Es útil cuando se necesita un balance entre velocidad y precisión, pero no se requiere agrupación.
IndexIVFScalarQuantizer
- Combina el índice invertido con cuantización escalar, ofreciendo un enfoque diferente para reducir el uso de memoria y mejorar la velocidad.
IndexIVFPQR
- Una variante que combina IVF y PQ con re-ranking basado en códigos, ofreciendo un equilibrio entre velocidad y precisión mejorada.
Composite Indexes
- Usar index_factory para crear índices compuestos que combinan múltiples técnicas (por ejemplo, OPQ + IVF + PQ) para optimizar aún más el rendimiento.

Estas alternativas permiten adaptar la solución a diferentes necesidades en cuanto a precisión, velocidad y uso de memoria según el caso específico que estés abordando.

Citations:
[1] https://www.pinecone.io/learn/series/faiss/faiss-tutorial/
[2] https://www.pinecone.io/learn/series/faiss/product-quantization/
[3] https://www.pinecone.io/learn/series/faiss/composite-indexes/
[4] https://github.com/facebookresearch/faiss/wiki/Faiss-indexes/9df19586b3a75e4cb1c2fb915f2c695755a599b8
[5] https://faiss.ai/cpp_api/struct/structfaiss_1_1IndexIVFFlat.html
[6] https://pub.towardsai.net/unlocking-the-power-of-efficient-vector-search-in-rag-applications-c2e3a0c551d5?gi=71a82e3ea10e
[7] https://www.pingcap.com/article/mastering-faiss-vector-database-a-beginners-handbook/
[8] https://wangzwhu.github.io/home/file/acmmm-t-part3-ann.pdf
[9] https://github.com/alonsoir/ubiquitous-carnival/blob/main/contextual-data-faiss-IndexIVFPQ.py
[10] https://github.com/alonsoir/ubiquitous-carnival/blob/main/contextual-data-faiss-indexivfflat.py

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