تطبيق خوارزمية بحث المتجهات HNSW في لغة PHP

ملخص سريع

يقدم المقال دليلاً تقنياً لتطبيق خوارزميات بحث المتجهات HNSW (عالم صغير قابل للتنقل هرمي) باستخدام PHP. يوضح الخلفية النظرية لـ HNSW، وهي طريقة فهرسة قائمة على الرسوم البيانية معروفة بكفاءتها في عمليات البحث في الفضاءات عالية الأبعاد، وشرح كيفية تكييف هذه المفاهيم لبيئات PHP.

تشمل الاستراتيجيات التنفيذية الرئيسية التي تمت مناقشتها إدارة الذاكرة بكفاءة، والتعامل مع بناء الرسوم البيانية، وتحسين استعلامات البحث. يؤكد الدليل على أهمية البحث عن الجيران التقريبي (ANN) في التطبيقات الحديثة مثل أنظمة التوصيات والبحث الدلالي. كما يتطرق إلى عوائق الأداء المحتملة الخاصة بـ PHP ويقدم حلولاً لتحديدها، مما يضمن للمطورين بناء قدرات بحث متجهات قوية مباشرة داخل تكاملات PHP دون الاعتماد على الخدمات الخارجية.

فهم هيكل HNSW

يمثل HNSW نهجاً متقدماً للبحث عن الجيران التقريبي. تقوم الخوارزمية ببناء هيكل رسم بياني متعدد الطبقات حيث تحتوي الطبقات العليا على عقد أقل باتصالات بعيدة المدى، مما يسمح بالتنقل السريع عبر فضاء المتجهات. مع نزول الخوارزمية إلى الطبقات السفلية، تصبح الاتصالات أقصر وأكثر كثافة، مما يسهل تحديد الجيران الأقرب بدقة.

هذا الهيكل الهرمي هو ما يمنح HNSW سرعته ودقةه. على عكس الطرق التي تقارن استعلام المتجه مع كل متجه آخر في قاعدة البيانات، يتنقل HNSW في الرسم البياني لإلغاء مناطق غير ذات صلة بسرعة من مساحة البحث. يتطلب التطبيق في PHP معالجة دقيقة لهذه الطبقات الرسومية وحسابات المسافة المرتبطة بها.

تحديات التنفيذ في PHP

يمثل تطبيق HNSW في PHP تحديات فريدة، في المقام الأول بسبب نموذج إدارة الذاكرة وتنفيذ اللغة. لا تُستخدم PHP تقليدياً للمهام الحسابية الثقيلة مثل التنقل في الرسوم البيانية، والتي عادة ما تُعالج بلغات مترجمة مثل C++ أو Rust. لذلك، يقترح المقال تحسينات محددة للحفاظ على الأداء.

يجب أن يركز المطورون على:

• تحسين الذاكرة: استخدام هياكل بيانات فعالة لتخزين عقد الرسم البياني والحواف.
• حساب المسافة: تطبيق مقاييس متجهات سريعة (مثل التشابه الإقليدي أو جيب التمام) بلغة PHP نقية أو عبر امتدادات.
• بناء الرسم البياني: إدارة إدراج المتجهات على دفعات لبناء الفهرس دون الوصول إلى حدود الذاكرة.

من خلال معالجة هذه المجالات، يمكن للمطورين تحقيق مستويات أداء مقبولة للعديد من حالات الاستخدام.

التكامل وحالات الاستخدام

يوضح الدليل كيفية دمج فهرس HNSW في تكامل تطبيق PHP القياسي. يتعلق الأمر بإنشاء هيكل فئة يجمع عمليات تحميل الفهرس، والاستعلام، والتحديث. يمكن تسلسل الفهرس وتخزينه على القرص، مما يسمح للتطبيق بتحميله في الذاكرة عند بدء التشغيل.

تشمل حالات الاستخدام الشائعة لهذا التطبيق:

• محركات التوصيات: العثور على منتجات أو محتوى مشابه لاختيار المستخدم الحالي.
• البحث الدلالي: استرداد المستندات بناءً على المعنى بدلاً من تطابق الكلمات المفتاحية الدقيق.
• كشف التكرار: تحديد السجلات المشابهة في مجموعات البيانات الكبيرة.

تستفيد هذه التطبيقات بشكل كبير من سرعة HNSW، حتى عند تنفيذها بلغة سكربت مثل PHP.

اعتبارات الأداء

بينما تقدم PHP مرونة التطوير السريع، من الضروري مراقبة أداء تنفيذ HNSW. يسلط المقال الضوء على أن زمن البحث يعتمد بشكل كبير على معايير الرسم البياني، مثل عدد الاتصالات لكل عقدة (M) وحجم قائمة المرشحين أثناء البناء.

يسمح ضبط هذه المعايير للمطورين بالموازنة بين وقت بناء الفهرس، واستخدام الذاكرة، ودقة الاستعلام. بالنسبة للتطبيقات عالية الزيارة، يُوصى بتشغيل خدمة بحث المتجهات كعملية خلفية منفصلة أو استخدام امتدادات PHP مكتوبة بلغة C للتعامل مع العمل الثقيل، مما يضمن بقاء خادم الويب الرئيسي مستجيباً.