引言

随着生成式人工智能 (AI) 的兴起，处理复杂高维数据已成为一项至关重要的任务。矢量数据库的出现提供了应对这一挑战的突破性解决方案。

矢量数据库的定义

矢量数据库是专门设计用于存储、索引和检索多维数据点的数据库。与传统数据库存储表状数据不同，矢量数据库处理的是嵌入在多维空间中的向量。

矢量嵌入

矢量嵌入是将对象特征转换为数字代码的过程。例如，歌曲可以转换为基于节奏、流派等特征的向量嵌入。

矢量数据库的工作原理

矢量数据库使用嵌入模型将原始数据转换为向量嵌入。它们执行相似性搜索和其他操作，以查找与查询最相似的向量。这使得它们能够高效地处理涉及高维数据的高要求应用。

矢量数据库与传统数据库

矢量数据库通过以下方式与传统数据库区分开来：

• 数据组织：矢量数据库存储向量嵌入，而传统数据库存储标量数据类型。
• 检索方法：矢量数据库使用为向量空间优化的索引和算法，而传统数据库使用针对标量数据优化的技术。

矢量数据库的用例

矢量数据库在各种应用中发挥着至关重要的作用，包括：

• 推荐系统
• 欺诈检测
• 人脸识别
• 客户支持
• 市场研究

实操教程

以下是一个使用 SingleStoreDB 矢量数据库的简单教程：

1. 创建一个数据库并连接到它。
2. 创建一张用于存储向量嵌入的表。
3. 使用嵌入模型将数据转换为向量嵌入。
4. 执行相似性搜索或其他操作以检索相关数据。

结论

矢量数据库代表了数据库技术领域的革命，为处理生成式人工智能时代产生的复杂数据集铺平了道路。它们的独特功能和高效性使它们成为 AI 和机器学习应用的关键工具。

嵌入式实时数据库的系统结构

图所示的是一个嵌入式实时数据库系统的体系结构，同传统的数据库一样，它仍然是一种三级模式的结构体系，即用户模式、逻辑模式和存储模式。 在嵌入式环境下构建实时数据库系统，应该完成以下功能：高效的数据存取机制、数据安全性控制、实时事务管理机制、数据库的恢复机制等，设计中更关心的是系统的实时性、开销大小、系统性能、可靠性、可预知性和底层控制能力，即如何针对选用的实时OS和嵌入式硬件平台设计合理的数据模型和物理结构，重点放在如何高效的利用嵌入式系统的有限资源、如何提高数据的存取速度、如何进行数据保护、数据交换、查询/ 事务处理算法的优化、事务的优先级分派、事务调度和并发控制等等。

矢量空间数据库

空间矢量数据库是整个系统各种信息要素所依附的骨架，本次调查的矢量数据涉及地质背景、区域地球化学、遥感解译、农产品安全、非点源污染、特色农产品立地环境、社会经济、基础地理等，均要求以空间数据分层形式存储与管理。下面以地球化学数据子库建立为例简述矢量空间数据库建库工作流程（图4-4），其他矢量数据的建库过程基本类似于地球化学数据子库的建设。

（1）收集数据资料

资料收集主要是对入库数据的采集、分类，其内容包括野外采样记录、点位数据、测试分析数据、监控数据、统计单元划分图等。

（2）数据预处理

数据预处理就是在全面收集资料的基础上，对需入库的纸质图件进行扫描、校正、矢量化等处理，并检查采样点位、组合点位坐标数据的正确性，以保证其点位误差在允许范围之内。再对测试数据采用“速成等值线图”的方法分析研究、综合整理及筛选等，若不合理，则要反向检查测试分析数据的正确性。然后就可进行“扩边”处理，根据浙江省农业地质环境调查的实际情况，一般要求使用最外围的分析测试数据再往外填充8km。

图4-4 地球化学数据建库流程图

（3）数据网格化

数据网格化是对离散的、随机采样的分析数据点进行网格化处理，将不规则的离散数据点网格化为规则的数据点。网格化模型算法有最近点、距离倒数加权、三角剖分插值及克里金插值（包含多种漂移方式）等。数据网格化时要根据实际选择恰当的模型，比较常用的是最近点位和克里格插值模型。如在GeoMDIS 2002中，网格化时先选择欲操作的数据对象，设置坐标字段和网格化的分析项元素并给定网格文件名称，然后选择网格化模型算法和相关参数，设置网格化的特征值后即可以进行数据网格化。

（4）定色阶

各种分析元素含量值差异性大，为使之有一个统一的尺度，使用0.1lg

含量间隔直接勾绘等值线，个别特殊元素单独处理。pH值等值线间隔按土壤酸碱度分级标准划分。为了便于追索等值线延伸情况，等值线被划分成若干个色区，划分时依据平均值和标准离差而定，生成相应元素的色阶文件（*），定色阶这一步骤是主要针对地球化学图的制作，其目的是达到色调显示的统一。

（5）生成等值线

在GeoMDIS 2000中，根据插值生成的网络数据文件，并设置上一步形成的色阶等参数，就可生成彩色等值线图件。

（6）数理统计

按行政区统计单元、不同土壤类型统计单元、不同地质背景统计单元进行相关地球化学参数统计，生成相应的专题图。

（7）图形编辑

对GeoMDIS 2000生成的等值线、极值点、注释等导入到编辑功能强大的编辑软件（如MapGIS）中根据需要进行编辑。处理等值线的“尖锐化”、“孤高点”等现象。要保证等值线自封闭、圆滑，然后对生成的等值线与水系图层（主要考虑较大范围水域边界线）一起重新造区，和第六步生成的统计专题图一起进行必要的图形整饰，最后形成合理的地球化学面色图件。

（8）分层与检查

按照浙江省农业地质环境信息系统属性数据格式、图层划分要求建立分层文件，并对建立的分层文件进行检查，主要检查是否丢失图元和内容，同时要对各图层进行拓扑错误检查，如果发现拓扑错误，则返回第七步进行修改。要确保数据质量合格才能转入下一步。

（9）属性采集

根据图面内容填写相应的属性采集表，做到属性表记录内容和图形上标注的编码一一对应。填好的属性采集表可在Excel、Dbase、Foxpro等软件录入，形成DBF格式的数据文件（蔡子华等，2002）。也可直接在GIS软件的属性管理库中完成，如利用参数赋属性或单独逐一赋值。输出属性数据表要进行系统检查、修改。

（10）属性挂接

先进行图元和属性的一致性检查。对原图和属性表及属性库进行一一对应检查，如果发现漏图元或属性紊乱则要进行返回到上一步重新处理。然后将属性数据文件和图形数据文件利用图元编号（ID号）或特殊标识意义的关键字段进行挂接，使空间图形和属性数据联系在一起。

（11）投影变换

根据《浙江省农业地质环境数据库图层及属性文件格式要求》对完成属性挂接的图层进行投影变换，转换至以度为单位的无投影地理坐标系。

（12）格式转换

因为AGEIS是矢量数据并以Arc/Info格式数据入库，所以MapGIS格式完成的数据，需转换成Arc/Info格式才能进行入库。转换成功的Arc/Info格式数据还需进行Clean拓扑重建操作，在Arc/Info中使用Clean命令时需注意下列2个容限参数（樊红，1999）的选取：

第一个参数为Dangle Length（悬挂长度），用Clean命令使任何短于该长度的悬挂线段都被删掉，一般使用0.000 001。

第二个参数为Fuzzy Tolerance（坐标距离），用Clean命令使间距小于坐标距离容差的2个或2个以上的坐标点就合并成一个，一般使用0.000 001。MapGIS格式向Arc/Info格式转换后，对可能出现的错误需进行全面检查。

（13）数据入库

利用AGEIS系统提供的数据导入功能进行数据入库，形成地球化学数据子库。