Oracle 23ai Vector Search 系列之4 VECTOR数据类型和基本操作

Oracle Database 23ai 引入了 ​VECTOR 数据类型，用于存储高维数值向量（如文本、图像、音视频的嵌入向量）。

VECTOR 数据类型基本语法

创建Oracle VECTOR 数据类型列的基本语法如下：

VECTOR([dimensions], [format], [storage_type])

其中各个​参数如下：

​dimensions​（可选）：指定固定维度数（1-65535），*表示允许任意维度。
​format​（可选）：INT8、FLOAT32、FLOAT64、BINARY，*表示允许任意格式。
​storage_type​（可选）：DENSE（默认）或SPARSE。

例：

SQL> CREATE TABLE my_vectors (id NUMBER, embedding VECTOR);

Table created.

SQL> CREATE TABLE my_vectors2 (id NUMBER, embedding VECTOR(768, INT8)) ;

Table created.

SQL> 

参考：
SQL Language Reference
https://docs.oracle.com/en/database/oracle/oracle-database/23/sqlrf/vector.html

VECTOR
VECTOR ( expr [ , number_of_dimensions [ , format ] ] )

Create Tables Using the VECTOR Data Type
https://docs.oracle.com/en/database/oracle/oracle-database/23/vecse/create-tables-using-vector-data-type.html

Vector 维度限制和向量大小

Vector 维度和向量大小如下：

 - Oracle AI Vector Search 向量支持最多 ​65,535 个维度。
 - Oracle AI Vector Search 向量维度的​数值格式支持​BINARY、INT8、FLOAT32 和 ​FLOAT64 格式。
 - Oracle AI Vector Search 向量的大小等于维度数与每个维度的字节大小的乘积。

    向量大小 (字节)=维度数×单个维度的字节数​
    例如：
​       2,048 维度 + INT8 格式：2,048 维度 × 1 字节/维度 = ​2 KB
       ​1,024 维度 + FLOAT32 格式：1,024 维度 × 4 字节/维度 = ​4 KB

向量存储格式（DENSE vs SPARSE）

1. DENSE存储

​特点：
每个维度值物理存储，无论是否为0。
默认存储格式。
​适用场景：维度值大部分非零的向量。

2. SPARSE存储

​特点：
仅存储非零维度值，节省空间。
​不支持BINARY格式。
​适用场景：维度值大部分为0的向量。

3. 内部存储与空间计算

​存储方式：使用Securefile BLOBs存储。
​空间估算公式：
​DENSE向量：
存储空间 = 向量数 × 维度数 × 单维度字节数
（如FLOAT32为4字节，INT8为1字节）。
​SPARSE向量：
存储空间 ≈ 向量数 × [（平均非零维度数 × 4字节） + （非零维度数 × 单维度字节数）]

Oracle VECTOR数据类型的声明格式

参考：
Create Tables Using the VECTOR Data Type
https://docs.oracle.com/en/database/oracle/oracle-database/23/vecse/create-tables-using-vector-data-type.html

DENSE存储

SPARSE存储

VECTOR基本操作

创建包括VECTOR类型的表

SQL> CREATE TABLE my_vector_table (id NUMBER, embedding VECTOR);

Table created.

SQL> desc my_vector_table
 Name					   Null?    Type
 ----------------------------------------- -------- ----------------------------
 ID						    NUMBER
 EMBEDDING					    VECTOR(*, *, DENSE)

SQL> 

※VECTOR的声明格式表示向量可以具有任意数量的维度和格式。

插入数据

SQL>  INSERT INTO my_vector_table  VALUES (1,'[1, 2, 3]');

1 row created.

SQL> commit;

Commit complete.

查询数据

SQL> select * from my_vector_table;

	ID
----------
EMBEDDING
--------------------------------------------------------------------------------
	 1
[1.0E+000,2.0E+000,3.0E+000]


SQL>

当然，和其他数据类型一样，VECTOR也支持增删改操作。

VECTOR相关函数

Oracle Vector DB提供了一系列向量相关函数，用于向量的创建、转换、属性计算及相似性搜索。

1. 向量创建函数

VECTOR() 与 TO_VECTOR()

VECTOR() 与 TO_VECTOR()用于将字符串转换为向量类型。
两者功能相同，支持指定维度数量和数据类型（如float32、int8等）。

例：

SELECT VECTOR('[4,3]', 2, float32) FROM dual; -- 创建二维float32向量
SELECT TO_VECTOR('[34.6, 77.8]', 2, float64); -- Oracle 23c起可省略FROM dual

SQL> SELECT VECTOR('[4,3]', 2, float32) FROM dual; 

VECTOR('[4,3]',2,FLOAT32)
-----------------------------------------------------------------
[4.0E+000,3.0E+000]

SQL> SELECT TO_VECTOR('[34.6, 77.8]', 2, float64);

TO_VECTOR('[34.6,77.8]',2,FLOAT64)
-------------------------------------------------------------------------
[3.4600000000000001E+001,7.7799999999999997E+001]

使用 Oracle Client 23ai 库或 Thin 模式驱动程序的应用程序，可以直接以字符串或 CLOB 类型插入向量数据。

例：

INSERT INTO my_vector_table  VALUES (1,'[1, 2, 3]');

2. 向量属性相关函数

VECTOR_NORM()

VECTOR_NORM()用于计算向量的欧氏距离（原点到向量点的距离），结果类型与输入向量一致。

例：

SELECT VECTOR_NORM(VECTOR('[4,3]', 2, float32)); -- 输出5.0（勾股定理）

SQL> SELECT VECTOR_NORM(VECTOR('[4,3]', 2, float32)); 

VECTOR_NORM(VECTOR('[4,3]',2,FLOAT32))
--------------------------------------
			      5.0E+000

SQL> 

VECTOR_DIMENSION_COUNT()

VECTOR_DIMS（）和VECTOR_DIMENSION_COUNT()相同， 用于返回向量的维度数量。

例：

SELECT VECTOR_DIMENSION_COUNT(VECTOR('[34.6,77.8,9]', 3, float32)); -- 输出3

SQL> SELECT VECTOR_DIMENSION_COUNT(VECTOR('[34.6,77.8,9]', 3, float32)); 

VECTOR_DIMENSION_COUNT(VECTOR('[34.6,77.8,9]',3,FLOAT32))
---------------------------------------------------------
							3

SQL> 

VECTOR_DIMENSION_FORMAT()

VECTOR_DIMENSION_FORMAT()用于返回向量元素的数据类型。

例：

SELECT VECTOR_DIMENSION_FORMAT(VECTOR('[34.6,77.8]', 2, float64)); -- 输出FLOAT64

SQL> SELECT VECTOR_DIMENSION_FORMAT(VECTOR('[34.6,77.8]', 2, float64));

VECTOR_DIMENSION_FORMAT(VECTOR('[34.6,77.8]',2,FLO
--------------------------------------------------
FLOAT64

SQL> 

3. 向量转换函数

VECTOR_SERIALIZE()与 FROM_VECTOR()

VECTOR_SERIALIZE()与 FROM_VECTOR()两者功能等价，用于将向量转换为字符串或CLOB类型，适用于不支持本地向量绑定的驱动（如JDBC）。

例：

SELECT VECTOR_SERIALIZE(VECTOR('[1.1,2.2,3.3]',3,float32) RETURNING VARCHAR2(1000)); 
-- 输出'[1.1,2.2,3.3]'

SQL>   SELECT VECTOR_SERIALIZE(VECTOR('[1.1,2.2,3.3]',3,float32) RETURNING VARCHAR2(1000)); 

VECTOR_SERIALIZE(VECTOR('[1.1,2.2,3.3]',3,FLOAT32)RETURNINGVARCHAR2(1000))
--------------------------------------------------------------------------------
[1.10000002E+000,2.20000005E+000,3.29999995E+000]

4. 相似性计算函数

VECTOR_DISTANCE()

VECTOR_DISTANCE()用于计算两个向量之间的数学距离，支持多种距离度量（如EUCLIDEAN欧氏距离）。常用于相似性搜索（如近邻查询）。

例：

SELECT TO_NUMBER(VECTOR_DISTANCE(
  VECTOR('[0,0]', 2, float32), 
  VECTOR('[4,3]', 2, float32), 
  EUCLIDEAN
)) AS DISTANCE; -- 输出5.0

SQL> SELECT TO_NUMBER(VECTOR_DISTANCE(
    VECTOR('[0,0]', 2, float32), 
    VECTOR('[4,3]', 2, float32), 
    EUCLIDEAN
  )) AS DISTANCE;   2    3    4    5  

  DISTANCE
----------
	 5

SQL> 

5. 向量数据的分块管理​​

VECTOR_CHUNKS()函数主要用于​​向量数据的分块管理​​，适用于大规模向量数据集的高效存储、索引构建及查询优化。

参考：
https://docs.oracle.com/en/database/oracle/oracle-database/23/sqlrf/vector_chunks.html

6.​​生成向量嵌入

VECTOR_EMBEDDING ()是Oracle 23ai中用于​​生成向量嵌入（Vector Embeddings）的核心函数​​，支持将非结构化数据（文本、图像等）转换为高维向量。

参考：
https://docs.oracle.com/en/database/oracle/oracle-database/23/sqlrf/vector_embedding.html

更多参数可以参考如下官方文档。
SQL Language Reference

参考

https://www.oracle.com/database/ai-vector-search/
https://www.oracle.com/database/ai-vector-search/faq/

Create Tables Using the VECTOR Data Type
https://docs.oracle.com/en/database/oracle/oracle-database/23/vecse/create-tables-using-vector-data-type.html

Oracle Database New Features
https://docs.oracle.com/en/database/oracle/oracle-database/23/nfcoa/ai_vector_search.html#GUID-ai_vector_search1