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Démarrage rapide : Recherche vectorielle avec Python dans Azure DocumentDB

Utilisez la recherche vectorielle dans Azure DocumentDB avec la bibliothèque cliente Python. Stockez et interrogez efficacement les données vectorielles.

Ce guide de démarrage rapide utilise un exemple de jeu de données d’hôtel dans un fichier JSON avec des vecteurs du text-embedding-ada-002 modèle. Le jeu de données comprend des noms d’hôtel, des emplacements, des descriptions et des incorporations vectorielles.

Recherchez l’exemple de code sur GitHub.

Prerequisites

  • Un abonnement Azure

  • Un cluster Azure DocumentDB existant

    • Si vous n’avez pas de cluster, créez un cluster
  • Python 3.9 ou version ultérieure

Créer un projet Python

  1. Créez un répertoire pour votre projet et ouvrez-le dans Visual Studio Code :

    mkdir vector-search-quickstart
code vector-search-quickstart

  2. Dans le terminal, créez et activez un environnement virtuel :

    Pour Windows :

    python -m venv venv
venv\\Scripts\\activate

    Pour macOS/Linux :

    python -m venv venv
source venv/bin/activate

  3. Installez les packages nécessaires :

    pip install pymongo azure-identity openai python-dotenv
    • pymongo: pilote MongoDB pour Python
    • azure-identity: Bibliothèque d’identités Azure pour l’authentification sans mot de passe
    • openai: Bibliothèque de client OpenAI pour créer des vecteurs
    • python-dotenv: Gestion des variables d’environnement à partir de fichiers .env

  4. Créez un .env fichier à la racine de votre projet pour les variables d’environnement :

    # Azure OpenAI configuration
AZURE_OPENAI_EMBEDDING_ENDPOINT= 
AZURE_OPENAI_EMBEDDING_MODEL=text-embedding-ada-002
AZURE_OPENAI_EMBEDDING_API_VERSION=2024-02-01

# Azure DocumentDB configuration
MONGO_CLUSTER_NAME=

# Data Configuration (defaults should work)
DATA_FILE_WITH_VECTORS=data/HotelsData_with_vectors.json
EMBEDDED_FIELD=text_embedding_ada_002
EMBEDDING_DIMENSIONS=1536
EMBEDDING_SIZE_BATCH=16
LOAD_SIZE_BATCH=100

    Pour l’authentification sans mot de passe utilisée dans cet article, remplacez les valeurs d’espace réservé dans le .env fichier par vos propres informations :

    • AZURE_OPENAI_EMBEDDING_ENDPOINT: URL de votre point de terminaison de ressource Azure OpenAI
    • MONGO_CLUSTER_NAME: Nom de votre ressource Azure DocumentDB

    Vous devez toujours préférer l’authentification sans mot de passe, mais elle nécessite une configuration supplémentaire. Pour plus d’informations sur la configuration de l’identité managée et la gamme complète de vos options d’authentification, consultez Authentifier les applications Python auprès des services Azure à l’aide du Kit de développement logiciel (SDK) Azure pour Python.

  5. Créez un sous-répertoire hors de la racine nommée data.

  6. Copiez le fichier de données brutes avec des vecteurs dans un nouveau HotelsData_with_vectors.json fichier dans le data sous-répertoire.

  7. La structure du projet doit ressembler à ceci :

    vector-search-quickstart
├── .env
├── data
│   └── HotelsData_with_vectors.json
└── venv (or your virtual environment folder)

Poursuivez le projet en créant des fichiers de code pour la recherche vectorielle. Lorsque vous avez terminé, la structure du projet doit ressembler à ceci :

vector-search-quickstart
├── .env
├── data
│   └── HotelsData_with_vectors.json
├── src
│   ├── diskann.py
│   ├── ivf.py
│   └── hnsw.py
│   └── utils.py
└── venv (or your virtual environment folder)

Créez un src répertoire pour vos fichiers Python. Ajoutez deux fichiers : diskann.py et utils.py pour l’implémentation d’index DiskANN :

mkdir src    
touch src/diskann.py
touch src/utils.py

Collez le code suivant dans le diskann.py fichier.

import os
from typing import List, Dict, Any
from utils import get_clients, get_clients_passwordless, read_file_return_json, insert_data, print_search_results, drop_vector_indexes
from dotenv import load_dotenv

# Load environment variables
load_dotenv()


def create_diskann_vector_index(collection, vector_field: str, dimensions: int) -> None:

    print(f"Creating DiskANN vector index on field '{vector_field}'...")

    # Drop any existing vector indexes on this field first
    drop_vector_indexes(collection, vector_field)

    # Use the native MongoDB command for Cosmos DB vector indexes
    index_command = {
        "createIndexes": collection.name,
        "indexes": [
            {
                "name": f"diskann_index_{vector_field}",
                "key": {
                    vector_field: "cosmosSearch"  # Cosmos DB vector search index type
                },
                "cosmosSearchOptions": {
                    # DiskANN algorithm configuration
                    "kind": "vector-diskann",

                    # Vector dimensions must match the embedding model
                    "dimensions": dimensions,

                    # Vector similarity metric - cosine is good for text embeddings
                    "similarity": "COS",

                    # Maximum degree: number of edges per node in the graph
                    # Higher values improve accuracy but increase memory usage
                    "maxDegree": 20,

                    # Build parameter: candidates evaluated during index construction
                    # Higher values improve index quality but increase build time
                    "lBuild": 10
                }
            }
        ]
    }

    try:
        # Execute the createIndexes command directly
        result = collection.database.command(index_command)
        print("DiskANN vector index created successfully")

    except Exception as e:
        print(f"Error creating DiskANN vector index: {e}")

        # Check if it's a tier limitation and suggest alternatives
        if "not enabled for this cluster tier" in str(e):
            print("\nDiskANN indexes require a higher cluster tier.")
            print("Try one of these alternatives:")
            print("  • Upgrade your Cosmos DB cluster to a higher tier")
            print("  • Use HNSW instead: python src/hnsw.py")
            print("  • Use IVF instead: python src/ivf.py")
        raise


def perform_diskann_vector_search(collection,
                                 azure_openai_client,
                                 query_text: str,
                                 vector_field: str,
                                 model_name: str,
                                 top_k: int = 5) -> List[Dict[str, Any]]:

    print(f"Performing DiskANN vector search for: '{query_text}'")

    try:
        # Generate embedding for the query text
        embedding_response = azure_openai_client.embeddings.create(
            input=[query_text],
            model=model_name
        )

        query_embedding = embedding_response.data[0].embedding

        # Construct the aggregation pipeline for vector search
        # Cosmos DB for MongoDB vCore uses $search with cosmosSearch
        pipeline = [
            {
                "$search": {
                    # Use cosmosSearch for vector operations in Cosmos DB
                    "cosmosSearch": {
                        # The query vector to search for
                        "vector": query_embedding,

                        # Field containing the document vectors to compare against
                        "path": vector_field,

                        # Number of final results to return
                        "k": top_k
                    }
                }
            },
            {
                # Add similarity score to the results
                "$project": {
                    "document": "$$ROOT",
                    # Add search score from metadata
                    "score": {"$meta": "searchScore"}
                }
            }
        ]

        # Execute the aggregation pipeline
        results = list(collection.aggregate(pipeline))

        return results

    except Exception as e:
        print(f"Error performing DiskANN vector search: {e}")
        raise


def main():

    # Load configuration from environment variables
    config = {
        'cluster_name': os.getenv('MONGO_CLUSTER_NAME', 'vectorSearch'),
        'database_name': 'vectorSearchDB',
        'collection_name': 'vectorSearchCollection',
        'data_file': os.getenv('DATA_FILE_WITH_VECTORS', 'data/HotelsData_with_vectors.json'),
        'vector_field': os.getenv('EMBEDDED_FIELD', 'DescriptionVector'),
        'model_name': os.getenv('AZURE_OPENAI_EMBEDDING_MODEL', 'text-embedding-ada-002'),
        'dimensions': int(os.getenv('EMBEDDING_DIMENSIONS', '1536')),
        'batch_size': int(os.getenv('LOAD_SIZE_BATCH', '100'))
    }

    try:
        # Initialize clients
        print("\nInitializing MongoDB and Azure OpenAI clients...")
        mongo_client, azure_openai_client = get_clients_passwordless()

        # Get database and collection
        database = mongo_client[config['database_name']]
        collection = database[config['collection_name']]

        # Load data with embeddings
        print(f"\nLoading data from {config['data_file']}...")
        data = read_file_return_json(config['data_file'])
        print(f"Loaded {len(data)} documents")

        # Verify embeddings are present
        documents_with_embeddings = [doc for doc in data if config['vector_field'] in doc]
        if not documents_with_embeddings:
            raise ValueError(f"No documents found with embeddings in field '{config['vector_field']}'. "
                           "Please run create_embeddings.py first.")

        # Insert data into collection
        print(f"\nInserting data into collection '{config['collection_name']}'...")

        # Clear existing data to ensure clean state
        collection.delete_many({})
        print("Cleared existing data from collection")

        # Insert the hotel data
        stats = insert_data(
            collection,
            documents_with_embeddings,
            batch_size=config['batch_size']
        )

        if stats['inserted'] == 0:
            raise ValueError("No documents were inserted successfully")

        # Create DiskANN vector index
        create_diskann_vector_index(
            collection,
            config['vector_field'],
            config['dimensions']
        )

        # Wait briefly for index to be ready
        import time
        print("Waiting for index to be ready...")
        time.sleep(2)

        # Perform sample vector search
        query = "quintessential lodging near running trails, eateries, retail"

        results = perform_diskann_vector_search(
            collection,
            azure_openai_client,
            query,
            config['vector_field'],
            config['model_name'],
            top_k=5
        )

        # Display results
        print_search_results(results, max_results=5, show_score=True)


    except Exception as e:
        print(f"\nError during DiskANN demonstration: {e}")
        raise

    finally:
        # Close the MongoDB client
        if 'mongo_client' in locals():
            mongo_client.close()


if __name__ == "__main__":
    main()

Ce module principal fournit les fonctionnalités suivantes :

  • Inclut les fonctions utilitaires

  • Crée un objet de configuration pour les variables d’environnement

  • Crée des clients pour Azure OpenAI et Azure DocumentDB

  • Se connecte à MongoDB, crée une base de données et une collection, insère des données et crée des index standard

  • Crée un index vectoriel à l’aide d’IVF, HNSW ou DiskANN

  • Crée un encodage pour un texte de requête d'exemple avec le client OpenAI. Vous pouvez modifier la requête en haut du fichier

  • Exécute une recherche vectorielle à l’aide de l’incorporation et imprime les résultats

Créer des fonctions utilitaires

Collez le code suivant dans utils.py:

import json
import os
import time
from typing import Dict, List, Any, Optional, Tuple
from pymongo import MongoClient, InsertOne
from pymongo.collection import Collection
from pymongo.errors import BulkWriteError
from azure.identity import DefaultAzureCredential
from pymongo.auth_oidc import OIDCCallback, OIDCCallbackContext, OIDCCallbackResult
from openai import AzureOpenAI
from dotenv import load_dotenv

# Load environment variables from .env file
load_dotenv()

class AzureIdentityTokenCallback(OIDCCallback):
    def __init__(self, credential):
        self.credential = credential

    def fetch(self, context: OIDCCallbackContext) -> OIDCCallbackResult:
        token = self.credential.get_token(
            "https://ossrdbms-aad.database.windows.net/.default").token
        return OIDCCallbackResult(access_token=token)

def get_clients() -> Tuple[MongoClient, AzureOpenAI]:

    # Get MongoDB connection string - required for Cosmos DB access
    mongo_connection_string = os.getenv("MONGO_CONNECTION_STRING")
    if not mongo_connection_string:
        raise ValueError("MONGO_CONNECTION_STRING environment variable is required")

    # Create MongoDB client with optimized settings for Cosmos DB
    mongo_client = MongoClient(
        mongo_connection_string,
        maxPoolSize=50,  # Allow up to 50 connections for better performance
        minPoolSize=5,   # Keep minimum 5 connections open
        maxIdleTimeMS=30000,  # Close idle connections after 30 seconds
        serverSelectionTimeoutMS=5000,  # 5 second timeout for server selection
        socketTimeoutMS=20000  # 20 second socket timeout
    )

    # Get Azure OpenAI configuration
    azure_openai_endpoint = os.getenv("AZURE_OPENAI_EMBEDDING_ENDPOINT")
    azure_openai_key = os.getenv("AZURE_OPENAI_EMBEDDING_KEY")

    if not azure_openai_endpoint or not azure_openai_key:
        raise ValueError("Azure OpenAI endpoint and key are required")

    # Create Azure OpenAI client for generating embeddings
    azure_openai_client = AzureOpenAI(
        azure_endpoint=azure_openai_endpoint,
        api_key=azure_openai_key,
        api_version=os.getenv("AZURE_OPENAI_EMBEDDING_API_VERSION", "2024-02-01")
    )

    return mongo_client, azure_openai_client


def get_clients_passwordless() -> Tuple[MongoClient, AzureOpenAI]:

    # Get MongoDB cluster name for passwordless authentication
    cluster_name = os.getenv("MONGO_CLUSTER_NAME")
    if not cluster_name:
        raise ValueError("MONGO_CLUSTER_NAME environment variable is required")

    # Create credential object for Azure authentication
    credential = DefaultAzureCredential()

    authProperties = {"OIDC_CALLBACK": AzureIdentityTokenCallback(credential)}

    # Create MongoDB client with Azure AD token callback
    mongo_client = MongoClient(
        f"mongodb+srv://{cluster_name}.global.mongocluster.cosmos.azure.com/",
        connectTimeoutMS=120000,
        tls=True,
        retryWrites=True,
        authMechanism="MONGODB-OIDC",
        authMechanismProperties=authProperties
    )

    # Get Azure OpenAI endpoint
    azure_openai_endpoint = os.getenv("AZURE_OPENAI_EMBEDDING_ENDPOINT")
    if not azure_openai_endpoint:
        raise ValueError("AZURE_OPENAI_EMBEDDING_ENDPOINT environment variable is required")

    # Create Azure OpenAI client with credential-based authentication
    azure_openai_client = AzureOpenAI(
        azure_endpoint=azure_openai_endpoint,
        azure_ad_token_provider=lambda: credential.get_token("https://cognitiveservices.azure.com/.default").token,
        api_version=os.getenv("AZURE_OPENAI_EMBEDDING_API_VERSION", "2024-02-01")
    )

    return mongo_client, azure_openai_client


def azure_identity_token_callback(credential: DefaultAzureCredential) -> str:

    # Cosmos DB for MongoDB requires this specific scope
    token_scope = "https://cosmos.azure.com/.default"

    # Get token from Azure AD
    token = credential.get_token(token_scope)

    return token.token


def read_file_return_json(file_path: str) -> List[Dict[str, Any]]:

    try:
        with open(file_path, 'r', encoding='utf-8') as file:
            return json.load(file)
    except FileNotFoundError:
        print(f"Error: File '{file_path}' not found")
        raise
    except json.JSONDecodeError as e:
        print(f"Error: Invalid JSON in file '{file_path}': {e}")
        raise


def write_file_json(data: List[Dict[str, Any]], file_path: str) -> None:

    try:
        with open(file_path, 'w', encoding='utf-8') as file:
            json.dump(data, file, indent=2, ensure_ascii=False)
        print(f"Data successfully written to '{file_path}'")
    except IOError as e:
        print(f"Error writing to file '{file_path}': {e}")
        raise


def insert_data(collection: Collection, data: List[Dict[str, Any]],
                batch_size: int = 100, index_fields: Optional[List[str]] = None) -> Dict[str, int]:

    total_documents = len(data)
    inserted_count = 0
    failed_count = 0

    print(f"Starting batch insertion of {total_documents} documents...")

    # Create indexes if specified
    if index_fields:
        for field in index_fields:
            try:
                collection.create_index(field)
                print(f"Created index on field: {field}")
            except Exception as e:
                print(f"Warning: Could not create index on {field}: {e}")

    # Process data in batches to manage memory and error recovery
    for i in range(0, total_documents, batch_size):
        batch = data[i:i + batch_size]
        batch_num = (i // batch_size) + 1
        total_batches = (total_documents + batch_size - 1) // batch_size

        try:
            # Prepare bulk insert operations
            operations = [InsertOne(document) for document in batch]

            # Execute bulk insert
            result = collection.bulk_write(operations, ordered=False)
            inserted_count += result.inserted_count

            print(f"Batch {batch_num} completed: {result.inserted_count} documents inserted")

        except BulkWriteError as e:
            # Handle partial failures in bulk operations
            inserted_count += e.details.get('nInserted', 0)
            failed_count += len(batch) - e.details.get('nInserted', 0)

            print(f"Batch {batch_num} had errors: {e.details.get('nInserted', 0)} inserted, "
                  f"{failed_count} failed")

            # Print specific error details for debugging
            for error in e.details.get('writeErrors', []):
                print(f"  Error: {error.get('errmsg', 'Unknown error')}")

        except Exception as e:
            # Handle unexpected errors
            failed_count += len(batch)
            print(f"Batch {batch_num} failed completely: {e}")

        # Small delay between batches to avoid overwhelming the database
        time.sleep(0.1)

    # Return summary statistics
    stats = {
        'total': total_documents,
        'inserted': inserted_count,
        'failed': failed_count
    }

    return stats


def drop_vector_indexes(collection, vector_field: str) -> None:

    try:
        # Get all indexes for the collection
        indexes = list(collection.list_indexes())

        # Find vector indexes on the specified field
        vector_indexes = []
        for index in indexes:
            if 'key' in index and vector_field in index['key']:
                if index['key'][vector_field] == 'cosmosSearch':
                    vector_indexes.append(index['name'])

        # Drop each vector index found
        for index_name in vector_indexes:
            print(f"Dropping existing vector index: {index_name}")
            collection.drop_index(index_name)

        if vector_indexes:
            print(f"Dropped {len(vector_indexes)} existing vector index(es)")
        else:
            print("No existing vector indexes found to drop")

    except Exception as e:
        print(f"Warning: Could not drop existing vector indexes: {e}")
        # Continue anyway - the error might be that no indexes exist


def print_search_resultsx(results: List[Dict[str, Any]],
                        max_results: int = 5,
                        show_score: bool = True) -> None:

    if not results:
        print("No search results found.")
        return

    print(f"\nSearch Results (showing top {min(len(results), max_results)}):")
    print("=" * 80)

    for i, result in enumerate(results[:max_results], 1):

        # Display hotel name and ID
        print(f"HotelName: {result['HotelName']}, Score: {result['score']:.4f}")

def print_search_results(results: List[Dict[str, Any]],
                        max_results: int = 5,
                        show_score: bool = True) -> None:

    if not results:
        print("No search results found.")
        return

    print(f"\nSearch Results (showing top {min(len(results), max_results)}):")
    print("=" * 80)

    for i, result in enumerate(results[:max_results], 1):

        # Check if results are nested under 'document' (when using $$ROOT)
        if 'document' in result:
            doc = result['document']
        else:
            doc = result

        # Display hotel name and ID
        print(f"HotelName: {doc['HotelName']}, Score: {result['score']:.4f}")


    if len(results) > max_results:
        print(f"\n... and {len(results) - max_results} more results")

Ce module utilitaire fournit les fonctionnalités suivantes :

  • JsonData: interface pour la structure de données

  • scoreProperty: Emplacement du score dans les résultats de requête en fonction de la méthode de recherche vectorielle

  • getClients: crée et retourne des clients pour Azure OpenAI et Azure DocumentDB

  • getClientsPasswordless: crée et retourne des clients pour Azure OpenAI et Azure DocumentDB à l’aide de l’authentification sans mot de passe. Activer RBAC sur les deux ressources et se connecter à Azure CLI

  • readFileReturnJson: lit un fichier JSON et retourne son contenu sous la forme d’un tableau d’objets JsonData

  • writeFileJson: écrit un tableau d’objets JsonData dans un fichier JSON

  • insertData: insère des données dans des lots dans une collection MongoDB et crée des index standard sur des champs spécifiés

  • printSearchResults: imprime les résultats d’une recherche vectorielle, y compris le score et le nom de l’hôtel

S’authentifier auprès d’Azure CLI

Connectez-vous à Azure CLI avant d’exécuter l’application afin qu’elle puisse accéder en toute sécurité aux ressources Azure.

az login

Exécuter l’application

Pour exécuter les scripts Python :

python src/diskann.py

Vous voyez les cinq premiers hôtels qui correspondent à la requête de recherche vectorielle et à leurs scores de similarité.

Afficher et gérer des données dans Visual Studio Code

  1. Sélectionnez l’extension DocumentDB dans Visual Studio Code pour vous connecter à votre compte Azure DocumentDB.

  2. Affichez les données et les index dans la base de données Hotels.

    Capture d’écran de l’extension DocumentDB montrant la collection Azure DocumentDB.

Nettoyer les ressources

Supprimez le groupe de ressources, le compte Azure DocumentDB et la ressource Azure OpenAI lorsque vous n’en avez pas besoin pour éviter des coûts supplémentaires.

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