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搜索路由与混合分数融合

30 秒导读: 你调 embeddings.search("query")，txtai 内部要先决定"这一次到底走哪条路"——图搜索？数据库搜索？还是纯向量？走向量时又要判断只有关键词索引（稀疏）、只有 ANN（稠密）、还是两者都有（hybrid）。若是 hybrid，两路各出一份带分数的候选，还得用一套融合公式把两份分数合成一个排名。本章只讲这个路由入口和分数融合，SQL 细节留给 05、图遍历留给 06。

1. 这是什么（零基础也能懂）​

一句话定义: 这是 txtai 检索的"调度中枢"——一个统一的搜索入口，负责判断该用哪种索引后端，并在同时用两种后端时把它们各自的分数融合成一个排名。

它解决什么问题。 一个 embeddings 实例可能同时挂着多种检索能力：

  • 稠密索引（ANN）——把文本变成向量、按语义相近度找（"汽车"能召回"轿车"）。
  • 稀疏索引（keyword scoring）——按关键词/词频找（BM25 那一类，"汽车"就是找含"汽车"字样的）。
  • 数据库（content store）——支持 SQL 过滤（where date > ...）。
  • 图网络——按关系遍历。

用户只调一个 search()，不关心底层挂了哪几样。这个模块的活，就是"看菜下单"： 有什么后端、query 长什么样，决定这一次怎么查、结果怎么合。

一句话直觉/类比: 把它想成餐厅的领位员 + 调酒师。领位员（__call__）先看你这桌该去哪个区（图区/数据库区/向量区）；到了向量区，调酒师（search + Hybrid）发现你既要"语义"又要"关键词"两种基酒，就按一套配方把两杯调成一杯端给你。

用起来什么样（最小示例）:

from txtai import Embeddings

# 同时开启稠密(ANN)和稀疏(keyword)——这就构成 hybrid
embeddings = Embeddings(hybrid=True, content=True)
embeddings.index(["汽车很快", "天气不错", "轿车加速快"])

# 一个入口，内部自动分叉 + 融合
embeddings.search("车子跑得快", 2)
# -> [{"id": "0", "text": "汽车很快", "score": 0.71}, ...]

同一行 search()，若只开了 ANN 就是纯语义搜；只开 keyword 就是关键词搜；两个都开就自动变 hybrid。本节到此不碰代码细节，下面从顶层看它怎么转。

2. 顶层全景（它大概怎么转）​

整个模块的核心是 Search 类（embeddings/search/base.py:15），它的 __call__ 是第一层路由，search 方法是第二层路由。

2.1 部件一句话职责​

部件干什么文件:符号
Search.__call__第一层路由：图 / 数据库 / 纯向量 三选一search/base.py:44
Search.search第二层路由：稀疏 / 稠密 / hybrid 三态切换search/base.py:85
Search.dense走 ANN 稠密向量搜索search/base.py:150
Search.sparse走 keyword/稀疏向量搜索search/base.py:173
Hybrid选融合策略并合并两路分数search/hybrid.py:8
LogOddsBayesian(BB25) 分数的对数几率融合search/hybrid.py:108
Search.resolve把内部 index id 映射回用户 idsearch/base.py:193
Query自然语言 → SQL 的翻译模型search/query.py:11
Terms从 SQL 的 similar() 子句抽回纯关键词search/terms.py:6
Ids把用户 id 解析成内部 iidsearch/ids.py:6
Explain逐 token 遮罩，算每个词对 query 的重要度search/explain.py:11

2.2 两层路由决策图​

怎么读这张图：从上往下是决策顺序，命中一个分支就返回，不再往下走。左半是 __call__ 的第一层分叉，进入"纯向量"后才展开右侧 search 的第二层分叉。

                embeddings.search() / batchsearch()
                              │
                              ▼
             ┌──────── Search.__call__ ────────┐   ← 第一层路由 (base.py:44)
             │                                 │
   ① 是图查询? ──是──▶ graphsearch()  ─────────▶ 图结果   (→ 06)
             │否
   ② 有数据库且非 indexonly? ─是─▶ dbsearch() ─▶ dict结果 (→ 05)
             │否
   ③ 否则 ─────────────────────▶ search()
                                    │
                    ┌──────── Search.search ────────┐  ← 第二层路由 (base.py:85)
                    │                                │
          指定了 subindex? ──是──▶ subindex() ──────▶ 子索引结果
                    │否
          hybrid = ann AND scoring ?
                    │
        ┌───────────┼─────────────┐
        ▼           ▼             ▼
   仅 ann       仅 scoring     两者都有(hybrid)
   dense()      sparse()      dense()+sparse()
    │              │           各扩召回 limit*10
    ▼              ▼               │
  纯 ANN        纯关键词           ▼
  语义搜        搜索          Hybrid 融合 → 合成排名

主线走一遍（高层）: search()/batchsearch() 都收敛到 Search.__call__。它先处理三种"特殊出口"（图、数据库），都不满足才落到 search 这个"默认向量出口"。search 再看挂了几种向量后端，决定单路还是双路；双路时才唤醒 Hybrid 做分数融合。记住这条主干，后面每一节都是在给它填肉。

3. 第一层路由：__call__ 的三个出口​

这一节讲 Search.__call__（search/base.py:44）怎么在图、数据库、纯向量之间选路。

3.1 先处理边界与默认值​

进门先设默认、挡空：

# search/base.py:63-72（要点摘录）
limit = limit if limit else 3                 # 默认取 3 条
weights = weights if weights is not None else 0.5

# 什么后端都没有 -> 每个 query 回一个空列表
if not self.ann and not self.scoring and not self.indexes and not self.database:
    return [[]] * len(queries)

weights=0.5 是 hybrid 的默认权重（稠密、稀疏各占一半，见 §4.1）。这里也解释了为什么"空 embeddings"搜索不会崩、只回空。

3.2 三个出口按优先级排队​

真正的分叉是三个 if，顺序即优先级：

# search/base.py:74-83
# 出口①：图搜索
if self.graph and self.graph.isquery(queries):
    return self.graphsearch(queries, limit, weights, index)

# 出口②：数据库搜索（有 content store 且没强制 indexonly）
if not self.indexonly and self.database:
    return self.dbsearch(queries, limit, weights, index, parameters)

# 出口③：默认——纯向量索引查询（稀疏/稠密/hybrid）
return self.search(queries, limit, weights, index)

三个出口的区别在于返回什么形状（这也是 __call__ docstring 明说的三种返回）：

出口触发条件返回形状展开章节
① graphsearch有图且 query 被识别为图查询图结果对象06
② dbsearch有 database 且非 indexonly每 query 一个 dict（含字段）05
③ search上面都不满足（默认）每 query 一个 (id, score) 列表本章 §4

关键细节: 出口② 和 ① 都不是"纯"搜索——它们内部还会回头调 search 做索引召回，再把候选交给数据库/图去过滤或遍历。看 dbsearch（search/base.py:232）里 Scan(self.search, ...)：数据库路径把 search 当成一个"索引扫描函数"传进 Scan 复用。所以 search 才是所有路径最终的向量召回内核，本章聚焦它。

indexonly 这个开关值得一提：置 True 时即便有数据库也跳过出口②、强制走纯索引（search/base.py:32 构造时记录，__call__ 用它绕开 dbsearch）。

4. 第二层路由：search() 的三态切换（本章核心）​

这节是全章重点：同一个 search（search/base.py:85）如何在"仅关键词 / 仅 ANN / 两者都开"之间切换。它的 docstring 一句话点破：只有稀疏就是关键词搜，只有稠密就是 ANN 搜，两者都有就是 hybrid。

4.1 hybrid 的判定：一个布尔与​

切换的开关只有一行：

# search/base.py:107
hybrid = self.ann and self.scoring
  • self.ann——稠密 ANN 后端（search/base.py:35 从 embeddings 取）。
  • self.scoring——稀疏 scoring 后端；注意只有 embeddings.issparse() 为真时才赋值，否则是 None（search/base.py:42）。

也就是说 scoring 若只是"词权重"（term weighting，非独立稀疏索引），这里就当它不存在——不会误触发 hybrid。这个细节把"用来算 IDF 权重的 scoring"和"能独立召回的稀疏索引"区分开了。

4.2 单路召回：dense 或 sparse​

判完 hybrid，两路各自按需跑：

# search/base.py:108-109
dense  = self.dense(queries,  limit * 10 if hybrid else limit) if self.ann     else None
sparse = self.sparse(queries, limit * 10 if hybrid else limit) if self.scoring else None

三态就此成型：

self.annself.scoringhybrid实际行为
有无Falsedense 有值、sparse=None → 纯 ANN 语义搜
无有Falsesparse 有值、dense=None → 纯关键词搜
有有True两路都跑 → 进入融合
无无—抛 IndexNotFoundError（search/base.py:122）

4.3 hybrid 的"扩召回"技巧：limit * 10​

上面那行藏着一个重要设计：hybrid 时每一路都取 limit * 10 条，而不是 limit 条。

为什么？ 融合会重新排名。若两路都只各取 limit 条，融合后真正的 top-limit 很可能有些文档在某一路排在 limit 名开外、被提前砍掉，导致最终排名失真。多召回一层候选（10 倍）给融合公式留足"翻盘"空间，融合完再截断到 limit。这是 hybrid 检索里常见的 "over-fetch then re-rank" 手法。

纯搜索:   ann ──取 limit── ▶ 直接返回
hybrid:  ann ──取 limit*10──┐
         kw  ──取 limit*10──┴─▶ Hybrid 融合 ──排序──取 limit── ▶ 返回

4.4 单路时的收尾​

非 hybrid 分支很直接——过滤空索引后二选一返回：

# search/base.py:121-126
if not sparse and not dense:
    raise IndexNotFoundError("No indexes available")
return dense if dense else sparse

4.5 两个共同动作：过滤 0 分 + resolve id​

无论走 dense 还是 sparse，两个方法末尾都做同样两件事：

① 砍掉 0 分及以下的结果（search/base.py:169、:189）：

results = [[(i, score) for i, score in r if score > 0] for r in results]

② resolve 把内部 id 映射回用户 id（search/base.py:193）：

# 内容禁用时，索引里存的是位置下标 i，要用 self.ids 映射回原始 uid
if not self.indexids and self.ids:
    return [[(self.ids[i], score) for i, score in r] for r in results]
return results

indexids=True（构造时可设，search/base.py:31）会跳过这层映射，直接返回内部下标——这是给 dbsearch/graphsearch 等内部调用用的"生结果"通道，它们后面自己接数据库/图去做 id 关联。

4.6 subindex 与 batchsearch​

search 开头还有一条支线：若显式指定了 index（子索引名），直接转 subindex（search/base.py:128），交给对应子索引自己的 batchsearch 再 resolve。子索引本身也是一个完整 embeddings，所以这里是递归复用同一套逻辑。至于顶层 embeddings.search vs batchsearch：前者是单 query 的便捷封装，两者最终都流入本章讲的 Search 实例，路由与融合逻辑完全共享。

5. 分数融合：三种策略与自动选择​

这节讲 hybrid 命中后，Hybrid（search/hybrid.py:8）怎么把两路 (id, score) 合成一份排名。核心问题是：稠密的余弦相似度和稀疏的 BM25 分数，量纲根本不一样，凭什么能相加？

先看 search 里怎么唤起融合：

# search/base.py:112-119
if hybrid:
    if isinstance(weights, (int, float)):
        weights = [weights, 1 - weights]      # 0.5 -> [0.5, 0.5]，[稠密权, 稀疏权]
    fusion = Hybrid(self.scoring)
    return [fusion(vectors, weights, limit) for vectors in zip(dense, sparse)]

weights 是个单数就摊成 [w, 1-w]：稠密和稀疏的权重。zip(dense, sparse) 把两路结果按 query 配对，逐 query 融合。

5.1 按 scoring 类型自动选策略​

Hybrid 的构造函数就是一个"策略选择器"——它不看数据，只看稀疏 scoring 的归一化配置来定策略：

# search/hybrid.py:26-31
if scoring.isbayes():          # BB25 / 贝叶斯归一化
    self.method = self.logodds
elif scoring.isnormalized():   # 普通归一化（分数已在 0~1）
    self.method = self.convex
else:                          # 未归一化（原始 BM25 之类）
    self.method = self.rrf

这两个判定来自 scoring 后端（以 tfidf 为例，scoring/tfidf.py:244-248）：isnormalized() 看是否开了 normalize，isbayes() 看 normalizer 是否是 BB25/贝叶斯模式（scoring/normalize.py:39，别名 bayes/bayesian/bayesian-bm25/bb25）。

为什么按归一化类型选？直觉是： 融合公式对"输入分数的尺度"有前提假设。

scoring 类型稀疏分数长什么样该用的融合直觉
未归一化原始 BM25，量纲乱、范围不定RRF不信任分数绝对值，只信排名
普通归一化已缩到 0~1，两路可比凸组合直接加权求和分数
BB25/贝叶斯已是校准过的概率对数几率当概率做贝叶斯合取

下面逐个看这三种公式的直觉。

5.2 凸组合 convex（归一化分数）​

最直观：两路分数各乘权重后相加，同 id 累加。

# search/hybrid.py:76-83（要点）
uids = {}
for v, scores in enumerate(vectors):          # v=0 稠密, v=1 稀疏
    for uid, score in scores if weights[v] > 0 else []:
        uids[uid] = uids.get(uid, 0.0) + score * weights[v]
return sorted(uids.items(), key=lambda x: x[1], reverse=True)[:limit]

weights[v] > 0 是个小优化：某一路权重为 0 就整路跳过，不白算。前提是两路分数都已归一化到可比区间（所以只在 isnormalized() 时用），否则大量纲的一路会碾压另一路。

直觉: 最终分 = 0.5×语义分 + 0.5×关键词分。凸组合 = 权重非负且和为 1 的加权平均。

5.3 倒数排名融合 rrf（未归一化分数）​

当分数不可比时，干脆不看分数值，只看排名名次：

# search/hybrid.py:98-105（要点）
uids = {}
for v, scores in enumerate(vectors):
    for r, (uid, _) in enumerate(scores if weights[v] > 0 else []):   # r 是名次(0起)
        uids[uid] = uids.get(uid, 0.0) + (1.0 / (r + 1)) * weights[v]
return sorted(uids.items(), key=lambda x: x[1], reverse=True)[:limit]

注意 (uid, _)——分数被丢弃，只用位置 r。每路贡献 1/(排名)：第 1 名给 1、第 2 名给 0.5、第 3 名给 0.33……再乘权重累加。一个文档若在两路都靠前，倒数相加就高。

直觉: "两个评委的打分标准没法直接比，但都排了个名次——我信名次不信分数。" 这是信息检索里经典的 RRF（原公式常带常数 k，此处 k=0、直接用 1/(r+1)）。

5.4 对数几率 logodds（BB25 贝叶斯概率）​

最复杂的一支，用于 BB25 已把分数校准成概率的场景，做"贝叶斯合取"。委托给 LogOdds 类（search/hybrid.py:108），三步走（__call__，hybrid.py:124）：

raw分数 ─▶ ① 收集每个doc的(稠密原分, 稀疏概率)
        ─▶ ② 校准稠密分：per-query 动态 sigmoid
        ─▶ ③ 加权平均 log-odds + 置信缩放 ─▶ sigmoid 回概率

核心思路: 概率 p 不能直接加权平均（0.9 和 0.9 合取应该更高，不是还等于 0.9）。先把概率转成 logit（对数几率） log(p/(1-p))——这是无界的、可加的空间；在 logit 空间加权平均；再 sigmoid 变回概率。

① 校准稠密分（LogOdds.calibrate，hybrid.py:177）：稠密是余弦相似度不是概率，先按这批候选算 median 和 std，用 alpha=1/std、beta=median，把每个稠密分转成 alpha*(score - median) 的 logit——让"中位候选"落在 logit 0（即概率 0.5）。这是 per-query 动态标定，随每次查询的分数分布自适应。

② 融合（LogOdds.fuse，hybrid.py:202）：

# hybrid.py:225-234（双路都命中时的要点）
logitdense = densealpha * (rawdense - densemedian)      # 稠密 -> logit
logitdense = max(min(logitdense, 500), -500)            # 夹紧防溢出
psparse    = min(max(psparse, EPSILON), 1 - EPSILON)    # 稀疏概率夹到开区间
logitsparse = math.log(psparse / (1.0 - psparse))       # 稀疏概率 -> logit
lbar = weights[0]*logitdense + weights[1]*logitsparse   # 加权平均 log-odds
fused[uid] = lbar * scale                                # 置信缩放

scale = n**alpha（hybrid.py:216-217，此处 n=2, alpha=0.5，即 √2）是置信缩放：两路都命中的文档，其融合 logit 会被放大，体现"两个独立信号都指向它 → 更有信心"。只命中单路的文档（hybrid.py:236-245）不加这个放大，只按各自权重缩放。

最后一步把所有 logit 用 sigmoid 转回概率（hybrid.py:248）：1/(1+e^-score)。

诚实标注: LogOdds 的 docstring（hybrid.py:112-119）引用了 "From Bayesian Inference to Neural Computation (Jeong, 2026)" 与 BB25 参考实现（scoring/normalize.py:16-18 列了 GitHub 链接）。这些是论文/实现出处，本章只依据仓库内实际代码逻辑描述其行为，未核对外部论文。

6. 辅助部件：query / terms / ids / explain​

这几个是搜索入口周边的小工具，本章只交代它们在路由里的角色，不展开。

6.1 Query —— 自然语言转 SQL​

Query（search/query.py:11）是个 seq2seq 翻译模型，把自然语言变成 SQL。它在 parse（search/base.py:264）里被用到：若一条 query 解析后不含 select，就先过 Query 翻译成 SQL 再重解析。T5 模型默认前缀 "translate English to SQL: "（query.py:31）。clean 做一点收尾（把 $= 还原成 <=，query.py:72）。SQL 解析细节见 05。

6.2 Terms —— 从 SQL 抽回关键词​

Terms（search/terms.py:6）反过来：从一条 SQL 的 similar() 子句里把纯关键词文本抠出来（terms.py:41，" ".join 各 similar 子句）。用于需要"这次搜索的关键词是什么"的场景。没有数据库时原样返回 query。

6.3 Ids —— 用户 id 解析内部 id​

Ids（search/ids.py:6）把用户给的 id 解析成内部 iid。有数据库就查数据库（ids.py:34），否则线性扫 self.ids 数组（scan，ids.py:45）。返回 {uid: [iid...]} 因为一个用户 id 可能对应多个内部片段（一对多）。

6.4 Explain —— 逐 token 重要度​

Explain（search/explain.py:11）做可解释性：对每条命中文本，逐个遮罩（mask）掉一个 token，重算相似度，用"分数掉了多少"衡量该 token 的重要度（explain.py:106-114）。掉得越多说明这个词越关键。若有数据库，先从 SQL 的 similar 子句抽出真正的 query 文本再解释（explain.py:90-95）。它调 batchsearch/batchsimilarity，是搜索之上的分析层。

7. 巧妙之处（可借鉴）​

  • 路由即优先级的三段 if（search/base.py:74-83）——图 > 数据库 > 向量，命中即返回。没有复杂的策略对象，就是顺序短路，读代码一眼看懂"这次走哪条"。

  • hybrid 的 over-fetch（limit*10）（search/base.py:108-109）——融合会重排名，单路只取 limit 会误删翻盘候选。多召回一层再截断，是 hybrid 检索的通用正确性保障。

  • 融合策略靠 scoring 配置自选，而非用户手选（search/hybrid.py:26-31）——把"分数尺度"和"该用哪种融合"绑定：未归一化→只信排名(RRF)，归一化→加权和(convex)，概率→贝叶斯合取(logodds)。用户改 normalize 配置，融合策略自动跟着变，不易配错。

  • logit 空间做概率合取 + 置信缩放（search/hybrid.py:225-234）——概率不能直接平均，转 logit（无界可加）后平均再 sigmoid 回来；双路命中额外乘 √2 放大，把"两个独立信号一致"编码成更高置信。

  • scoring 仅在 issparse() 时才参与 hybrid（search/base.py:42）——区分"能独立召回的稀疏索引"和"只算词权重的 scoring"，避免后者误触发 hybrid。

8. 边界与局限​

  • 本章不含 SQL 解析细节。 parse/limit/dbsearch（search/base.py:210 起）只讲到"路由入口"层；database.parse、similar() 子句、bind 参数、Scan 分组的完整机制在 05。

  • 本章不含图遍历细节。 graphsearch（search/base.py:299）如何把索引召回结果喂给图做遍历/主题建模，在 06。

  • 融合只对 hybrid（两路都开）生效。 单路搜索直接返回，不经过 Hybrid。若只挂了一种索引，weights 参数基本无意义。

  • weights[v] > 0 的短路（hybrid.py:78、:100）意味着某路权重设成 0 就等于关掉该路——但两路都被扩召回过（limit*10 已经查了），扩召回的开销省不掉。

  • 0 分过滤是硬阈值（search/base.py:169、:189）——稠密里 score > 0 才留。若某种相似度可能取负值又有意义，会被这层无差别砍掉。

  • LogOdds 的理论依据引自外部论文（hybrid.py:112），本章依据仓库内代码描述其行为，未验证论文本身；BB25 的正确性最终取决于 scoring 层的归一化实现（见 03）。

9. 横向对比（同组其它章）​

想了解去哪章
Embeddings 编排类、索引生命周期01-embeddings-database.md
文本如何变成向量（向量化管线）02-vectorization.md
稠密 ANN / 稀疏 scoring 两类后端本身03-indexes-dense-sparse.md
SQL 驱动检索、content store、similar 子句05-sql-and-database.md
图网络、关系检索、主题建模06-graph.md
全景与阅读地图index.md

本章是这些后端的汇聚点：03 造出的两类索引，在这里被 04 的路由挑选、被融合公式合并；05/06 则是本章两个"特殊出口"的下游展开。

10. 代码地图（导航索引）​

主题文件路径符号名
第一层路由（图/数据库/向量）src/python/txtai/embeddings/search/base.pySearch.__call__
第二层路由（稀疏/稠密/hybrid）src/python/txtai/embeddings/search/base.pySearch.search
hybrid 判定src/python/txtai/embeddings/search/base.pySearch.search（hybrid = self.ann and self.scoring）
稠密 ANN 召回src/python/txtai/embeddings/search/base.pySearch.dense
稀疏关键词召回src/python/txtai/embeddings/search/base.pySearch.sparse
内部 id → 用户 idsrc/python/txtai/embeddings/search/base.pySearch.resolve
数据库出口src/python/txtai/embeddings/search/base.pySearch.dbsearch
图出口src/python/txtai/embeddings/search/base.pySearch.graphsearch
融合策略选择src/python/txtai/embeddings/search/hybrid.pyHybrid.__init__
凸组合融合src/python/txtai/embeddings/search/hybrid.pyHybrid.convex
倒数排名融合src/python/txtai/embeddings/search/hybrid.pyHybrid.rrf
对数几率融合src/python/txtai/embeddings/search/hybrid.pyHybrid.logodds / LogOdds
稠密分校准src/python/txtai/embeddings/search/hybrid.pyLogOdds.calibrate
logit 融合与置信缩放src/python/txtai/embeddings/search/hybrid.pyLogOdds.fuse
融合策略判定依据src/python/txtai/scoring/base.pyScoring.isnormalized / Scoring.isbayes
BB25 模式判定src/python/txtai/scoring/normalize.pyNormalize.isbayes
自然语言 → SQLsrc/python/txtai/embeddings/search/query.pyQuery.__call__
SQL → 关键词src/python/txtai/embeddings/search/terms.pyTerms.__call__
用户 id 解析src/python/txtai/embeddings/search/ids.pyIds.__call__
逐 token 重要度src/python/txtai/embeddings/search/explain.pyExplain.explain
索引未找到异常src/python/txtai/embeddings/search/errors.pyIndexNotFoundError