传统向量数据库的存储困境
在个人设备上部署检索增强生成（RAG）系统面临一个根本性挑战：存储开销过高。以索引 100GB 原始数据为例，传统向量数据库需要 150 到 700GB 的额外存储空间来维护必要的嵌入向量和索引结构，这使得在资源受限的个人设备上几乎无法实用化部署 RAG 能力。[1]
这种存储压力主要来源于三个方面：首先，向量数据库需要预计算并存储所有文本块的嵌入向量；其次，需要维护复杂的图结构或倒排索引以支持高效检索；最后，为了加速查询，通常采用量化或额外的缓存策略，进一步增加存储负担。随着个人数据规模的增长，这种线性扩展的存储需求变得不可持续。
核心架构：图结构与选择性重计算的结合
LEANN（Low-Storage Vector Index）的核心创新在于重新审视了 "必须存储所有嵌入向量" 的假设。它采用了一种存储稀疏图结构而非稠密向量集的策略，通过选择性重计算来平衡存储与性能。
关键设计原则
LEANN 的架构基于三个关键设计原则：
图结构最小化：只保留经过精心修剪的图结构，通常只包含原始节点数量的很小比例。这些图节点通过高阶保持修剪（high-degree preserving pruning）算法选择，确保重要的高连接度 "hub" 节点被保留，而冗余连接被移除。
选择性重计算：不同于预计算所有嵌入向量，LEANN 仅在搜索路径需要时才动态计算嵌入向量。这种 "按需计算" 策略将计算开销从索引构建阶段转移到查询执行阶段，但对于静态数据来说这通常是可接受的权衡。
动态批处理：为了高效利用 GPU 资源，LEANN 将多个嵌入计算请求进行批处理，优化了硬件利用率和整体查询延迟。
技术架构图
从架构层面看，LEANN 包含两个主要组件：紧凑的图索引和嵌入重计算引擎。图索引采用 CSR（Compressed Sparse Row）格式存储，显著减少了图结构的空间开销。搜索过程中，系统使用两级搜索策略：首先在稀疏图上进行粗粒度遍历，然后在候选节点上进行精确的距离计算。
关键技术实现细节
高阶保持修剪算法
LEANN 的修剪策略并非简单的随机移除节点，而是基于网络科学理论中的 "优先依附" 原理。算法在构建图时识别并优先保留高连接度的节点，这些节点往往承载着最多的语义信息。通过这种方式，虽然图的总规模大幅缩减，但关键的信息连通性得到保持。
具体实现上，修剪算法计算每个节点的度中心性得分，然后以概率方式移除低分节点，同时确保剩余图仍然保持连通性。这种方法的有效性在实际基准测试中得到了验证。
两级搜索策略
LEANN 的搜索过程分为两个阶段：
第一阶段是图遍历，系统使用启发式算法在修剪后的稀疏图上寻找候选节点。这一阶段类似于传统图搜索，但受益于图的稀疏性，遍历效率大幅提升。
第二阶段是精确重排序，对第一阶段选出的候选节点，系统重新计算其嵌入向量，并进行精确的相似度计算。由于候选集通常很小（通常为 top-50），重计算的开销是可接受的。
动态批处理机制
为了优化嵌入计算的资源利用率，LEANN 实现了智能批处理机制。系统会收集多个嵌入计算请求，当批大小达到最优阈值或达到超时限制时，统一执行批量计算。这种策略在 GPU 环境下尤其有效，能够显著提高吞吐量。
性能验证：压缩率与检索精度的平衡
存储压缩效果
LEANN 在不同规模数据集上的存储压缩表现令人瞩目：
- 大规模数据集：6000 万文本块从 201GB 压缩到 6GB，实现 97% 压缩率
- 邮件数据：78 万封邮件从 2.4GB 压缩到 79MB，压缩率 97%
- 聊天记录：40 万条消息从 1.8GB 压缩到 64MB，压缩率 97%
- 浏览器历史：3.8 万条记录从 130MB 压缩到 6.4MB，压缩率 95%
这些数据表明，LEANN 的压缩效果在不同类型和规模的数据集上都保持稳定的高压缩率。[2]
检索精度维持
更令人印象深刻的是，LEANN 在实现高压缩率的同时保持了检索质量。在标准问答基准测试中，系统达到了 90% 的 top-3 召回率，且查询延迟控制在 2 秒以内。这表明稀疏图结构虽然大幅缩减了存储，但并未显著损失语义检索的有效性。
性能基准显示，LEANN 相比传统向量数据库实现了高达 50 倍的存储减少，同时维持了相当的检索精度。这种优势在个人设备场景下尤为重要，因为存储资源通常是最宝贵的系统资源。
后端选择：HNSW vs DiskANN
LEANN 提供了两种后端选择以适应不同的应用需求：
HNSW（默认）：适用于大多数数据集，能够实现最大存储节省。通过完整的选择性重计算策略，HNSW 后端能够达到最高的压缩率。
DiskANN：针对大规模数据集进行了优化，在保持高压缩率的同时提供更快的查询速度。DiskANN 采用产品量化（PQ）技术进行图遍历，并通过实时重排序优化准确率 - 速度权衡。
工程部署与参数配置
部署环境要求
LEANN 的本地部署相对简单，主要依赖以下组件：
- Python 3.9+：核心运行环境
- uv 包管理器：推荐使用 uv 进行依赖管理
- 系统依赖：在 Linux 上需要 MKL、Boost、Protobuf 等库；在 macOS 上需要 libomp 和 Boost
核心参数配置
索引构建参数
# 基础配置
--backend-name hnsw # 后端选择：hnsw或diskann
--graph-degree 32 # 图度参数，默认32
--build-complexity 64 # 构建复杂度，默认64
--compact true # 启用紧凑存储（推荐）
--recompute true # 启用重计算（推荐）
搜索优化参数
# 搜索配置
--top-k 20 # 检索返回结果数量，默认20
--search-complexity 32 # 搜索复杂度，默认32
--pruning-strategy global # 修剪策略：global/local/proportional
嵌入模型配置
# 嵌入模型选择
--embedding-model facebook/contriever # 默认模型
--embedding-mode sentence-transformers # 嵌入模式
实际部署建议
硬件资源规划：虽然 LEANN 大幅降低了存储需求，但计算资源需求仍然存在。建议为嵌入重计算预留至少 4GB 可用内存，并在 GPU 可用时配置 CUDA 环境以提升计算性能。
索引构建优化：对于大型数据集，建议分批构建索引并启用紧凑模式。构建过程中可以通过调整build-complexity参数在构建时间和索引质量之间找到平衡。
查询性能调优：实际部署中，应根据查询模式和延迟要求调整search-complexity和top-k参数。对于需要高精度的应用场景，可以适当增加这两个参数值。
数据预处理优化：LEANN 支持智能分块策略，建议根据数据特点调整chunk-size和chunk-overlap参数。对于结构化数据如代码文件，启用 AST 感知的分块策略能够显著提升检索质量。
本地化优势与隐私保护
LEANN 的本地化部署带来了显著优势：数据永不离开设备，避免了云服务的隐私风险和持续成本。这种架构特别适合处理敏感个人数据，如邮件、聊天记录和文档内容。
同时，本地部署消除了网络延迟的影响，使得查询响应更加稳定可预测。在离线环境中，系统仍然能够提供完整的 RAG 功能，这对于经常处于网络不稳定环境的用户来说具有重要价值。
技术局限性与未来改进方向
虽然 LEANN 在存储效率上取得了突破，但仍存在一些需要权衡的方面。首先，动态重计算增加了查询延迟，这在需要极低延迟的应用场景中可能成为瓶颈。其次，首次构建索引的时间可能比传统方法更长，因为需要进行多次图修剪和优化迭代。
未来改进方向包括：进一步优化重计算算法以减少查询延迟；扩展对更多向量操作的支持；以及开发更智能的图构建策略以进一步提升检索质量。
结论
LEANN 通过图结构与选择性重计算的创新结合，在 RAG 场景下实现了 97% 的存储压缩，这为个人设备的本地化 AI 应用开辟了新的可能性。其核心价值不仅在于大幅降低存储成本，更重要的是实现了真正的本地隐私保护。
对于工程团队而言，LEANN 提供了既实用又可部署的解决方案。通过合理的参数配置和优化策略，可以在保持良好检索性能的前提下，将庞大的知识库压缩到个人设备能够承受的存储范围内。这种技术突破将加速 AI 从云端向本地的迁移趋势，最终实现真正个人化的智能助手。
资料来源
[1] Wang, Y., et al. "LEANN: A Low-Storage Vector Index." arXiv:2506.08276, 2025. [2] GitHub - yichuan-w/LEANN: RAG on Everything with LEANN. Enjoy 97% storage savings while running a fast, accurate, and 100% private RAG application on your personal device.