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openGauss學(xué)習(xí)筆記-50 openGauss 高級特性-DB4AI

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openGauss學(xué)習(xí)筆記-50 openGauss 高級特性-DB4AI

openGauss當(dāng)前版本支持了原生DB4AI能力,通過引入原生AI算子,簡化操作流程,充分利用數(shù)據(jù)庫優(yōu)化器、執(zhí)行器的優(yōu)化與執(zhí)行能力,獲得高性能的數(shù)據(jù)庫內(nèi)模型訓(xùn)練能力。更簡化的模型訓(xùn)練與預(yù)測流程、更高的性能表現(xiàn),讓開發(fā)者在更短時間內(nèi)能更專注于模型的調(diào)優(yōu)與數(shù)據(jù)分析上,而避免了碎片化的技術(shù)棧與冗余的代碼實現(xiàn)。

當(dāng)前版本的DB4AI支持基于SGD算子的邏輯回歸(目前支持二分類任務(wù))、線性回歸和支持向量機算法(分類任務(wù)),以及基于K-Means算子的Kmeans聚類算法。

50.1 關(guān)鍵字解析

表 1 DB4AI語法及關(guān)鍵字

名稱 描述
語句 CREATE MODEL 創(chuàng)建模型并進行訓(xùn)練,同時保存模型。
PREDICT BY 利用已有模型進行推斷。
關(guān)鍵字 TARGET 訓(xùn)練/推斷任務(wù)的目標(biāo)列名。
FEATURES 訓(xùn)練/推斷任務(wù)的數(shù)據(jù)特征列名。
MODEL 訓(xùn)練任務(wù)的模型名稱。

50.2 使用指導(dǎo)

  1. 使用“CREATE MODEL”語句可以進行模型的創(chuàng)建和訓(xùn)練。

    模型訓(xùn)練SQL語句,現(xiàn)有一個數(shù)據(jù)集為kmeans_2d,該表的數(shù)據(jù)內(nèi)容如下:

    openGauss=# select * from kmeans_2d;
     id |              position
    ----+-------------------------------------
      1 | {74.5268815685995,88.2141939294524}
      2 | {70.9565760521218,98.8114827475511}
      3 | {76.2756086327136,23.8387574302033}
      4 | {17.8495847294107,81.8449544720352}
      5 | {81.2175785354339,57.1677675866522}
      6 | {53.97752255667,49.3158342130482}
      7 | {93.2475341879763,86.934042100329}
      8 | {72.7659293473698,19.7020415100269}
      9 | {16.5800288529135,75.7475957670249}
     10 | {81.8520747194998,40.3476078575477}
     11 | {76.796671198681,86.3827232690528}
     12 | {59.9231450678781,90.9907738864422}
     13 | {70.161884885747,19.7427458665334}
     14 | {11.1269539105706,70.9988166182302}
     15 | {80.5005071521737,65.2822235273197}
     16 | {54.7030725912191,52.151339428965}
     17 | {103.059707058128,80.8419883321039}
     18 | {85.3574452036992,14.9910179991275}
     19 | {28.6501615960151,76.6922890325077}
     20 | {69.7285806713626,49.5416352967732}
    (20 rows)
    

    該表的字段position的數(shù)據(jù)類型為 double precision[].

    從kmeans_2d訓(xùn)練集中指定position為特征列,使用kmeans算法,創(chuàng)建并保存模型point_kmeans。

    openGauss=# CREATE MODEL point_kmeans USING kmeans FEATURES position FROM kmeans_2d WITH num_centroids=3;
    NOTICE:  Hyperparameter max_iterations takes value DEFAULT (10)
    NOTICE:  Hyperparameter num_centroids takes value 3
    NOTICE:  Hyperparameter tolerance takes value DEFAULT (0.000010)
    NOTICE:  Hyperparameter batch_size takes value DEFAULT (10)
    NOTICE:  Hyperparameter num_features takes value DEFAULT (2)
    NOTICE:  Hyperparameter distance_function takes value DEFAULT (L2_Squared)
    NOTICE:  Hyperparameter seeding_function takes value DEFAULT (Random++)
    NOTICE:  Hyperparameter verbose takes value DEFAULT (0)
    NOTICE:  Hyperparameter seed takes value DEFAULT (0)
    MODEL CREATED. PROCESSED 1
    

    上述命令中:

    • “CREATE MODEL”語句用于模型的訓(xùn)練和保存。

    • USING關(guān)鍵字指定算法名稱。

    • FEATURES用于指定訓(xùn)練模模型的特征,需根據(jù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)表的列名添加。

    • TARGET指定模型的訓(xùn)練目標(biāo),它可以是訓(xùn)練所需數(shù)據(jù)表的列名,也可以是一個表達式,例如: price > 10000。

    • WITH用于指定訓(xùn)練模型時的超參數(shù)。當(dāng)超參未被用戶進行設(shè)置的時候,框架會使用默認(rèn)數(shù)值。

      針對不同的算子,框架支持不同的超參組合,見表2

      表 2 算子支持的超參

      算子 超參
      GD(logistic_regression、linear_regression、svm_classification) optimizer(char*); verbose(bool); max_iterations(int); max_seconds(double); batch_size(int); learning_rate(double); decay(double); tolerance(double)其中,SVM限定超參lambda(double)
      Kmeans max_iterations(int); num_centroids(int); tolerance(double); batch_size(int); num_features(int); distance_function(char*); seeding_function(char*); verbose(int);seed(int)

      當(dāng)前各個超參數(shù)設(shè)置的默認(rèn)值和取值范圍,見表3。

      表 3 超參的默認(rèn)值以及取值范圍

      算子 超參(默認(rèn)值) 取值范圍 超參描述
      GD (logistic_regression、linear_regression、svm_classification) optimizer = gd(梯度下降法) gd/ngd(自然梯度下降) 優(yōu)化器
      verbose = false T/F 日志顯示
      max_iterations = 100 (0, INT_MAX_VALUE] 最大迭代次數(shù)
      max_seconds = 0 (不對運行時長設(shè)限制) [0,INT_MAX_VALUE] 運行時長
      batch_size = 1000 (0, MAX_MEMORY_LIMIT] 一次訓(xùn)練所選取的樣本數(shù)
      learning_rate = 0.8 (0, DOUBLE_MAX_VALUE] 學(xué)習(xí)率
      decay = 0.95 (0, DOUBLE_MAX_VALUE] 權(quán)值衰減率
      tolerance = 0.0005 (0, DOUBLE_MAX_VALUE] 公差
      seed = 0(對seed取隨機值) [0, INT_MAX_VALUE] 種子
      just for SVM:lambda = 0.01 (0, DOUBLE_MAX_VALUE) 正則化參數(shù)
      Kmeans max_iterations = 10 [1, INT_MAX_VALUE] 最大迭代次數(shù)
      num_centroids = 10 [1, MAX_MEMORY_LIMIT] 簇的數(shù)目
      tolerance = 0.00001 (0,1) 中心點誤差
      batch_size = 10 [1, MAX_MEMORY_LIMIT] 一次訓(xùn)練所選取的樣本數(shù)
      num_features = 2 [1, GS_MAX_COLS] 輸入樣本特征數(shù)
      distance_function = “L2_Squared” L1\L2\L2_Squared\Linf 正則化方法
      seeding_function = “Random++” “Random++”“KMeans||” 初始化種子點方法
      verbose = 0U { 0, 1, 2 } 冗長模式
      seed = 0U [0, INT_MAX_VALUE] 種子
      MAX_MEMORY_LIMIT = 最大內(nèi)存加載的元組數(shù)量
      GS_MAX_COLS = 數(shù)據(jù)庫單表最大屬性數(shù)量

    模型保存成功,則返回創(chuàng)建成功信息如下。

    MODEL CREATED. PROCESSED x
    
  2. 查看模型信息。

    當(dāng)訓(xùn)練完成后模型會被存儲到系統(tǒng)表gs_model_warehouse中。系統(tǒng)表gs_model_warehouse可以查看到關(guān)于模型本身和訓(xùn)練過程的相關(guān)信息。

    用戶可以通過查看系統(tǒng)表的方式查看模型,例如查看模型名為“point_kmeans”的SQL語句如下:

    openGauss=# select * from gs_model_warehouse where modelname='point_kmeans';
    -[ RECORD 1 ]---------+----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
    modelname             | point_kmeans
    modelowner            | 10
    createtime            | 2021-04-30 17:30:39.59044
    processedtuples       | 20
    discardedtuples       | 0
    pre_process_time      | 6.2001e-05
    exec_time             | .000185272
    iterations            | 5
    outputtype            | 23
    modeltype             | kmeans
    query                 | CREATE MODEL point_kmeans USING kmeans FEATURES position FROM kmeans_2d WITH num_centroids=3;
    modeldata             |
    weight                |
    hyperparametersnames  | {max_iterations,num_centroids,tolerance,batch_size,num_features,distance_function,seeding_function,verbose,seed}
    hyperparametersvalues | {10,3,1e-05,10,2,L2_Squared,Random++,0,0}
    hyperparametersoids   | {23,23,701,23,23,1043,1043,23,23}
    coefnames             | {original_num_centroids,actual_num_centroids,dimension,distance_function_id,seed,coordinates}
    coefvalues            | {3,3,2,2,572368998,"(77.282589,23.724434)(74.421616,73.239455)(18.551682,76.320914)"}
    coefoids              |
    trainingscoresname    |
    trainingscoresvalue   |
    modeldescribe         | {"id:1,objective_function:542.851169,avg_distance_to_centroid:108.570234,min_distance_to_centroid:1.027078,max_distance_to_centroid:297.210108,std_dev_distance_to_centroid:105.053257,cluster_size:5","id:2,objective_function:5825.982139,avg_distance_to_centroid:529.634740,min_distance_to_centroid:100.270449,max_distance_to_centroid:990.300588,std_dev_distance_to_centroid:285.915094,cluster_size:11","id:3,objective_function:220.792591,avg_distance_to_centroid:55.198148,min_distance_to_centroid:4.216111,max_distance_to_centroid:102.117204,std_dev_distance_to_centroid:39.319118,cluster_size:4"}
    
  3. 利用已存在的模型做推斷任務(wù)。

    使用“SELECT”和“PREDICT BY”關(guān)鍵字利用已有模型完成推斷任務(wù)。

    查詢語法:SELECT…PREDICT BY…(FEATURES…)…FROM…;

    openGauss=# SELECT id, PREDICT BY point_kmeans (FEATURES position) as pos FROM (select * from kmeans_2d limit 10);
     id | pos
    ----+-----
      1 |   2
      2 |   2
      3 |   1
      4 |   3
      5 |   2
      6 |   2
      7 |   2
      8 |   1
      9 |   3
     10 |   1
    (10 rows)
    

    針對相同的推斷任務(wù),同一個模型的結(jié)果是穩(wěn)定的。且基于相同的超參數(shù)和訓(xùn)練集訓(xùn)練的模型也具有穩(wěn)定性,同時AI模型訓(xùn)練存在隨機成分(每個batch的數(shù)據(jù)分布、隨機梯度下降),所以不同的模型間的計算表現(xiàn)、結(jié)果允許存在小的差別。

  4. 查看執(zhí)行計劃。

    使用explain語句可對“CREATE MODEL”和“PREDICT BY”的模型訓(xùn)練或預(yù)測過程中的執(zhí)行計劃進行分析。Explain關(guān)鍵字后可直接拼接CREATE MODEL/ PREDICT BY語句(子句),也可接可選的參數(shù),支持的參數(shù)見表4。

    表 4 EXPLAIN支持的參數(shù)

    參數(shù)名 描述
    ANALYZE 布爾型變量,追加運行時間、循環(huán)次數(shù)等描述信息
    VERBOSE 布爾型變量,控制訓(xùn)練的運行信息是否輸出到客戶端
    COSTS 布爾型變量
    CPU 布爾型變量
    DETAIL 布爾型變量,不可用。
    NODES 布爾型變量,不可用
    NUM_NODES 布爾型變量,不可用
    BUFFERS 布爾型變量
    TIMING 布爾型變量
    PLAN 布爾型變量
    FORMAT 可選格式類型:TEXT / XML / JSON / YAML

    示例:

    openGauss=# Explain CREATE MODEL patient_logisitic_regression USING logistic_regression FEATURES second_attack, treatment TARGET trait_anxiety > 50 FROM patients WITH batch_size=10, learning_rate = 0.05;
    NOTICE:  Hyperparameter batch_size takes value 10
    NOTICE:  Hyperparameter decay takes value DEFAULT (0.950000)
    NOTICE:  Hyperparameter learning_rate takes value 0.050000
    NOTICE:  Hyperparameter max_iterations takes value DEFAULT (100)
    NOTICE:  Hyperparameter max_seconds takes value DEFAULT (0)
    NOTICE:  Hyperparameter optimizer takes value DEFAULT (gd)
    NOTICE:  Hyperparameter tolerance takes value DEFAULT (0.000500)
    NOTICE:  Hyperparameter seed takes value DEFAULT (0)
    NOTICE:  Hyperparameter verbose takes value DEFAULT (FALSE)
    NOTICE:  GD shuffle cache size 212369
                                QUERY PLAN
    -------------------------------------------------------------------
     Gradient Descent  (cost=0.00..0.00 rows=0 width=0)
       ->  Seq Scan on patients  (cost=0.00..32.20 rows=1776 width=12)
    (2 rows)
    
  5. 異常場景。

    • 訓(xùn)練階段。

      • 場景一:當(dāng)超參數(shù)的設(shè)置超出取值范圍,模型訓(xùn)練失敗,返回ERROR,并提示錯誤,例如:

        openGauss=# CREATE MODEL patient_linear_regression USING linear_regression FEATURES second_attack,treatment TARGET trait_anxiety  FROM patients WITH optimizer='aa';
        NOTICE:  Hyperparameter batch_size takes value DEFAULT (1000)
        NOTICE:  Hyperparameter decay takes value DEFAULT (0.950000)
        NOTICE:  Hyperparameter learning_rate takes value DEFAULT (0.800000)
        NOTICE:  Hyperparameter max_iterations takes value DEFAULT (100)
        NOTICE:  Hyperparameter max_seconds takes value DEFAULT (0)
        NOTICE:  Hyperparameter optimizer takes value aa
        ERROR:  Invalid hyperparameter value for optimizer. Valid values are: gd, ngd. (default is gd)
        
      • 場景二:當(dāng)模型名稱已存在,模型保存失敗,返回ERROR,并提示錯誤原因:

        openGauss=# CREATE MODEL patient_linear_regression USING linear_regression FEATURES second_attack,treatment TARGET trait_anxiety  FROM patients;
        NOTICE:  Hyperparameter batch_size takes value DEFAULT (1000)
        NOTICE:  Hyperparameter decay takes value DEFAULT (0.950000)
        NOTICE:  Hyperparameter learning_rate takes value DEFAULT (0.800000)
        NOTICE:  Hyperparameter max_iterations takes value DEFAULT (100)
        NOTICE:  Hyperparameter max_seconds takes value DEFAULT (0)
        NOTICE:  Hyperparameter optimizer takes value DEFAULT (gd)
        NOTICE:  Hyperparameter tolerance takes value DEFAULT (0.000500)
        NOTICE:  Hyperparameter seed takes value DEFAULT (0)
        NOTICE:  Hyperparameter verbose takes value DEFAULT (FALSE)
        NOTICE:  GD shuffle cache size 5502
        ERROR:  The model name "patient_linear_regression" already exists in gs_model_warehouse.
        
      • 場景三:FEATURE或者TARGETS列是*,返回ERROR,并提示錯誤原因:

        openGauss=# CREATE MODEL patient_linear_regression USING linear_regression FEATURES *  TARGET trait_anxiety  FROM
        patients;
        ERROR:  FEATURES clause cannot be *
        -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------、
        openGauss=# CREATE MODEL patient_linear_regression USING linear_regression FEATURES second_attack,treatment TARGET *  FROM patients;
        ERROR:  TARGET clause cannot be *
        
      • 場景四:對于無監(jiān)督學(xué)習(xí)方法使用TARGET關(guān)鍵字,或者在監(jiān)督學(xué)習(xí)方法中不適用TARGET關(guān)鍵字,均會返回ERROR,并提示錯誤原因:

        openGauss=# CREATE MODEL patient_linear_regression USING linear_regression FEATURES second_attack,treatment FROM patients;
        ERROR:  Supervised ML algorithms require TARGET clause
        -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
        CREATE MODEL patient_linear_regression USING linear_regression TARGET trait_anxiety  FROM patients;   ERROR:  Supervised ML algorithms require FEATURES clause
        
      • 場景五:當(dāng)GUC參數(shù)statement_timeout設(shè)置了時長,訓(xùn)練超時執(zhí)行的語句將被終止:執(zhí)行CREATE MODEL語句。訓(xùn)練集的大小、訓(xùn)練輪數(shù)(iteration)、提前終止條件(tolerance、max_seconds)、并行線程數(shù)(nthread)等參數(shù)都會影響訓(xùn)練時長。當(dāng)時長超過數(shù)據(jù)庫限制,語句被終止模型訓(xùn)練失敗。

    • 推斷階段。

      • 場景六:當(dāng)模型名在系統(tǒng)表中查找不到,數(shù)據(jù)庫會報ERROR:

        openGauss=# select id, PREDICT BY patient_logistic_regression (FEATURES second_attack,treatment) FROM patients;
        ERROR:  There is no model called "patient_logistic_regression".
        
      • 場景七:當(dāng)做推斷任務(wù)FEATURES的數(shù)據(jù)維度和數(shù)據(jù)類型與訓(xùn)練集存在不一致,將報ERROR,并提示錯誤原因,例如:

        openGauss=# select id, PREDICT BY patient_linear_regression (FEATURES second_attack) FROM patients;
        ERROR:  Invalid number of features for prediction, provided 1, expected 2
        CONTEXT:  referenced column: patient_linear_regression_pred
        -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
        openGauss=# select id, PREDICT BY patient_linear_regression (FEATURES 1,second_attack,treatment) FROM patients;
        ERROR:  Invalid number of features for prediction, provided 3, expected 2
        CONTEXT:  referenced column: patient_linear_regression_pre
        

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  • openGauss學(xué)習(xí)筆記-35 openGauss 高級數(shù)據(jù)管理-ALTER TABLE語句

    openGauss學(xué)習(xí)筆記-35 openGauss 高級數(shù)據(jù)管理-ALTER TABLE語句

    修改表,包括修改表的定義、重命名表、重命名表中指定的列、重命名表的約束、設(shè)置表的所屬模式、添加/更新多個列、打開/關(guān)閉行訪問控制開關(guān)。 35.1 語法格式 在一張已經(jīng)存在的表上添加列。 在一張已經(jīng)存在的表上刪除列。 修改表的字段類型。 為一張已經(jīng)存在表的列增

    2024年02月13日
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  • 重溫《深入理解Java虛擬機:JVM高級特性與最佳實踐(第二版)》 –– 學(xué)習(xí)筆記(一)

    第1章:走近Java 1.1 Java的技術(shù)體系 SUN 官方所定義的 Java 技術(shù)體系包括:Java程序設(shè)計語言、Java虛擬機、Class文件格式、Java API類庫、第三方(商業(yè)機構(gòu)和開源社區(qū))Java類庫。 其中,「Java程序設(shè)計語言」、「Java虛擬機」、「Java API類」這三個被稱為 JDK(Java Deployment Kit),即

    2024年01月23日
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  • openGauss學(xué)習(xí)筆記-25 openGauss 聚集函數(shù)

    openGauss學(xué)習(xí)筆記-25 openGauss 聚集函數(shù)

    25.1 sum(expression) 描述:所有輸入行的expression總和。 返回類型: 通常情況下輸入數(shù)據(jù)類型和輸出數(shù)據(jù)類型是相同的,但以下情況會發(fā)生類型轉(zhuǎn)換: 對于SMALLINT或INT輸入,輸出類型為BIGINT。 對于BIGINT輸入,輸出類型為NUMBER 。 對于浮點數(shù)輸入,輸出類型為DOUBLE PRECISION。 示例:

    2024年02月14日
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  • openGauss學(xué)習(xí)筆記-01 什么是openGauss

    openGauss學(xué)習(xí)筆記-01 什么是openGauss

    openGauss學(xué)習(xí)筆記-01 什么是openGauss openGauss是一款全面友好開放,攜手伙伴共同打造的企業(yè)級開源關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。openGauss提供面向多核架構(gòu)的極致性能、全鏈路的業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)安全、基于AI的調(diào)優(yōu)和高效運維的能力。openGauss深度融合華為在數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域多年的研發(fā)經(jīng)驗,結(jié)合企業(yè)級場

    2024年02月12日
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  • openGauss學(xué)習(xí)筆記-02 openGauss系統(tǒng)架構(gòu)

    openGauss學(xué)習(xí)筆記-02 openGauss系統(tǒng)架構(gòu)

    openGauss學(xué)習(xí)筆記-02 openGauss系統(tǒng)架構(gòu) openGauss是單機系統(tǒng),在這樣的系統(tǒng)架構(gòu)中,業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存儲在單個物理節(jié)點上,數(shù)據(jù)訪問任務(wù)被推送到服務(wù)節(jié)點執(zhí)行,通過服務(wù)器的高并發(fā),實現(xiàn)對數(shù)據(jù)處理的快速響應(yīng)。同時通過日志復(fù)制可以把數(shù)據(jù)復(fù)制到備機,提供數(shù)據(jù)的高可靠和讀擴展

    2024年02月12日
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  • openGauss學(xué)習(xí)筆記-03 openGauss極簡版單節(jié)點安裝

    openGauss學(xué)習(xí)筆記-03 openGauss極簡版單節(jié)點安裝

    openGauss支持以腳本方式進行極簡安裝,極簡安裝包括單節(jié)點安裝和一主一備節(jié)點安裝。 3.1 獲取安裝包 3.1.1 下載對應(yīng)平臺的安裝包 從openGauss開源社區(qū)下載對應(yīng)平臺的安裝包 登錄openGauss開源社區(qū),選擇對應(yīng)平臺的最新安裝包下載。對于個人開發(fā)者或非企業(yè)級環(huán)境,下載極簡安

    2024年02月13日
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  • openGauss學(xué)習(xí)筆記-18 openGauss 簡單數(shù)據(jù)管理-WHERE子句

    openGauss學(xué)習(xí)筆記-18 openGauss 簡單數(shù)據(jù)管理-WHERE子句

    當(dāng)我們需要根據(jù)指定條件從表中查詢數(shù)據(jù)時,就可以在SELECT語句中添加WHERE子句,從而過濾掉我們不需要數(shù)據(jù)。WHERE子句構(gòu)成一個行選擇表達式,用于指定條件而獲取的數(shù)據(jù),如果給定的條件滿足,才返回從表中的具體數(shù)值。 18.1 語法格式 18.2 參數(shù)說明 WHERE子句 WHERE子句構(gòu)成一

    2024年02月16日
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