Busca e agregação certificadas

Garantias no lugar de confiança

Uma primitiva de busca por similaridade que prova não deixar passar nenhum vizinho verdadeiro — e uma escada que estende a prova da conta ao dado e ao modelo.

Resumo O estado da arte em busca vetorial, sketches e consultas aproximadas entrega confiança, não prova: índices ANN devolvem k resultados sem dizer quantos verdadeiros ficaram de fora. Apresentamos SIEVE, uma busca de range/k-NN com zero falso negativo por construção, e sua composição com um motor de agregação certificada (CLAMP). Sobre isso, uma escada de garantia de três degraus — computação, amostra finita, classe do modelo — encolhe a premissa não-provada a cada nível sem jamais eliminá-la. Validamos em quatro conjuntos públicos (OFAC, UCR, AusTraits, SIFT1M) e num caso aplicado de triagem de sanções (AML). Reportamos os ganhos e as refutações com números reprodutíveis. Revisão de outubro de 2026: medimos o primeiro índice aproximado com recall certificado (SOLO) e separamos os dois contratos — prova por consulta e expectativa sobre a distribuição.

1Confiança não é prova

Todo índice de vizinho mais próximo aproximado (ANN) em produção — o HNSW por trás de Qdrant, Weaviate, pgvector, Milvus, Pinecone — é aproximado e silencioso: no ajuste de velocidade típico ele devolve resultados com recall abaixo de 1 e não informa quanto. Medimos, no hnswlib real (40k vetores, 128 dimensões), recall@10 entre 0,56 e 0,97 conforme o parâmetro de busca — sem nenhum sinal do erro. Em recomendação isso é tolerável. Em auditoria, compliance, detecção de fraude, deduplicação e busca de patentes, um “não achei” silencioso é um risco que não se pode assinar.

Até setembro de 2026 não existia SLA de recall no mercado. Em 1º de outubro saiu o SOLO (Chávez, CICESE), o primeiro índice aproximado com um certificado de recall calculável — e nós o medimos, confirmamos e colocamos ao lado do nosso contrato na seção 3. A fronteira moveu-se de “não há garantia” para “há uma garantia sobre a distribuição das consultas”. A nossa continua sendo a outra: prova por consulta.

Nossa tese é simples: onde o estado da arte entrega confiança, é possível declarar um contrato assinável — uma garantia por construção — e vencer os incumbentes instalados de forma adversarial, documentando honestamente o que se confirma e o que se refuta.

O método

  1. Achar uma fronteira onde a técnica corrente dá confiança, não prova.
  2. Declarar uma garantia assinável (um bound ε, um piso de recall, zero falso negativo).
  3. Comparar de forma adversarial contra o incumbente instalado, não contra um enunciado.
  4. Reportar as refutações com a mesma ênfase dos sucessos — os números só valem se a metodologia for honesta.

2A primitiva: busca certificada

O contrato do SIEVE: dada uma consulta q e um raio r, devolver todos os pontos com distância ≤ r — zero falso negativo, por construção — ou o k-NN exato. O brute-force é o pior caso garantido; a poda determinística acelera o caso comum sem nunca enfraquecer a garantia.

A poda usa cotas inferiores provadas da distância verdadeira, de modo que nenhuma delas pode excluir um vizinho real. Sobre dado comprimido, o mecanismo produz a tricotomia central de toda a pilha:

0 distância r In Possible Excluded cada ponto: bracket certificado [d−δ, d+δ] da distância verdadeira
Figura 1. A tricotomia certificada. Cada ponto comprimido tem um bracket [d−δ, d+δ] que contém a distância verdadeira. Se o bracket fica todo dentro de r → In (certo); se cruza r → Possible (o dado exato decide); se fica todo fora → Excluded (podável com prova). Nenhum vizinho verdadeiro é excluído.

Onde a busca vence e onde não vence, medido: para L2 barata em RAM, um laço brute-force é imbatível e a poda apenas empata — nós refutamos a claim de “mais rápido em RAM” e reportamos. A garantia paga em três regimes: fora da RAM (compressão vira ganho de I/O), métrica cara (uma distância exata poupada vale muito), e quando a completude é auditável (o valor não é velocidade, é a prova).

RegimeDado (real)Resultado
Out-of-coreSIFT1M (1M×128, benchmark ANN) 1215× menos I/O · 3,0× mais rápido · recall 1,000 vs ground-truth
Métrica cara (DTW)UCR Archive (1-NN DTW canônico) 2–6,6× mais rápido · acurácia idêntica ao brute (na faixa publicada)
Métrica cara (edit)OFAC SDN (43k nomes) 18–26× mais rápido · zero falso negativo
L2 em RAMvetores 128-d, sintético + real empate com brute — claim de velocidade refutada, reportada · SIMD com margem provada: 1,25–1,39× sobre o escalar, resultado bit-idêntico (seção 7)

3A fronteira se moveu: o SOLO, medido

O SOLO faz da amostra o vocabulário: 2 % da base, sorteados, viram “termos”; cada objeto entra nas listas dos seus b termos mais próximos; a consulta vai às ks listas mais próximas e varre tudo com a distância verdadeira. Sem voto, sem feixe, sem poda. Por isso o recall é uma identidade: recall = probabilidade de cobertura, calculável das assinaturas guardadas com uma única passagem de verdade-terreno sobre uma amostra de consultas.

Reimplementamos o núcleo em Go e medimos nos mesmos arquivos que julgam o SIEVE — SIFT1M e GIST1M — na mesma máquina.

O que o paper afirmaO que medimosVeredito
recall = coberturaSIFT 100 K→1 M: 96 de 96 pontos; GIST 100 K→500 K: 3 grades diferença 0,0000 em todos — a identidade se sustenta em implementação independente
trabalho ∝ N0,4–0,6candidatos a recall fixo N0,46–0,52 em SIFT, N0,54–0,59 em GIST · SIEVE exato: N0,94 e N1,00
“lei do trabalho igual”cobertura depende só de b·ks massa 512 → 0,9956–0,9980 para b de 2 a 16; massa 1024 → 0,9998 para b de 4 a 16
custo a 0,998 de coberturaSIFT 1 M · GIST 200 K 8,9 ms vs 38,4 ms do exato · 22 ms vs 205 ms do exato

Dois contratos, não um vencedor. O SIEVE prova, nesta consulta, que nenhum vizinho verdadeiro ficou de fora — uma desigualdade. O SOLO certifica uma expectativa: a média do recall sobre a distribuição das consultas em que o certificado foi calculado. O próprio paper diz onde isso para: a prova por desigualdade triangular certifica menos de 0,1 % das consultas, e uma consulta fora da distribuição (texto contra imagem) fica sem certificado. Em dado de dimensão alta, onde o exato vira brute-force certificado, o segundo contrato custa 4 a 9× menos. O degrau natural é oferecer os dois sobre as mesmas células.

Limites desta medição: Go sem SIMD, roteador exaustivo, uma semente, consultas da mesma distribuição da base, 500 consultas em SIFT e 200 em GIST; a linha de base do SIEVE é de outra sessão. Nada aqui é benchmark de sistema contra o binário do autor.

4A escada da garantia

Um certificado responde à pergunta “correto em relação a quê?”. Uma busca certificada garante a computação — dada a métrica e os dados como estão. Mas escolher a métrica, o raio e o modelo é um salto de fé. A contribuição central deste trabalho é uma escada que encolhe esse salto, degrau a degrau, sem nunca fingir eliminá-lo.

1 · Computação 2 · Amostra finita 3 · Classe do modelo SIEVE / CLAMP — a conta é exata ±ε DKW — o dado sustenta o nicho? conformal — o modelo acerta a realidade? premissa não-provada encolhe ↑
Figura 2. Cada degrau certifica mais e assume menos. (1) A computação é exata dado o modelo. (2) A desigualdade DKW certifica, distribution-free, quanto o dado finito sustenta o modelo. (3) A predição conforme certifica quanto o modelo acerta a realidade. Sobra sempre uma premissa — trocabilidade — muito mais fraca que “o modelo está certo”.

Degrau 2 — incerteza amostral (DKW)

Com n observações, a distribuição verdadeira F fica numa faixa provada F̂ ± εₙ, com εₙ = √(ln(2/α)/2n) — sem hipótese de forma. A faixa alarga com a escassez. Medido em 3.391 espécies de plantas (nicho de temperatura, GBIF+WorldClim): de 15 registros, só ~20% da massa central é certificável; de 300, ~74%. Sobre uma tarefa de recomendação de espécies, 39% das recomendações do modelo de ponto não se sustentam a 95% — e a análise diz quais espécies precisam de mais dado.

Degrau 3 — classe do modelo (conformal)

A partir de um conjunto de calibração rotulado, a predição conforme escolhe um raio r_α com garantia P(match verdadeiro ∈ raio) ≥ 1−α — cobertura distribution-free contra a realidade. Juntos, SIEVE garante completude dentro do raio e o conformal garante que o raio cobre a realidade: recall certificado da decisão do modelo. A premissa residual é trocabilidade entre calibração e deploy — nomeável e mitigável (calibração adversarial), não “o modelo está certo”.

5Composição: agregar sobre a vizinhança certificada

CLAMP e SIEVE são o mesmo motor em operadores duais: CLAMP certifica uma redução (muitos dados → um valor, num intervalo [Lo,Hi]); SIEVE certifica uma seleção (um conjunto → In/Possible). São as duas metades de qualquer consulta, e usam a mesma tricotomia. Por isso compõem sem cola:

consulta q, raio r SIEVE In · Possible (zero falso neg.) CLAMP Σ / média ±ε alarga p/ Possible [Lo, Hi]
Figura 3. SIEVE ∘ CLAMP. A saída In/Possible do SIEVE entra direto na agregação do CLAMP, que alarga o intervalo para os membros de fronteira. Os bounds compõem: se o conjunto verdadeiro está entre In e In∪Possible e cada valor está dentro de ±ε, a média verdadeira cai no intervalo — provado.

Validado em dado climático real (3.263 espécies, nicho 5-D): a média certificada de um atributo sobre as espécies climaticamente adaptadas a um sítio ficou dentro do bracket em 327 de 327 consultas (zero violação); a largura (2,26 °C) decompõe-se limpa em erro de medição (1,00 °C) mais incerteza de busca (1,26 °C). A composição é sempre sã; sua utilidade acompanha a qualidade da compressão — quando o bracket é largo demais, refinam-se os membros Possible no dado exato.

6Aplicação: triagem de sanções certificada

A triagem AML é o encaixe forte: um match verdadeiro perdido é risco de enforcement, e o mercado inteiro entrega confiança, não prova. Empilhamos as três camadas sobre a lista real do OFAC SDN (OpenSanctions).

cliente normalizar SIEVE multi-campo alertas nome+DOB +translit. candidatos r_α conforme DOB certif. definite/possible
Figura 4. A pilha de triagem certificada: normalização e transliteração levam todo nome a uma forma canônica; o SIEVE devolve todos os candidatos dentro de r_α (raio escolhido pelo conformal para um piso de recall); o filtro multi-campo suprime por prova (data de nascimento) sem perder recall.

Camada 1 — completude e multi-script

O “blocking” por prefixo, comum em produção, troca recall por velocidade em silêncio: medimos que ele perde 24% das variantes de nome; o SIEVE pega 100% (verificado, 26× mais rápido que o brute). E os 3.667 nomes cirílicos do OFAC são invisíveis a uma triagem só-latina (recall 0%); a transliteração canônica cirílico→latino os recupera a 96%, com piso certificado.

Camada 2 — piso de recall (conformal)

Sobre variantes reais de data-entry, o conformal entrega um piso assinável: α=0,05 → recall ≥ 95% (medido 96,1%), α=0,01 → ≥ 99% (medido 99,1%), com o trade recall×volume explícito na mesma tabela — o número que um Chief Compliance Officer põe no dossiê de Model Risk Management.

Camada 3 — multi-campo (corta volume, mantém recall)

O princípio: excluir só por prova, nunca por incerteza. Uma data de nascimento disjunta de todas as datas registradas (o OFAC lista várias por evasão) prova pessoa diferente e suprime com certeza; campo ausente ou incerto nunca derruba um alerta; nacionalidade e ID só confirmam (não excluem — dupla nacionalidade, múltiplos IDs). Medido em 7.379 pessoas com data de nascimento: o volume de alertas cai 78% no geral e 96% nos nomes comuns, com recall preservado em 100%. Exemplo real: um cliente com 14 entidades de nome parecido colapsa para 1 após a supressão certificada por data — e a verdadeira permanece.

7Três tentativas no motor, reportadas retas

O que sabíamos sobre o SIEVE exato em SIFT1M: o limite de bola obriga a visitar 54 % dos pontos, o piso real (as células dos 10 vizinhos) é 0,22 %. A folga do limite é o problema. Tentamos três coisas, no mesmo protocolo (k-NN k=10, 200 consultas, mediana de 6 repetições, mesma sessão, Apple M2, Go 1.27).

1 — O hiperplano de Voronoi: certificado, poda, e não acelera

Para x na célula j e qualquer outro centróide c′, d(q,x) ≥ (d(q,cj)² − d(q,c′)²) / 2·d(cj,c′). Vale em qualquer espaço com produto interno e a desigualdade é provada ponto a ponto em teste. Com uma testemunha, poda 13 % dos pontos considerados e 14 % das células que a bola deixava passar. O relógio: −0,5 %, dentro do ruído; com 8 testemunhas, +10 %. Os pontos que ele remove são os que o pivô local já removia a poucos nanossegundos cada. Fica no código, opt-in, desligado.

2 — Alocação zero por consulta: o perfil mentiu

O perfil atribuía 26 % (PQ) e 40 % (projeção) do tempo a memclr de uma tabela de 64 KB alocada por consulta. Tiramos a alocação: o memclr sumiu do perfil e o relógio não mudou. Fica, porque é correto e evita lixo sob concorrência; não entra como ganho em lugar nenhum.

3 — SIMD com margem provada: onde a conta continua sendo um limite

Três kernels em float32 — o limite de pivô, a soma de quadrados da projeção e um crivo da distância exata — descontam uma margem de arredondamento demonstrada antes de devolver, de modo que nunca excedem o valor exato (20 mil tentativas por build). O candidato que sobrevive ao crivo paga a distância exata em float64: o resultado é bit-idêntico ao escalar. Os bits dos limites intermediários não são, e não precisam ser.

Configuração (SIFT)NEscalarSIMDGanho
8 pivôs + PQ m=32 + IVF200 K8,52 ms6,83 ms1,25×
IVF + projeção k=32200 K4,14 ms3,15 ms1,32×
8 pivôs + projeção k=32 + IVF200 K6,47 ms4,66 ms1,39×
8 pivôs + PQ m=32 + IVF1 M35,1 ms28,2 ms1,24×
IVF + projeção k=321 M15,7 ms12,2 ms1,29×
O que não acelera, e por quê

O bound do PQ (37 % do tempo na configuração PQ) é gather em tabela; o pacote SIMD portátil não tem gather nem shuffle de bytes. A saída continua sendo o FastScan de 4 bits, que afrouxa o bound — escopado, não fingido. E a regra que fez os três kernels serem seguros é a mesma que impede usar SIMD em qualquer soma que vire byte, hash ou selo: SIMD só onde o resultado continua sendo um limite.

8Honestidade sobre o alcance

Refutado e reportado

A claim “busca certificada mais rápida que brute em RAM para L2” é falsa — o laço brute-force é imbatível nesse regime, e nós dizemos com número. O ganho do SIEVE está no out-of-core, na métrica cara e na completude auditável, não na busca em RAM.

A poda certificada pelo hiperplano de Voronoi remove 13 % dos pontos e 0 % do tempo; o perfil que acusava 26–40 % em alocação não mexeu no relógio. Os dois estão na seção 7, com os números.

Premissas residuais, nomeadas

O certificado cobre a computação e, com os degraus 2–3, a amostra e a decisão do modelo — não a classe do modelo em si. A cobertura conforme assume trocabilidade entre calibração e realidade; a supressão por data de nascimento assume registro correto (uma tolerância absorve erro). Cada premissa é encolhida ao mínimo e nomeada — nunca zerada.

O padrão se repete até o fim: você não elimina a fé; empurra-a ao ponto mais fraco possível, dá um nome e um número a ela, e certifica tudo o que está a jusante.

9Plano

Produto — triagem de sanções (o vertical)

Motor — engenharia

10Reprodutibilidade

Todos os números são medidos em dado público real e reproduzíveis; o certificado é verificado em teste (contenção vs brute-force, propriedade sobre milhares de casos) a cada camada.