使用 LangChain、Faiss、NVIDIA Deepseek R1 和 IBM granite-embedding-107m-multilingual 构建 RAG 聊天机器人

什么是 RAG

检索增强生成（Retrieval-Augmented Generation，简称 RAG）正引领生成式 AI，尤其是对话式 AI 的新潮流。它将预训练的大语言模型（LLM，如 OpenAI 的 GPT）与存储于向量数据库（如 Milvus、Zilliz Cloud）中的外部知识源相结合，从而让模型输出更准确、更具上下文相关性，并且能够及时融合最新信息。 一个完整的 RAG 系统通常包含以下四大核心组件：

• 向量数据库：用于存储与检索向量化后的知识；
• 嵌入模型：将文本转为向量表示，为后续的相似度搜索提供支持；
• 大语言模型（LLM）：根据检索到的上下文和用户提问生成回答；
• 框架：负责将上述组件串联成可用的应用。

核心组件说明

本教程将带你在 Python 环境下，借助以下组件一步步搭建一个初级的 RAG 聊天机器人：

• LangChain: 一个开源框架，帮助你协调大语言模型、向量数据库、嵌入模型等之间的交互，使集成检索增强生成（RAG）管道变得更容易。
• Faiss: 也被称为 Facebook AI Similarity Search，是一个开源的向量搜索库，可让开发者在庞大的 非结构化数据集内快速搜索语义相似的多媒体数据。(如果您需要更具扩展性的解决方案，或不想管理自己的基础设施，我们推荐使用 Zilliz Cloud，这是一个基于开源项目 Milvus 构建的全托管向量数据库服务，并提供支持最多 100 万个向量的免费套餐)。
• NVIDIA Deepseek R1: 这个先进的人工智能模型旨在实现高保真图像合成和增强，利用了NVIDIA的尖端图形技术。Deepseek R1能够生成逼真的视觉效果并提高图像质量，非常适合用于游戏、电影制作和虚拟现实等需要逼真图形的应用领域。
• IBM granite-embedding-107m-multilingual: 这个AI模型专注于生成多语言嵌入，能够实现不同语言之间的语义理解。它拥有1.07亿个参数，在跨语言检索、翻译和情感分析等任务中表现出色，非常适合需要对多样语言环境进行细致理解的全球应用。

完成本教程后，你将拥有一个能够基于自定义知识库回答问题的完整聊天机器人。

注意事项: 使用专有模型前请确保已获取有效 API 密钥。

实战：搭建 RAG 聊天机器人

第 1 步：安装并配置 LangChain

%pip install --quiet --upgrade langchain-text-splitters langchain-community langgraph

第 2 步：安装并配置 NVIDIA Deepseek R1

pip install -qU "langchain-nvidia-ai-endpoints"

import getpass
import os

if not os.environ.get("NVIDIA_API_KEY"):
  os.environ["NVIDIA_API_KEY"] = getpass.getpass("Enter API key for NVIDIA: ")

from langchain.chat_models import init_chat_model

llm = init_chat_model("deepseek-ai/deepseek-r1", model_provider="nvidia")

第 3 步：安装并配置 IBM granite-embedding-107m-multilingual

pip install -qU langchain-ibm

import getpass
import os

if not os.environ.get("WATSONX_APIKEY"):
  os.environ["WATSONX_APIKEY"] = getpass.getpass("Enter API key for IBM watsonx: ")

from langchain_ibm import WatsonxEmbeddings

embeddings = WatsonxEmbeddings(
    model_id="ibm/granite-embedding-107m-multilingual",
    url="https://us-south.ml.cloud.ibm.com",
    project_id="<WATSONX PROJECT_ID>",
)

第 4 步：安装并配置 Faiss

pip install -qU langchain-community

from langchain_community.vectorstores import FAISS

vector_store = FAISS(embedding_function=embeddings)

第 5 步：正式构建 RAG 聊天机器人

在设置好所有组件之后，我们来搭建一个简单的聊天机器人。我们将使用 Milvus介绍文档 作为私有知识库。你可以用你自己的数据集替换它，来定制你自己的 RAG 聊天机器人。

import bs4
from langchain import hub
from langchain_community.document_loaders import WebBaseLoader
from langchain_core.documents import Document
from langchain_text_splitters import RecursiveCharacterTextSplitter
from langgraph.graph import START, StateGraph
from typing_extensions import List, TypedDict

# 加载并拆分博客内容
loader = WebBaseLoader(
    web_paths=("https://milvus.io/docs/overview.md",),
    bs_kwargs=dict(
        parse_only=bs4.SoupStrainer(
            class_=("doc-style doc-post-content")
        )
    ),
)

docs = loader.load()

text_splitter = RecursiveCharacterTextSplitter(chunk_size=1000, chunk_overlap=200)
all_splits = text_splitter.split_documents(docs)

# 索引分块
_ = vector_store.add_documents(documents=all_splits)

# Define prompt for question-answering
prompt = hub.pull("rlm/rag-prompt")


# 定义应用状态
class State(TypedDict):
    question: str
    context: List[Document]
    answer: str


# 定义应用步骤
def retrieve(state: State):
    retrieved_docs = vector_store.similarity_search(state["question"])
    return {"context": retrieved_docs}


def generate(state: State):
    docs_content = "\n\n".join(doc.page_content for doc in state["context"])
    messages = prompt.invoke({"question": state["question"], "context": docs_content})
    response = llm.invoke(messages)
    return {"answer": response.content}


# 编译应用并测试
graph_builder = StateGraph(State).add_sequence([retrieve, generate])
graph_builder.add_edge(START, "retrieve")
graph = graph_builder.compile()

测试聊天机器人

Yeah! You've built your own chatbot. Let's ask the chatbot a question.

response = graph.invoke({"question": "What data types does Milvus support?"})
print(response["answer"])

示例输出

Milvus 支持多种数据类型，包括稀疏向量、二进制向量、JSON 和数组。此外，它还支持常见的数值类型和字符类型，使其能够满足不同的数据建模需求。这使得用户能够高效地管理非结构化或多模态数据。

优化小贴士

在搭建 RAG 系统时，合理调优能显著提升性能与效率。下面为各组件提供一些实用建议：

LangChain 优化建议

为了优化 LangChain，需要通过高效地构建链路和代理来减少工作流程中的冗余操作。使用缓存避免重复计算，从而加快系统速度，并尝试采用模块化设计，确保模型或数据库等组件能够轻松替换。这将提供灵活性和效率，使您能够快速扩展系统，而无需不必要的延迟或复杂性。

Faiss 优化建议

为了提升 Faiss 库在检索增强生成（RAG）系统中的性能，首先根据数据量和查询速度要求选择合适的索引类型；例如，使用 IVF（倒排文件）索引可以通过减少搜索空间，显著加速大数据集上的查询。通过使用 nlist 参数将数据划分为更小的簇，并在检索时设置合适的探测数 (nprobe)，以平衡速度和准确性，从而优化索引过程。确保向量得到正确的归一化，并在索引过程中考虑使用 16 位或 8 位量化，以减少大数据集的内存占用，同时保持合理的检索准确性。此外，如果可用，可以考虑利用 GPU 加速，因为 Faiss 受益于并行处理，能够加快最近邻搜索的速度。通过不断微调和基于不同参数与配置的基准测试，您可以找到最适合数据特性和检索需求的高效设置。

NVIDIA Deepseek R1 优化建议

为了优化NVIDIA Deepseek R1以用于检索增强生成（RAG），确保您的输入数据经过良好准备并进行索引，以便快速访问，利用其缓存能力。采用混合精度训练以提高性能，同时减少内存使用，并尝试不同的批量大小以找到最有效的处理速度。此外，定期监控并根据验证结果微调超参数，如学习率和.dropout率，以避免过拟合。实施异步数据加载，以便在管理I/O操作时保持GPU积极处理。最后，通过修剪非必要层和优化模型的推理管道来简化架构，以增强实时检索性能。

IBM granite-embedding-107m-multilingual 优化建议

为了优化IBM granite-embedding-107m-multilingual模型在检索增强生成（RAG）设置中的表现，首先应在特定领域的数据上对模型进行微调，以提高其相关性和上下文理解能力。使用批处理生成嵌入以增强吞吐量，并为频繁查询的嵌入实现缓存机制以减少延迟。定期评估和更新检索策略，使用各种指标，如准确率和召回率，以确保你始终检索到最相关的数据。此外，考虑用多样的多语言输入来增强数据集，以开发对不同语言的更强理解，并尝试不同的超参数设置，如学习率和嵌入维度，以找到适合特定用例的最佳配置。

通过系统性实施这些优化方案，RAG 系统将在响应速度、结果准确率、资源利用率等维度获得全面提升。 AI 技术迭代迅速，建议定期进行压力测试与架构调优，持续跟踪最新优化方案，确保系统在技术发展中始终保持竞争优势。

RAG 成本计算器

估算 RAG 成本时，需要分析向量存储、计算资源和 API 使用等方面的开销。主要成本驱动因素包括向量数据库查询、嵌入生成和 LLM 推理。RAG 成本计算器是一款免费的在线工具，可快速估算构建 RAG 的费用，涵盖切块（chunking）、嵌入、向量存储/搜索和 LLM 生成。能帮助你发现节省费用的机会，最高可通过无服务器方案在向量存储成本上实现 10 倍降本。

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收获与总结

通过深入本教程，您已经解锁了从零开始构建强大 RAG 系统的魔法！您已经看到 LangChain 如何充当粘合剂，像指挥家引导乐团一样，轻松协调各组件之间的工作流。借助 Faiss，您利用超快速的向量搜索从庞大数据集中检索相关信息，将非结构化数据转化为可操作的洞察。而 NVIDIA Deepseek R1 LLM 则作为您的创意动力源，生成自然且精确的人类般的响应，而 IBM granite-embedding-107m-multilingual 模型则确保您的系统能够理解跨语言的上下文，将文本嵌入到捕捉意义的丰富数值表示中。这些工具共同形成了一个动态管道，在检索与生成之间连接，让您的应用程序能够回答复杂问题、总结内容，甚至进行头脑风暴，准确性卓越。

但是这个教程并没有止步于基础知识！您还学到了优化性能的专业技巧，比如调节检索阈值和在速度与精度之间取得平衡。随附的 免费 RAG 成本计算器 使您能够估算开支，并更智能地扩展，从而让您可以在没有意外的情况下进行实验。现在，您已经看到这些模块是如何结合在一起的，想象一下各种可能性：感觉活生生的聊天机器人、更深入的研究助手，或是能够解锁数据中隐藏知识的工具。人工智能的世界任您塑造——所以拿起您的代码编辑器，调整那些参数，并开始构建吧！无论您是在完善现有项目还是构思完全新的东西，您都具备创新的技能。让我们将这些想法变为现实——您的下一个突破只需几行代码的距离！🚀

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