使用 LangChain、LangChain vector store、AWS Bedrock Claude 3 Opus 和 Azure text-embedding-3-small 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。
• LangChain in-memory vector store: 一个内存型， 临时性 的向量存储，将嵌入数据存储在内存中，并通过精确的线性搜索找到最相似的嵌入。默认的相似度度量是余弦相似度，但可以更改为 ml-distance 支持的任何相似度度量。目前该存储仅适用于演示，不支持 ID 或删除操作。 (如果您需要为应用程序或企业项目提供更具扩展性的解决方案，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。)
• AWS Bedrock Claude 3 Opus: 这一款来自Claude 3系列的模型专注于高性能的自然语言理解和生成。它旨在满足需要细致文本创作、详细分析和高级对话能力的应用。非常适合希望提升客户互动、内容创作和复杂查询处理的企业，同时优化可扩展性。
• Azure text-embedding-3-small: 这个AI模型专门生成文本输入的密集向量表示，促进语义理解和比较。它的优势在于效率和可扩展性，使其非常适合用于文本分类、信息检索以及自然语言处理等应用场景，在这些场合快速的语义相似性评估至关重要。

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 AWS Bedrock Claude 3 Opus

pip install -qU "langchain[aws]"

# Ensure your AWS credentials are configured

from langchain.chat_models import init_chat_model

llm = init_chat_model("anthropic.claude-3-opus-20240229-v1:0", model_provider="bedrock_converse")

第 3 步：安装并配置 Azure text-embedding-3-small

pip install -qU langchain-openai

import getpass
import os

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

from langchain_openai import AzureOpenAIEmbeddings

embeddings = AzureOpenAIEmbeddings(
    azure_endpoint=os.environ["AZURE_OPENAI_ENDPOINT"],
    azure_deployment=os.environ["AZURE_OPENAI_DEPLOYMENT_NAME"],
    openai_api_version=os.environ["AZURE_OPENAI_API_VERSION"],
)

第 4 步：安装并配置 LangChain vector store

pip install -qU langchain-core

from langchain_core.vectorstores import InMemoryVectorStore

vector_store = InMemoryVectorStore(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。

LangChain in-memory vector store 优化建议

LangChain 内存型向量存储只是一个临时性的向量存储，它将嵌入数据存储在内存中，并进行精确的线性搜索以找到最相似的嵌入。它的功能非常有限，仅适用于演示。如果您计划构建一个功能完整甚至生产级的解决方案，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。)

AWS Bedrock Claude 3 Opus 优化建议

Claude 3 Opus 在 AWS Bedrock 上是一个高容量模型，适用于需要深度推理的复杂 RAG 应用程序。通过使用多步骤排名策略来优化检索，确保只有最相关的文档被纳入上下文。保持提示简洁但全面，以逻辑顺序结构化检索到的信息，有效引导模型。对于基于事实的任务，使用 0.1 到 0.2 之间的温度设置，而对于更具创意的响应则使用稍高的值。为了管理 API 成本和延迟，为高流量应用实施响应缓存和查询批处理。利用 AWS Bedrock 的自动扩展功能，以在不妥协响应时间的前提下处理波动的工作负载。如果 Opus 是多层次系统的一部分，则根据需要选择性地使用它，处理需要深度分析的高价值查询，同时将更简单的任务转给较小的模型。

Azure text-embedding-3-small 优化建议

为了优化 Azure text-embedding-3-small 模型以适应你的检索增强生成 (RAG) 设置，考虑将输入文本批处理，以同时处理多个请求，这可以显著提高吞吐量。使用相关关键词来微调嵌入，并确保对文本进行预处理，以去除噪声，例如不必要的标点符号或停用词。在检索过程中尝试不同的相似性度量，比如余弦相似度，以提高结果的相关性。利用缓存机制存储经常访问的嵌入，从而减少响应时间。最后，定期监测和分析性能指标，以便进行迭代改进，并根据用户反馈调整你的方法，使模型与特定用例更紧密地对齐。

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，您已解锁了结合前沿工具构建强大 RAG 系统的魔力！您已经看到 LangChain 如何作为粘合剂， seamless orchestrating workflows between components like the LangChain vector store，用于快速的数据检索，AWS Bedrock 的 Claude 3 Opus，用于生成类人、上下文敏感的响应，以及 Azure 的 text-embedding-3-small 模型，用于将原始文本转化为丰富的语义嵌入。这些工具共同形成一个动态流水线，可以提取相关信息，理解细微差别，并生成几乎直观的答案。您已经学会了如何结构化文档以优化索引，调整检索参数以平衡速度和准确性，并利用 Claude 3 Opus 的高级推理能力提升响应质量。此外，这些优化技巧——如分块策略和混合搜索技术——使您能够充分发挥系统的每一滴性能，而免费的 RAG 成本计算器则让您在扩展时明智地进行预算。

但这不仅仅是关于构建聊天机器人或搜索引擎——这是一扇通往创新的大门。凭借这些工具，您已准备好创建解决现实世界问题的 RAG 应用，无论是增强客户支持、自动化研究，还是个性化用户体验。想象一下整合多媒体数据，尝试不同的 LLM，或添加实时协作功能——您的创造力是唯一的限制！所以，尽管去调整那些嵌入，优化您的提示，自信地部署。智能应用的未来在您手中塑造。开始构建，持续迭代，让您的 RAG 驱动的创意闪耀。世界在等待您下一步的创造！🚀

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