使用 LangChain、LangChain vector store、AWS Bedrock Claude 3 Sonnet 和 IBM all-minilm-l12-v2 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 Sonnet: 该模型是Claude 3的一个强大版本，专为无缝集成于AWS Bedrock而设计。它结合了先进的自然语言处理能力和强大的推理技能，尤其适用于对话式人工智能、内容生成和个性化客户互动。其设计强调可扩展性和企业级应用的高效性。
- IBM all-minilm-l12-v2: 这个模型是一个紧凑而强大的基于变换器的架构，针对自然语言理解和处理任务进行了优化。它在需要高效计算而不牺牲性能的场景中表现出色，非常适合应用于聊天机器人、信息检索和情感分析等领域。其轻量化设计使其能够在资源受限的环境中集成，同时保持竞争力的准确性。
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 Sonnet
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-sonnet-20240229-v1:0", model_provider="bedrock_converse")
第 3 步：安装并配置 IBM all-minilm-l12-v2
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="sentence-transformers/all-minilm-l12-v2",
url="https://us-south.ml.cloud.ibm.com",
project_id="<WATSONX PROJECT_ID>",
)
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 Sonnet 优化建议
Claude 3 Sonnet 在 AWS Bedrock 上提供了效率和推理能力之间的平衡，使其成为通用 RAG 系统的强大选择。通过根据查询复杂性动态调整检索到的文档数量来优化检索，确保相关性而不使上下文窗口过载。清晰地结构化提示，将关键信息排在前面以最大限度地提高理解度。使用 0.1–0.3 的温度设置以确保高事实准确性，同时调整 top-k 和 top-p 来微调输出多样性。实施缓存以提高速度并减少令牌成本，缓存常用数据。利用 AWS Bedrock 的扩展选项有效处理可变流量，智能分配请求。如果与 Opus 或 Haiku 一起使用 Sonnet，则将其定位为中间层模型——处理适度复杂的查询，而无需 Opus 的计算开销。
IBM all-minilm-l12-v2 优化建议
为了在检索增强生成（RAG）设置中优化IBM all-minilm-l12-v2模型，可以考虑在特定领域的数据集上进行微调，以增强其对特定用例的相关性和准确性。实施模型蒸馏技术，以在保持性能的同时减少推理时间。此外，通过根据输入数据调整最大序列长度，确保高效的批处理，并利用混合精度训练来提高计算效率。定期评估模型在不同检索方法下的性能，以确定最佳组合，并考虑对频繁访问的数据采用缓存策略，以最小化延迟。最后，在微调过程中，尝试不同的超参数，如学习率和丢弃率，以实现最佳结果。
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。
Calculate your RAG cost
收获与总结
通过深入本教程，您已经解锁了将尖端工具结合在一起构建检索增强生成（RAG）系统的强大能力！您了解到，LangChain 如何作为粘合剂，无缝连接每个组件，协调工作流程并简化数据、模型和应用之间的交互。LangChain 向量存储成为您高效存储和检索上下文信息的首选工具，将非结构化数据转化为可搜索的知识。您看到了 IBM all-minilm-l12-v2 嵌入模型如何通过将文本转换为丰富的数值表示来发挥作用，使您的系统能够理解语义关系并找到最相关的信息。接下来是重头戏——AWS Bedrock 的 Claude 3 Sonnet，它利用这些检索到的见解生成类人、上下文感知的响应，将创造力与准确性相结合。这些部分共同形成了一个智能且灵活的动态 RAG 管道！
但等等，还有更多！该教程还为您提供了优化性能的专业技巧，比如在检索设置中平衡速度和准确性，并介绍了免费的 RAG 成本计算器等工具，帮助您明智地预算资源。现在，您已经看到了这些技术如何协同工作，真正的乐趣开始了。想象一下将这个系统定制为您自己的项目——增强聊天机器人，推动研究工具，或彻底改变客户支持。基础已经打好，工具在您手中，可能性无限。所以，尽情实验、调整和创新。构建一些令人惊叹的东西，解决现实世界的问题，推动人工智能的边界。您的 RAG 旅程才刚刚开始，未来掌握在您手中。让我们开始构建吧！🚀
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