使用 LangChain、LangChain vector store、Mistral AI Pixtral 和 NVIDIA bge-m3 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。)
• Mistral AI Pixtral: Pixtral是一个尖端的图像生成模型，旨在高质量视觉内容创作。它专注于艺术风格迁移和细节准确性，擅长将文本提示转化为生动的图像。Pixtral非常适合设计、营销和创意领域的应用，以其多功能性和美学精确性提升工作流程。
• NVIDIA bge-m3: NVIDIA bge-m3 是一个最先进的生成模型，专为高性能的多模态任务而设计，特别是在自然语言处理和计算机视觉方面。它的优势在于实时数据处理和可扩展性，使其非常适合于交互式 AI 系统、创造性内容生成以及各行业的高级分析工具应用。

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 Mistral AI Pixtral

pip install -qU "langchain[mistralai]"

import getpass
import os

if not os.environ.get("MISTRAL_API_KEY"):
  os.environ["MISTRAL_API_KEY"] = getpass.getpass("Enter API key for Mistral AI: ")

from langchain.chat_models import init_chat_model

llm = init_chat_model("pixtral-12b-2409", model_provider="mistralai")

第 3 步：安装并配置 NVIDIA bge-m3

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_nvidia_ai_endpoints import NVIDIAEmbeddings

embeddings = NVIDIAEmbeddings(model="baai/bge-m3")

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。)

Mistral AI Pixtral 优化建议

Pixtral 针对多模态 RAG 应用进行了优化，需要对文本和视觉数据检索进行仔细管理。通过使用专门的嵌入来提高检索效率——对文本使用向量搜索，对图像使用基于 CLIP 的嵌入。实施一种多模态排序系统，以优先考虑最具上下文相关性的段落和图像。通过有效构建输入提示来优化模型性能，确保文本和视觉信息良好集成，避免不必要的重复。根据响应需求微调温度设置——对于以准确性为驱动的应用，使用较低的值（0.1–0.2），对于创意输出则使用较高的值。如果进行大规模部署，请使用并行推理以高效处理大规模多模态数据集。通过利用批处理和缓存策略来简化推理，尤其是在处理频繁查询的图像和文本对时。

NVIDIA bge-m3 优化建议

为了在检索增强生成（RAG）设置中优化NVIDIA bge-m3，请确保使用最新的驱动程序和CUDA工具包，以提高性能。根据您的特定数据集微调模型超参数，例如学习率和批量大小，以增强效率。采用混合精度训练来加速计算并减少内存使用。利用数据增强技术来增加训练数据集的多样性，帮助模型更好地泛化。此外，通过实施有效的索引方法和缓存频繁访问的数据，以简化检索过程，这可以显著降低推理时的延迟。最后，使用NVIDIA的性能分析工具监控资源利用率，以动态识别和解决瓶颈。

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

通过深入学习本教程，你已经解锁了将尖端工具结合起来，从零开始构建 RAG 系统的强大能力！你已经看到 LangChain 如何充当连接每个组件的粘合剂——协调工作流、管理上下文，并将你的想法转化为功能性 AI 应用程序。配合 LangChain 向量存储，你学习了如何高效地存储和检索嵌入，使得闪电般快速的相似性搜索得以实现，确保你的 LLM 获得最相关的上下文。提到 LLM，整合 Mistral AI 的 Mixtral 展示了其利用检索数据生成细致、准确回应的能力，证明了它为何是动态、知识密集型任务的首选。而且我们不能忘记 NVIDIA bge-m3 嵌入模型，它将原始文本转化为丰富的多维向量，使你的系统拥有“眼睛”，能够以前所未有的方式理解和优先处理信息。

但等等——还有更多呢！你还获得了一些优化性能的专业技巧，比如调整块大小和在速度与精度之间找到平衡，确保你的 RAG 管道平稳运行而不会花费过多。你探索的免费 RAG 成本计算器 是一个游戏改变者，帮助你估算开支并在扩展时做出更明智的决策。现在，拥有这个工具包的你，已经准备好创建不仅仅是回答问题的 AI 应用程序——它们能理解上下文，适应用户需求，按需提供见解。那么接下来是什么？开始实验吧！调整参数，探索新数据集，甚至更换组件，看看它们的表现。RAG 的世界等待你去塑造——去构建一些大胆、创新、独特的你。智能系统的未来从你的下一行代码开始！🚀

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