使用 LangChain、LangChain vector store、NVIDA Llama 3 70B Instruct 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。)
• NVIDIA Llama 3 70B Instruct: 这个强大的模型旨在执行指令遵循任务，利用其700亿个参数提供高质量的响应。它在生成详细答案和进行复杂对话方面表现出色，非常适合用于教育工具、客户支持以及需要细致理解和指导的互动应用程序。
• 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 NVIDA Llama 3 70B Instruct

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("meta/llama3-70b-instruct", model_provider="nvidia")

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。)

NVIDIA Llama 3 70B Instruct 优化建议

NVIDIA Llama 3 70B Instruct 是一个高精度模型，理想用于需要深入推理和分析的 RAG 应用。通过使用分层文档排序来优化检索，仅筛选最相关的段落，从而减少不必要的令牌消耗。将提示结构化，以便用户查询、检索的上下文和系统指令之间有明确的分隔，以获得最佳性能。保持温度在 0.1 到 0.3 之间，以确保事实一致性，同时微调 top-k 和 top-p，以更好地控制响应多样性。利用 NVIDIA 的 TensorRT-LLM 和优化的推理堆栈来加速模型执行，减少延迟。使用批处理策略以提高高容量工作负载的吞吐量。如果部署多个模型，将 Llama 3 70B 分配给处理需要深度上下文理解的复杂查询，同时为更快、低复杂度的任务保留轻量级模型。

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。

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收获与总结

通过本教程的学习，您解锁了结合尖端工具构建一个完全功能的RAG系统的强大力量！您了解到，LangChain作为连接一切的胶水，以灵活和简单的方式 orchestrate 组件之间的数据流。LangChain 向量存储充当了您的智能图书管理员，利用IBM的 all-minilm-l12-v2 模型生成的嵌入高效地存储和检索上下文相关的数据块，这是一种将文本转换为有意义的数值表示的轻量级但强大的工具。接下来是本次教程的明星：NVIDIA的 Llama 3 70B Instruct，这是一个巨大的语言模型，它将那些检索到的片段转化为人类般的连贯回答，展示了规模和精确性如何提升AI驱动的响应。在这个过程中，您还发现了一些优化技巧，例如分块策略和索引最佳实践，以平衡速度和准确性，并且您甚至预览了一些工具，如免费的RAG成本计算器，以便在扩展时明智地预算资源。

但这不仅仅是遵循步骤——更重要的是赋能。您亲眼见证了这些工具的模块化特性，它们如何互相发挥各自的优势，以及您如何调整它们以适应独特的使用案例。无论您是在构建聊天机器人、研究助手，还是知识中心，您现在都具备了实验、迭代和创新的能力。那么接下来是什么呢？利用这个基础继续前进！调整参数、互换模型或整合新的数据集。RAG生态系统是您的游乐场，可能性与您的创造力一样广阔。准备好创造影响了吗？开始构建，勇敢优化，观看您的想法变成现实。AI驱动应用的未来掌握在您手中——让我们一起塑造它吧！🚀

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