使用 LangChain、LangChain vector store、OpenAI GPT-4o mini 和 NVIDIA nv-embedqa-e5-v5 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。)
• OpenAI GPT-4o mini: 该模型是先进的GPT-4架构的紧凑版，旨在提高效率和降低资源消耗。它在自然语言理解和生成任务中表现出色，非常适合用于聊天机器人实现、内容创作以及响应速度和成本效益至关重要的互动应用。
• NVIDIA nv-embedqa-e5-v5: 这个模型结合了先进的自然语言处理和深度学习，实现了高效的问题回答。它在理解上下文和从嵌入的知识源中提供准确的响应方面表现出色。非常适合于客户支持、聊天机器人和互动学习环境等应用，通过直观的互动增强用户参与度。

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 OpenAI GPT-4o mini

pip install -qU "langchain[openai]"

import getpass
import os

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

from langchain.chat_models import init_chat_model

llm = init_chat_model("gpt-4o-mini", model_provider="openai")

第 3 步：安装并配置 NVIDIA nv-embedqa-e5-v5

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="nvidia/nv-embedqa-e5-v5")

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。)

OpenAI GPT-4o mini 优化建议

GPT-4o mini是GPT-4o的一个更小、更具成本效益的变体，非常适合低延迟的RAG应用。通过限制检索的文档数量仅为最相关的文档，从而优化检索，确保模型不会因不必要的上下文而超负荷。有效地构建提示，使用项目符号或编号列表以增强清晰度和重点。将温度设定在0.1–0.2之间以获取事实性响应，并调整top-p和top-k值以细化输出精度。对频繁访问的查询实施缓存，以最小化API调用并降低成本。对于高吞吐量的应用，可以批量处理多个查询以优化API效率。流式传输响应以提高实时应用中的互动性。如果在多模型管道中使用GPT-4o mini，请考虑将其用于简单任务，同时将更大的模型保留用于复杂推理。

NVIDIA nv-embedqa-e5-v5 优化建议

为了在检索增强生成（RAG）设置中优化 NVIDIA nv-embedqa-e5-v5，首先确保您的模型经过多样化的训练数据集正确微调，以提高检索准确性。利用混合精度训练来提高计算效率并减少内存使用。对查询和响应实施批处理，以利用并行处理能力。定期监控并调整学习率和其他超参数，以获得最佳训练性能。最后，结合缓存机制以存储频繁访问的嵌入和结果，从而显著加快检索速度。

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。

立即使用 RAG 成本计算器

Calculate your RAG cost

收获与总结

通过深入这个教程，你已经解锁了从零开始构建检索增强生成（RAG）系统的能力！你学习了LangChain如何作为骨干，毫不费力地连接你的管道组件并协调工作流程。NVIDIA的nv-embedqa-e5-v5嵌入模型将你的原始文本转化为丰富的数值表示，捕捉语义意义，使你的系统深刻理解上下文。然后，LangChain向量存储作为你快速的记忆库，能够高效地存储和检索在查询时最相关的信息块。最后，OpenAI的GPT-4o mini成为了创造性的大脑，将检索到的数据合成成连贯、类人化的答案——证明即使是较小的语言模型，在与正确的基础设施相结合时也能产生巨大成果。这些工具共同构成了一个动态的RAG管道，既智能又机智，弥合了静态知识与动态问题解决之间的鸿沟。

但是，你并不仅仅停留在基础上！你还掌握了优化性能的专业技巧，比如调整检索阈值和平衡成本效益——这些技能将帮助你聪明地扩展应用程序。随着教程中引入的免费RAG成本计算器，你现在可以预测开支，并在没有意外的情况下做出明智的决策。想象一下接下来会发生什么：为特定领域定制这个管道，尝试混合搜索策略，甚至集成多模态数据。这个基础是你可以在其上构建的。因此，尽管来吧——调整、迭代和创新！无论你是在打造聊天机器人、研究助手还是企业工具，你都拥有将创意转化为影响的工具包。人工智能驱动的应用的未来光明，而你已经在塑造它。让我们开始构建吧！🚀

欢迎反馈！

我们很期待听到你的使用心得与建议！ 🌟 你可以：

• 在下方留言；
• 加入 Milvus Discord 社区，与全球 AI 爱好者一起交流。 如果你觉得本教程对你有帮助，别忘了给 Milvus GitHub 仓库点个 ⭐，这将激励我们不断创作！💖