使用 LangChain、LangChain vector store、OpenAI GPT-o3-mini 和 Azure text-embedding-ada-002 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-o3-mini: 这个紧凑版的GPT-3模型旨在满足对计算资源要求较低但不牺牲性能的应用。它在文本生成、对话系统和内容创作等任务中表现出色。非常适合移动应用或小型部署，同时在自然语言处理方面兼顾效率和有效性。
• Azure text-embedding-ada-002: 这个模型专注于生成高质量的文本嵌入，能够有效地进行语义搜索和自然语言理解。它的强项在于生成具有丰富上下文的表示，从而增强文本分类、聚类和推荐系统等任务，使其非常适合于内容发现和个性化用户体验等应用。

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 OpenAI GPT-o3-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("o3-mini", model_provider="openai")

第 3 步：安装并配置 Azure text-embedding-ada-002

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。)

OpenAI GPT-o3-mini 优化建议

GPT-o3-mini 是一个轻量级模型，旨在成本高效和低延迟的 RAG 应用中使用。通过确保检索的文档按相关性排序后再传递给模型来优化性能，防止浪费 token。保持提示结构化和简明，去除冗余细节，同时保持必要的上下文。微调温度设置（0.1-0.2）以应对以准确性为驱动的任务，并在需要时使用 top-p 采样来调整响应创意。对于大规模应用，进行批量查询以最小化 API 开销并优化吞吐量。实施缓存机制来处理频繁访问的数据，以减少 API 调用并提高响应时间。在实时应用中流式传输响应，以保持平滑的用户体验。如果在与更大模型的管道中部署 GPT-o3-mini，使用它进行初步过滤和摘要，然后将复杂任务升级到更强大的模型。

Azure text-embedding-ada-002 优化建议

为了优化您在检索增强生成（RAG）设置中的 Azure text-embedding-ada-002 组件，请确保有效地批量处理请求，以减少延迟并最大化吞吐量；如果可能，尝试将每个请求分组至多 1000 个标记。预处理您的输入数据，以去除不必要的噪声和停用词，这可以提高嵌入质量。调整模型的参数以适应您的特定用例，专注于输入序列的长度并保持标记限制。利用缓存机制加速频繁查询的输入，并定期使用特定领域的数据微调您的嵌入，以增强相关性。最后，持续监控和分析性能指标，以进行迭代调整，满足数据模式或检索需求的任何变化。

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

" 到现在为止，您已经亲身体验到将LangChain作为您的调度框架、使用向量数据库进行快速检索、结合OpenAI的GPT-3.5-turbo进行创意文本生成，以及利用Azure的text-embedding-ada-002将杂乱文本转换为有意义的向量的强大能力。您了解到，LangChain如何作为粘合剂，无缝地将这些组件连接成一个统一的RAG（检索增强生成）管道——从摄取和分块您的数据开始，利用Azure的模型进行语义嵌入，存储这些向量以便快速查找，最后让GPT-3.5-turbo根据检索到的上下文生成类人回应。这就像组建一个梦想团队，每个成员都发挥着关键作用：框架处理物流，向量数据库提供精准，嵌入模型捕捉细微差别，而LLM（大语言模型）则以创意将所有内容呈现出来。此外，您还掌握了优化性能的专业技巧，例如调节块大小以提高相关性，将成本与质量进行平衡——这些工具将使您的RAG系统既高效又可扩展。

但这仅仅是个开始！借助教程中的免费RAG成本计算器，您可以无所畏惧地进行实验，预测开支并进行迭代，避免意外。想象一下您将构建的应用程序——深刻理解上下文的聊天机器人、感觉直观的搜索引擎，或改变人们与数据交互方式的工具。RAG的魔力在于其灵活性；调整组件、替换模型或引入新的数据源以创造出独一无二的产品。所以，继续吧——深入代码、玩转参数，让好奇心引领您。您已经掌握了蓝图；现在是时候创新、优化并构建一些非凡的东西。智能应用的未来掌握在您手中，前所未有的光明。让我们开始编程吧！🚀 "

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