使用 LangChain、Milvus、Mistral AI Pixtral Large 和 OpenAI 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。
• Milvus: 一个开源的向量数据库，专门用于高效地存储、索引和搜索大规模向量嵌入，非常适合用于检索增强生成（RAG）、语义搜索和推荐系统等场景。如果您需要更具扩展性的解决方案，或不想管理自己的基础设施，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 Large: 这个高级模型专为高质量的图像和文本生成而设计。凭借其强大的架构，它在创意内容生成、图像增强和多媒体集成等任务中表现出色。Pixtral Large 理想用于营销、设计和娱乐等应用，能够在保持用户友好体验的同时交付令人印象深刻的成果。
• OpenAI text-embedding-ada-002: 这个模型专注于生成高质量的文本嵌入，为各种自然语言处理应用提供强大的工具。它的优势在于语义搜索、聚类和推荐任务。非常适合需要高效且可扩展解决方案的开发者，以理解和处理多种语境中的自然语言数据。

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 Large

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-large-latest", model_provider="mistralai")

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

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_openai import OpenAIEmbeddings

embeddings = OpenAIEmbeddings(model="text-embedding-ada-002")

第 4 步：安装并配置 Milvus

pip install -qU langchain-milvus

from langchain_milvus import Milvus

vector_store = Milvus(embedding_function=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。

Milvus 优化建议

Milvus 作为一个高效的向量数据库，在 RAG 系统的检索任务中发挥着关键作用。要优化其性能，应确保构建合适的索引，以平衡速度和准确性；对于响应时间至关重要的场景，可考虑使用 HNSW（Hierarchical Navigable Small World）进行高效的最近邻搜索。根据使用模式对数据进行分区，有助于提升查询性能并减少加载时间，从而提高系统的可扩展性。根据查询频率定期监控并调整缓存设置，以避免数据检索时出现延迟。向量插入时采用批处理模式，可以减少数据库锁争用，提高整体吞吐量。此外，通过调整向量的维度来优化模型参数：更高的维度可以提升检索准确性，但可能增加搜索时间，因此需根据具体用例和硬件条件找到最佳平衡点。

Mistral AI Pixtral Large 优化建议

Pixtral Large 是一个高性能的多模态模型，针对文本和图像输入的高级推理进行优化。通过确保高效的文档和图像索引来优化检索，利用混合搜索找到最相关的多模态内容。使用结构化上下文格式化提供检索到的文本和图像之间的清晰关系，防止模型响应中的模糊性。通过动态控制检索深度来调整推理设置——对于复杂的多模态查询获取更广泛的上下文，对于简单查询则专注于更狭窄的、高精度的检索。在将数据传递给模型之前，通过过滤冗余数据来优化令牌效率，以确保推理速度保持高效。对于频繁请求的多模态查询使用缓存，以减少处理开销。如果在生产环境中部署 Pixtral Large，请在多个节点之间分配推理，以有效处理大规模工作负载，同时保持延迟目标。

OpenAI text-embedding-ada-002 优化建议

OpenAI text-embedding-ada-002以其性能和成本效率的平衡而广受欢迎。在嵌入之前，通过将长文档分割成较小且有意义的块来优化检索，以确保与查询的更好上下文对齐。如果处理大规模嵌入，请实施向量量化以减少内存占用。使用多阶段检索，首先进行初始的ANN搜索，然后进行更精确的过滤或重排序步骤。根据数据更新周期调整索引刷新频率，以维持相关性而不增加过多的计算开销。利用批处理进行嵌入操作，以最小化API延迟。考虑在密集搜索可能失败的边缘案例中使用回退机制，例如基于关键词的检索。

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

在这个教程中，我们共同经历了一段不可思议的旅程！您深入探索了构建最先进的检索增强生成（RAG）系统的令人兴奋的世界，通过无缝集成一个强大的框架、一个复杂的向量数据库、一种先进的语言模型（LLM）和一个深刻的嵌入模型。每个组件都扮演着至关重要的角色：框架充当将一切粘合在一起的桥梁，确保顺畅的协作；像 Milvus 这样的向量数据库，赋予您闪电般快速的搜索能力，使您能在需要时更轻松地获取所需信息；如 Mistral AI Pixtral Large 的 LLM 注入了对话智能，使您的应用能够进行自然、直观的实时对话；而嵌入模型，借助 OpenAI 的 text-embedding-ada-002，为您的数据构建了丰富且重要的表示，流畅地融入到您的 RAG 系统中。

在整个教程中，我们提供了一些优化小贴士，以增强您的性能，并包含一个免费的费用计算器，让您能够轻松监控资源使用情况。现在，当您站在创造自己创新应用的边缘时，请记住，可能性是无穷无尽的！充分利用这些工具，富有创意地思考，并大胆实验。您的旅程并不会就此结束；这只是一个开始。去吧，构建、优化，让您的想象力翱翔，将想法变为现实！您一定能做到！

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