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使用 LangChain、Milvus、OpenAI GPT-4o mini 和 Amazon Titan Text Embeddings 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。
  • 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。
  • 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。
  • Amazon Titan Text Embeddings v2: 该模型生成高质量的文本嵌入，能够实现细致的语义理解和相似性比较。它具有增强的性能和可扩展性，适用于信息检索、推荐系统和情感分析等任务。非常适合需要大规模、稳健而高效的语言表示的应用。

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-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 Amazon Titan Text Embeddings v2

pip install -qU langchain-aws

from langchain_aws import BedrockEmbeddings

embeddings = BedrockEmbeddings(model_id="amazon.titan-embed-text-v2:0")

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。

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。

Amazon Titan Text Embeddings v2 优化建议

亚马逊Titan文本嵌入v2是一个可扩展的模型，在大规模文本检索任务中表现良好。通过预处理输入文本以去除噪音并专注于高价值内容来优化检索，这可以提高嵌入生成的效率。使用矢量压缩技术，如量化或降维，以降低内存和存储成本，而不显著影响检索准确性。在查询时，实施结合稠密矢量搜索和传统基于关键词搜索的混合搜索策略，以提高检索速度和相关性。对于大规模应用，批量处理文本以减少API调用并增强吞吐量。缓存高需求的嵌入以最小化冗余处理并加快查询响应时间。定期更新和重新训练嵌入模型，以保持与新数据的准确性。

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

“我们共同踏上了一段令人惊叹的旅程！在本教程中，您获得了创建前沿的检索增强生成（RAG）系统所需的非凡工具，能够无缝集成像 LangChain、Milvus、OpenAI GPT-4o mini 和 Amazon Titan Text Embeddings v2 等成熟组件。

通过使用 LangChain 作为您的指导框架，您学会了如何将这些元素编织在一起，创建一个提升效率和功能的一体化系统。矢量数据库 Milvus 的强大让您体验到了闪电般快速搜索的魔力，能够在眨眼之间找回最相关的信息！此外，尤其是 OpenAI GPT-4o mini，让您的应用具备了对话智能，能够为用户提供丰富的人类般的互动。我们还讨论了生成复杂语义表示的嵌入模型，这对有效理解和处理复杂查询至关重要。

我们甚至分享了优化技巧和一个实用的免费成本计算器，帮助您在不超支的情况下最大化项目的潜力。那么，接下来是什么呢？激动人心的旅程不会在这里止步！深入构建、调整和创新您的 RAG 应用程序。可能性是无限的，您的创造力才是唯一的限制。拥抱这些知识，今天就开始打造您自己的杰出 RAG 体验吧—您手中拥有成功所需的一切！”

欢迎反馈！

我们很期待听到你的使用心得与建议！ 🌟 你可以：

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