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使用 LangChain、pgvector、Anthropic Claude 3 Sonnet 和 voyage-3 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。
  • Pgvector: 一个面向 PostgreSQL 的开源扩展，可高效存储和查询高维向量数据，适用于机器学习和 AI 应用。该扩展专为处理嵌入数据而设计，支持使用 HNSW 和 IVFFlat 等算法进行快速的近似最近邻（ANN）搜索。但由于它只是传统搜索的向量搜索附加组件，而非专门构建的向量数据库，因此在可扩展性、可用性以及其他企业级应用所需的高级功能方面存在不足。因此，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。)
  • Anthropic Claude 3 Sonnet: Claude 3 系列中的这款先进模型专注于创造性和细腻的文本生成。它对上下文和语调有深刻的理解，非常适合应用于创意写作、对话生成和讲故事。其生成清晰而引人入胜的散文的能力，使其成为内容创作和娱乐领域的理想选择。
  • Voyage-3: 致力于AI驱动的导航和行程规划，Voyage-3优化了路线效率，同时提供实时交通更新和数据洞察。其优势在于预测分析和自适应学习，使其成为物流、配送服务和需要可靠智能导航解决方案的旅游应用的理想选择。

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 Anthropic Claude 3 Sonnet

pip install -qU "langchain[anthropic]"

import getpass
import os

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

from langchain.chat_models import init_chat_model

llm = init_chat_model("claude-3-sonnet-20240229", model_provider="anthropic")

第 3 步：安装并配置 voyage-3

pip install -qU langchain-voyageai

import getpass
import os

if not os.environ.get("VOYAGE_API_KEY"):
  os.environ["VOYAGE_API_KEY"] = getpass.getpass("Enter API key for Voyage AI: ")

from langchain-voyageai import VoyageAIEmbeddings

embeddings = VoyageAIEmbeddings(model="voyage-3")

第 4 步：安装并配置 pgvector

pip install -qU langchain-postgres

from langchain_postgres import PGVector

vector_store = PGVector(
    embeddings=embeddings,
    collection_name="my_docs",
    connection="postgresql+psycopg://...",
)

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。

pgvector 优化建议

为了优化 pgvector 在检索增强生成（RAG）设置中的表现，可以考虑使用 GiST 或 IVFFlat 索引向量，以显著加快搜索查询并提高检索性能。确保在查询执行过程中利用并行化，使得多个查询能够同时处理，尤其是在处理大数据集时。通过调整向量存储大小并在可能的情况下使用压缩嵌入来优化内存使用。为了进一步提升查询速度，可以实现预过滤技术，在查询之前缩小搜索空间。定期重建索引，以确保其与新数据保持同步。通过微调向量化模型来减少维度，同时不牺牲准确性，从而提升存储效率和检索时间。最后，仔细管理资源分配，利用水平扩展处理更大的数据集，并将计算密集型操作卸载到专用处理单元，以保持在高流量期间的响应能力。

Anthropic Claude 3 Sonnet 优化建议

Claude 3 Sonnet 在速度和准确性之间提供了平衡，使其成为 RAG 系统的多功能选择。通过限制每个查询检索的文档数量来优化检索效率，以避免过多的上下文窗口使用，这可能会减慢响应时间。使用语义切块技术将文档分解为有意义的部分，确保仅将最相关的信息传递给模型。根据用户查询的复杂性动态调整温度和采样参数，对于事实性响应使用较低的值，对于生成创意文本时使用较高的值。实施结构化提示，以引导模型向更精确的答案发展，减少响应中的歧义。如果集成多个模型，则在面对适度复杂的查询时使用 Sonnet 作为中间选项，同时将 Opus 保留用于高风险推理任务。利用 Claude 的 API 优化功能，例如流式传输，以提高响应时间和系统效率。

voyage-3 优化建议

voyage-3是一个多功能模型，适用于RAG系统中的平衡性能，使得高效的检索策略对于保持低延迟和高准确性至关重要。通过利用基于嵌入的相似性搜索和重排序来提升检索效果，以确保包含相关的上下文。构造提示时需明确上下文分离和简明的指令，以最大化响应的准确性。将温度设置在0.1到0.3之间，以控制输出，同时调整top-k和top-p以实现灵活性。对频繁查询的数据实施响应缓存，以最小化冗余处理和API调用。利用并行处理和请求批量处理来优化资源效率。对于多模型部署，将voyage-3分配给中等复杂度的任务，同时使用更大的模型进行深入分析，使用更小的模型进行实时、低延迟的查询。

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

通过深入这个教程，你已经解锁了从零开始构建一个完全功能的RAG系统的能力！你了解了LangChain如何作为黏合剂，无缝连接你的管道组件，同时简化文档加载、分块和检索增强生成等复杂工作流程。配合pgvector—一个将你的数据库转变为高性能向量存储的PostgreSQL扩展—你现在知道如何高效地存储和查询大规模的嵌入。但是，是什么让这一切活跃起来呢？那就是Anthropic的Claude 3 Sonnet和Voyage AI的voyage-3嵌入模型的动态组合。前者是一款先进的大型语言模型，能够灵活地处理推理和文本生成，而后者则将原始文本转化为丰富的数值表示。借助这些工具，你可以创建不仅能回答问题，还能深入理解上下文的应用程序，从你的自定义数据中抽取洞察，就像专业人士一样。你还学习到了优化性能的专业技巧，比如调整分块大小和索引策略，甚至发现了一个免费的RAG成本计算器，帮助你智能地预算项目。

这不仅仅是理论——你已经看到这些组件是如何融入实际的工作流程，将抽象概念转化为可操作的代码。现在想象一下接下来要做的事情：提升检索准确性，实验混合搜索，或调整提示，使Claude在你的独特用例中大放异彩。工具在你手中，可能性是无穷无尽的。那么，继续前进——构建那个让用户惊叹的聊天机器人，打造那个能找到宝贵信息的研究助手，或设计团队所需的下一代知识库。你拥有这些技能，现在是创新、迭代，甚至颠覆一个或多个行业的时刻。智能应用的未来从你点击运行开始！🚀

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