使用 LangChain、pgvector、Mistral AI Codestral Mamba 和 Nomic Embed Text 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。
• 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。)
• Mistral AI Codestral Mamba: Codestral Mamba是一款高性能的编码助手，旨在提升软件开发效率。它在生成和调试多种编程语言的代码方面表现出色。凭借对编程环境和常用库的深刻理解，它非常适合寻求快速原型开发、代码优化和重构支持的开发者。
• Nomic Embed Text V2: 一个开源的多语言文本嵌入模型，采用混合专家（MoE）架构以实现高效处理。该模型在16亿对文本上进行了训练，擅长于检索任务，支持灵活的嵌入维度，并优化存储和计算成本。其训练数据和代码完全开源，以确保透明性。

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 Codestral Mamba

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("open-codestral-mamba", model_provider="mistralai")

第 3 步：安装并配置 Nomic Embed Text V2

pip install -qU langchain-nomic

import getpass
import os

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

from langchain_nomic import NomicEmbeddings

embeddings = NomicEmbeddings(model="nomic-ai/nomic-embed-text-v2-moe")

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。

Mistral AI Codestral Mamba 优化建议

Codestral Mamba 针对代码生成和补全进行了优化，非常适合涉及结构化编程查询的 RAG 应用。通过使用在代码数据集上训练的嵌入，提高检索质量，以确保检索到的上下文与编程语言和任务良好对齐。为了增强响应的准确性，确保输入提示格式清晰，包含函数定义、文档字符串和注释。动态调整温度值——较低的值（0.1–0.2）用于确定性代码生成，较高的值（0.3–0.5）用于探索性建议。使用缓存来存储常见的编程模式和频繁查询的代码片段，以减少延迟。如果在 IDE 或交互式编码环境中部署，请启用流式传输，以提供实时反馈和建议。在处理多个同时的代码查询时，利用并行推理技术来优化性能。

Nomic Embed Text V2 优化建议

Nomic Embed Text V2 是一个多功能的嵌入模型，适用于 RAG 系统中的通用文本搜索任务。通过预处理输入数据以去除无关噪声并聚焦于最重要的内容，可以优化效率，这有助于减少计算开销。为了实现更快的检索，采用近似最近邻 (ANN) 搜索算法，如 HNSW 或 FAISS，加速搜索过程，同时保持准确性。考虑实施向量量化技术，在不显著影响检索质量的情况下减少存储空间。利用批处理来并行处理多个文本，降低 API 延迟。如果处理大型数据集，定期更新嵌入，以反映最新信息，确保您的检索系统保持相关性和有效性。

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

通过深入学习本教程，您已经解锁了从零开始构建 RAG 系统的强大能力，采用最前沿的工具！您了解到 LangChain 如何充当骨干，以灵活的框架协调组件之间的流程。通过整合 Mistral AI 的 Codestral Mamba，您亲眼目睹了专门的 LLM 如何生成深刻且具有上下文意识的响应，而 Nomic Embed Text V2 将原始文本转化为丰富的嵌入——将文字转化为捕捉意义的数字魔法。还有 pgvector，这位向量数据库英雄以闪电般的速度存储和检索这些嵌入，使语义搜索高效且可扩展。这些工具共同形成了一个无缝的管道：数据被嵌入、存储、检索，并合成成几乎像人类一样的答案。您甚至学到了优化性能的专业技巧，比如微调切块策略和在 pgvector 中索引元数据以减少延迟。此外，免费的 RAG 成本计算器为您提供了一个实用的方法来估算费用，并在质量与预算之间取得平衡——这是现实项目的游戏变革者！

现在，想象一下您接下来可以构建的东西。您拥有创建自定义 RAG 应用程序的蓝图，适用于聊天机器人、研究工具，甚至企业知识库。未来广阔，而您具备实验、迭代和创新的技能。不要止步于此——调整那些参数，测试新的嵌入模型，或融入多模态数据。您所做的每一次优化都在推动可能性的边界。所以，启动您的 IDE，搭建一个数据库，开始构建吧。世界需要您的创造力，借助 RAG，您准备好提供更智能、更快速和更直观的 AI 解决方案。让我们一起创造一些惊人的东西吧！ 🚀

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