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使用 LangChain、pgvector、Mistral AI Ministral 3B 和 Google Vertex AI textembedding-gecko@003 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 Ministral 3B: 该模型是一款紧凑而强大的变换器，旨在高效处理自然语言处理任务。它注重速度和较低的计算成本，在文本生成、摘要和分类方面表现出色。非常适合需要在资源受限的环境中获得高性能或要求快速响应时间的应用程序开发者。
  • Google Vertex AI textembedding-gecko@003: 该模型专门生成高质量的文本嵌入，用于多种应用，包括语义搜索和内容推荐。它利用先进的上下文理解技术，确保对复杂文本的准确表示。非常适合集成到需要可扩展和高效自然语言处理解决方案的系统中，提升实时应用中的用户体验。

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 Ministral 3B

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("ministral-3b-latest", model_provider="mistralai")

第 3 步：安装并配置 Google Vertex AI textembedding-gecko@003

pip install -qU langchain-google-vertexai

from langchain_google_vertexai import VertexAIEmbeddings

embeddings = VertexAIEmbeddings(model="textembedding-gecko@003")

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 Ministral 3B 优化建议

Ministral 3B 是一个轻量级模型，非常适合低延迟、具有成本效益的 RAG 应用。通过限制检索文档的数量来优化检索，确保只有最相关的内容被处理，以保持效率。使用激进的提示压缩技术，例如去除不必要的元数据和以层次结构组织上下文，以最大化信息密度。在进行事实查询时，保持低温度（0.1-0.2），以获得精确且确定的输出。如果同时处理多个请求，请使用高效的批处理机制以减少 API 调用开销。利用量化技术进一步减少内存占用并提高推理速度。对于频繁访问的查询，利用缓存来最小化冗余处理，并在高吞吐量环境中增强响应时间。

Google Vertex AI textembedding-gecko@003 优化建议

Google Vertex AI textembedding-gecko@003旨在实现高级文本理解，使其非常适合高精度的RAG应用。通过去除噪声数据并专注于文档中最相关的内容来优化嵌入生成。使用高效的向量搜索算法，如带有IVF或HNSW的FAISS，以确保快速准确的文档检索。对大量数据进行批量文本嵌入，以加快处理速度并最小化延迟。为高频查询实现缓存，并定期更新嵌入以跟上数据环境的变化。对领域特定任务进行微调，以提高专业RAG应用中的相关性。考虑部署多阶段搜索策略，结合语义和基于关键字的方法，以实现最佳的准确性和性能。

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，你已经解锁了将尖端工具结合起来，从零开始构建动态 RAG 系统的力量！你了解到 LangChain 是如何作为粘合剂，协调整个管道，以无缝连接你的数据源、语言模型和用户互动的。借助 pgvector 作为你的向量数据库，你亲眼见证了如何高效存储和检索嵌入，将非结构化数据转化为可搜索的知识。Mistral AI 的 Mixtral 3B 的魔力使你的系统变得生动，展示了这个轻量级但强大的 LLM 如何通过综合检索到的上下文与其对语言的深刻理解，生成类似人类的响应。还有 Google Vertex AI 的 textembedding-gecko@003 ，它将原始文本转化为丰富的语义嵌入，确保你的系统能理解每个查询背后的细微差别和意图。这些工具共同构成了一个强大且可扩展的 RAG 管道，完美适用于聊天机器人、研究助手或任何需要上下文感知智能的应用程序！

但等等，还有更多！你还掌握了优化性能的专业技巧，比如调整嵌入的块大小，在检索中平衡速度和准确性。此外，本文介绍的免费 RAG 成本计算器使你能够提前估算费用，让你可以在无惊喜的情况下进行实验。想象一下接下来会发生什么：完善你的管道，添加自定义数据源，甚至探索多模态 RAG。你已经打下了基础——现在是构建、迭代和创新的时候。无论你是在解决特定问题，还是在创造下一个大型 AI 驱动工具，你都具备将创意变为现实的能力。所以，启动你的代码编辑器，调整那些参数，让你的创意驰骋。智能应用的未来掌握在你手中——去把它变得惊人吧！🚀

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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