使用 LangChain、pgvector、Mistral AI Mixtral 8x7B 和 IBM granite-embedding-278m-multilingual 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's Mixtral 8x7B: 一个前沿的多模型架构，旨在提高性能和效率。它结合了8个较小的模型，每个模型拥有70亿个参数，从而实现更专业的能力和更好的可扩展性。这一创新设计旨在提供更快、更准确的人工智能响应，同时保持资源的高效利用。
• IBM granite-embedding-278m-multilingual: 这款先进的AI模型专注于生成多语言文本嵌入，因此在跨语言信息检索和翻译等任务中非常高效。凭借其理解多种语言的能力，它在涉及全球数据集和多语言客户互动的应用中表现出色。

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 Mixtral 8x7B

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-mixtral-8x7b", model_provider="mistralai")

第 3 步：安装并配置 IBM granite-embedding-278m-multilingual

pip install -qU langchain-ibm

import getpass
import os

if not os.environ.get("WATSONX_APIKEY"):
  os.environ["WATSONX_APIKEY"] = getpass.getpass("Enter API key for IBM watsonx: ")

from langchain_ibm import WatsonxEmbeddings

embeddings = WatsonxEmbeddings(
    model_id="ibm/granite-embedding-278m-multilingual",
    url="https://us-south.ml.cloud.ibm.com",
    project_id="<WATSONX PROJECT_ID>",
)

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 Mixtral 8x7B 优化建议

Mixtral 8x7B 是一种专家混合模型 (MoE)，这意味着每个查询仅使用其参数的一个子集，从而优化效率并保持高性能。为了最大化检索增强生成 (RAG) 的效率，确保检索管道返回高度相关的上下文，以避免不必要的令牌使用。使用自适应分块提供结构化和简明的信息，防止检索过多或冗余的数据。通过调整路由策略来优化推理速度，确保有效利用正确的专家路径。微调温度 (0.1–0.3 用于事实任务) 和 top-p 设置，以保持响应的一致性。如果在自托管或基于 API 的环境中运行 Mixtral，请利用批处理和并行处理来高效处理高吞吐量的请求。在多层系统中将 Mixtral 与其他模型结合时，对推理密集型查询进行选择性使用，同时将简单任务委派给较小的模型。

IBM granite-embedding-278m-multilingual 优化建议

为了优化IBM granite-embedding-278m-multilingual以适应您的检索增强生成（RAG）设置，考虑对与您的用例相关的特定领域数据进行微调，这有助于提高嵌入的准确性。在处理查询时使用小批量，以平衡内存效率和速度，确保充分利用GPU加速。为经常访问的文档实施缓存机制，以减少检索延迟，并尝试使用不同的相似度度量，以找到最适合您数据的度量。定期监测性能，并迭代学习率和嵌入维度等超参数，以进一步增强您的检索能力。

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

通过深入本教程，你已经解锁了将尖端工具结合起来，从零开始构建RAG系统的能力！你已经见识到了LangChain如何作为粘合剂，无缝地协调你的数据、模型和应用之间的工作流程。使用pgvector作为你的向量数据库，你学会了如何高效地存储和检索嵌入，将非结构化数据转化为可搜索的知识。Mistral AI的Mixtral 8x7B，这款强大的LLM，通过合成检索到的上下文展示了其生成类人答案的能力，而IBM紧凑却强大的granite-embedding-278m-multilingual模型则证明了生成高质量嵌入并不需要庞大的资源——这非常适合多语言应用。一起，这些工具形成了一个动态的管道：将数据分块，嵌入，存储，检索相关片段，并生成几乎感觉神奇的答案。

但这不仅仅是基础知识——你还掌握了优化的专业技巧，比如在精度和速度之间平衡分块大小，以及在pgvector中利用混合搜索策略。更不用说锦上添花的部分：免费的RAG成本计算器帮助你在实验时无惊喜地规划预算。想象一下接下来会发生什么！你现在可以构建更智能的聊天机器人、高度个性化的搜索引擎，甚至多语言知识中心。这些工具属于你，可能性是无穷的。所以，尽管去调整那些参数，尝试新的数据集，让你的创造力尽情发挥。人工智能驱动的应用的未来掌握在你手中。开始构建，持续迭代，见证你的想法成为现实。RAG革命才刚刚开始，而你已经在领军这场变革！ 🚀

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