LangChain学习笔记—RAG（检索增强生成）-编程知识

LangChain

LangChain是一个软件开发框架，可以更轻松地使用大型语言模型（LLM）创建应用程序。它是一个具有 Python 和 JavaScript 代码库的开源工具。LangChain 允许开发人员将 GPT-4 等 LLM 与外部数据相结合，为聊天机器人、代码理解、摘要等各种应用程序开辟了可能性。

LangChain模块

LangChain将其功能分组到以下模块中：

模型
提示
链
代理
记忆
文档加载程序和索引

提示

提示是指模型输入。在前面的部分中，您将提示硬编码为 LLM 和聊天模型。此技术不适用，因为在生产环境中不会收到硬编码的完整文本提示。相反，您将收到来自用户的简洁输入，您将希望将其转换为提示。

模型

LangChain支持三种类型的模型：

大型语言模型
聊天模型
文本嵌入模型

链

链允许您同时运行多个LangChain模块。例如，使用链，您可以同时运行提示符和 LLM，从而避免了首先格式化 LLM 模型的提示，然后使用模型在单独的步骤中执行它。

LangChain支持三种主要类型的链：

简单的 LLM 链
顺序链
定制链

代理

LangChain代理涉及LLM来执行以下步骤：

根据用户输入或其先前的输出确定要执行的操作。
执行操作。
观察输出。
重复前三个步骤，直到它尽其所能完成用户输入中定义的任务。

RAG Architecture

典型的 RAG 应用程序有两个主要组件：

索引（Indexing）

用于从源获取数据并为其建立索引的管道。这通常发生在离线状态。

提取和生成（Retriever and generation）

实际的 RAG 链，它在运行时接受用户查询并从索引中检索相关数据，然后将其传递给模型。

索引（Indexing）

Load

首先需要加载数据，通过DocumentLoaders完成

Split

Text splitters将large Documents分成更小的chunks。这对于索引数据和将其传递到模型都很有用，因为大块更难搜索并且不适合模型的有限上下文窗口。

Store

存储和索引我们的分割，这通常是使用 VectorStore 和 Embeddings 模型来完成的。

矢量数据库

Chroma 是一个用于构建具有嵌入的 AI 应用程序的数据库。

数据量庞大的知识、新闻、文献、语料等先通过嵌入（embedding）算法转变为向量数据，然后存储在Chroma等向量数据库中。当用户在大模型输入问题后，将问题本身也embedding，转化为向量，在向量数据库中查找与之最匹配的相关知识，组成大模型的上下文，将其输入给大模型，最终返回大模型处理后的文本给用户，这种方式不仅降低大模型的计算量，提高响应速度，也降低成本，并避免了大模型的tokens限制，是一种简单高效的处理手段。

主流的向量数据库对比如下所示：

向量数据库	URL	GitHub Star	Language
chroma	https://github.com/chroma-core/chroma	7.4K	Python
milvus	https://github.com/milvus-io/milvus	21.5K	Go/Python/C++
pinecone	https://www.pinecone.io/	❌	❌
qdrant	https://github.com/qdrant/qdrant	11.8K	Rust
typesense	https://github.com/typesense/typesense	12.9K	C++
weaviate	https://github.com/weaviate/weaviate	6.9K	Go

在这里我们使用chroma

提取和生成（Retrieval and generation）

Retrieve：给定用户输入，使用检索器从存储中检索相关分割。
Generate：ChatModel / LLM 使用包含问题和检索到的数据的提示生成答案

实例

import os
import bs4
from langchain import hub
from langchain_community.document_loaders import WebBaseLoader
from langchain_community.vectorstores import Chroma
from langchain_core.output_parsers import StrOutputParser
from langchain_core.runnables import RunnablePassthrough
from langchain_openai import ChatOpenAI, OpenAIEmbeddings
from langchain_text_splitters import RecursiveCharacterTextSplitter
from langchain_community.document_loaders import PyPDFLoader
# Load, chunk and index the contents of the blog.
print("Starting..........")
os.environ['OPENAI_API_KEY'] ="sk-xxxxxxxx"
os.environ['OPENAI_BASE_URL'] ="https://api.chatanywhere.tech/v1"
print("Loading.....")
#loader = WebBaseLoader(
#    web_paths=("https://lilianweng.github.io/posts/2023-06-23-agent/",),
#    bs_kwargs=dict(
#        parse_only=bs4.SoupStrainer(
#            class_=("post-content", "post-title", "post-header")
#        )
#    ),
#)
loader = PyPDFLoader("example_data/计算机信息模型导论2024.pdf")
docs = loader.load()
print("Loadded....")
text_splitter = RecursiveCharacterTextSplitter(chunk_size=1000, chunk_overlap=200)
splits = text_splitter.split_documents(docs)
vectorstore = Chroma.from_documents(documents=splits, embedding=OpenAIEmbeddings(),persist_directory="./vector_store")# Retrieve and generate using the relevant snippets of the blog.
retriever = vectorstore.as_retriever()
prompt = hub.pull("rlm/rag-prompt")
print("RAG....")
llm = ChatOpenAI(model_name="gpt-3.5-turbo",base_url="https://api.chatanywhere.tech/v1", temperature=0)def format_docs(docs):return "\n\n".join(doc.page_content for doc in docs)rag_chain = ({"context": retriever | format_docs, "question": RunnablePassthrough()}| prompt| llm| StrOutputParser()
)
print(rag_chain.invoke("what is OPCUA 变量类型？ 请中文回答"))
# cleanup
#vectorstore.delete_collection()

计算机信息模型导论2024.pdf是我正在写的一本书。介绍计算机信息模型，其中包含了OPCUA 的基本知识。

Chroma 矢量数据库默认是存储在内存中的。如果设置了永久存储目录的位置persist_directory，它会存放在指定的目录中。一旦文档的矢量数据存储在文件中，提问可以不需要每次读pdf文件，程序简化为：

import os
from langchain import hubfrom langchain_community.vectorstores import Chroma
from langchain_core.output_parsers import StrOutputParser
from langchain_core.runnables import RunnablePassthrough
from langchain_openai import ChatOpenAI,OpenAIEmbeddings# Load, chunk and index the contents of the blog.os.environ['OPENAI_API_KEY'] ="sk-xxxxxxxxx"
os.environ['OPENAI_BASE_URL'] ="https://api.chatanywhere.tech/v1"
embedding = OpenAIEmbeddings(openai_api_key=os.environ['OPENAI_API_KEY'] )
vectorstore = Chroma(persist_directory="./vector_store",embedding_function=embedding)# Retrieve and generate using the relevant snippets of the blog.
retriever = vectorstore.as_retriever()
prompt = hub.pull("rlm/rag-prompt")
print("RAG....")
llm = ChatOpenAI(model_name="gpt-3.5-turbo",base_url="https://api.chatanywhere.tech/v1", temperature=0)def format_docs(docs):return "\n\n".join(doc.page_content for doc in docs)rag_chain = ({"context": retriever | format_docs, "question": RunnablePassthrough()}| prompt| llm| StrOutputParser()
)
print(rag_chain.invoke("what is OPCUA 变量类型？ 请中文回答"))