RAG系统的四层天梯:大模型RAG系统的成长之路 精华

发布于 2024-10-15 14:42
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第一章:为什么要给大模型喂"额外营养"?

想象一下,你有一个超级智能的AI助手,它几乎无所不知。但当你问它"今天的股市行情如何?"或者"最新的新冠病毒变种有哪些症状?",它却一脸茫然。这就是大语言模型(LLM)的现状 - 知识广博但不够新鲜。

这就是为什么我们需要给LLM喂点"额外营养",也就是外部数据。这个过程,专业点说叫"检索增强生成"(RAG)。

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首先,让我们聊聊为什么要这么做:

1.1 让AI变得更"专业"

LLM虽然懂得多,但在专业领域可能还不如一个刚毕业的学生。想象你在开发一个法律AI助手,如果它连最新的法律修订都不知道,那不就成了法庭上的笑话吗?

举个例子:假设有一个新的环保法规出台。传统LLM可能完全不知道,但使用RAG的系统可以迅速学习并应用这个新规定。这就是外部数据的威力 - 它能让AI快速成为各行各业的"专家"。

1.2 保持AI的"时尚度"

AI世界发展太快了,昨天的新闻今天就成了旧闻。如果你的AI还在谈论2020年的事情,那就真的out了。

比如,如果你问AI:"最新的AI突破是什么?",传统LLM可能还在谈GPT-3,而使用RAG的系统已经能讨论GPT-4、DALL-E 3等最新进展。

1.3 减少AI的"幻想症"

LLM有时候会自信满满地胡说八道,这在AI圈叫"幻觉"。给它喂点靠谱的外部数据,就能大大减少这种情况。

假如你在做医疗诊断,AI胡乱猜测症状可是会出人命的。使用RAG,AI可以基于最新的医学研究来给出建议,大大提高了可靠性。

听起来很美好,对吧?但是,实现起来可没那么容易。这就像是给大象装上显微镜 - 既要保持大象的力量,又要发挥显微镜的精准。

首先,你得准备海量的高质量数据。我们说的不是几个 word,而是至少覆盖业务场景的数据量。数据从哪来?爬虫、购买、合作获取,方法多得是。但要小心,爬虫爬着爬着,搞不好律师函就来了。所以,找专业的数据团队来处理这事儿准没错。

然后,你得建立一个超级高效的检索系统。这就像是给AI配了个24小时不睡觉的图书管理员,随时准备找出最相关的信息。

最后,还得想办法让AI"理解"这些新信息。这可不是简单的复制粘贴,而是要让AI真正吸收这些知识,并在回答问题时能灵活运用。

听起来很难?确实如此。在各个专业领域部署这样的系统,面临的挑战可不少:

  1. 数据质量控制:垃圾进,垃圾出。如果喂给AI的数据质量不好,那结果可能比不用外部数据还糟糕。
  2. 实时性vs.计算成本:理想情况下,我们希望AI能实时获取最新信息。但这意味着巨大的计算成本。如何在实时性和成本之间取得平衡,是个大问题。
  3. 领域适应性:医疗、法律、金融,每个领域都有其特殊性。如何让一个通用的RAG系统适应不同领域的需求,这可是个技术活。
  4. 隐私和安全:尤其在处理敏感信息时(比如医疗记录),如何在利用数据的同时保护隐私,这是个棘手的问题。

给LLM喂"额外营养"的潜力是巨大的,但挑战也不小。谁能解决这些问题,谁就可能成为下一个AI领域的巨头。

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第二章:RAG不是一刀切 - 四个层次的查询分类

在上面,我们了解了为什么要给大模型喂"额外营养"。但是,就像人类的饮食需要根据不同情况调整一样,RAG系统也需要根据不同类型的查询来调整其策略。

假如你正在开发一个全能型AI助手。有时候用户可能会问"2023年诺贝尔文学奖得主是谁?",有时候可能会问"为什么量子计算机比传统计算机快?"。这两种问题显然需要不同的处理方式,对吧。

基于这种思考,论文将用户查询分为四个层次。让我们逐一深入探讨:

2.1 显式事实查询

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这是最直接的查询类型。用户问的是明确的、可以直接在数据中找到答案的问题。

例如:"东京奥运会是哪一年举办的?"

对于这类查询,RAG系统的任务相对简单:

  • 首先,系统需要准确理解查询的关键词(如"东京奥运会"和"举办年份")
  • 然后,在外部数据源中直接检索这些信息
  • 最后,将找到的信息组织成自然语言回答

实现这类查询的关键在于高效的信息检索系统。你可能需要使用倒排索引、向量检索等技术来加速查找过程。

2.2 隐式事实查询

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这类查询虽然也是关于事实的,但答案并不能直接在单一数据点中找到,需要综合多个信息。

例如:"哪个国家在过去十年的奥运会上获得的金牌总数最多?"

处理这类查询的挑战在于:

  • 系统需要理解查询的时间范围("过去十年")
  • 需要检索多个奥运会的数据
  • 对检索到的数据进行汇总和比较

这就需要RAG系统具备一定的数据处理和简单推理能力。你可能需要实现一些轻量级的数据分析功能,如聚合、排序等。

2.3 可解释推理查询

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这类查询不仅需要事实,还需要解释或推理。答案通常需要基于某些明确的规则或指南。

例如:"根据现行法律,一个18岁的人可以在美国哪些州合法购买酒精饮料?"

处理这类查询的难点在于:

  • 系统需要检索相关的法律法规
  • 理解法律条文的含义
  • 将法律条文应用到具体情况(18岁)
  • 生成一个既准确又易懂的解释

这种查询可能需要你实现一些规则引擎或决策树,以模拟人类的推理过程。

2.4 隐藏推理查询

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这是最复杂的查询类型。答案不仅需要大量的背景知识,还需要复杂的推理过程,而这些推理过程可能并不明确。

例如:"考虑到全球气候变化,未来20年内北极熊的生存前景如何?"

处理这类查询的挑战在于:

  • 需要整合来自多个领域的知识(气候科学、生态学、北极熊生物学等)
  • 需要进行复杂的因果推理
  • 可能需要考虑多种可能的情景

实现这类查询的RAG系统可能需要结合多种AI技术,如因果推理模型、情景模拟等。你可能还需要实现一种"思维链"(Chain of Thought)机制,让AI能够逐步推理并解释其推理过程。

总结一下,这四个层次的查询分类方法让我们能够更有针对性地设计和优化RAG系统。从简单的事实检索到复杂的推理任务,每一层都有其独特的挑战和解决方案。

在实际应用中,一个成熟的RAG系统往往需要能够处理所有这四个层次的查询。这就像是在训练一个全能运动员 - 既要能短跑,又要能马拉松,还得会游泳和举重。听起来很难?确实如此。但是,正是这种挑战让AI研究如此激动人心。

第三章:深入RAG的四个层次 - 从定义到解决方案

我们概述了RAG任务的四个层次。现在,让我们卷起袖子,深入每个层次的技术细节。准备好你的工程师思维,我们要开始真正的技术探索了!

3.1 显式事实查询

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定义和特征:这是最基础的查询类型,答案直接存在于外部数据中。特征是查询和答案之间存在直接的文本匹配关系。

例如:Query: "谁发明了电话?" Answer: "亚历山大·格雷厄姆·贝尔发明了电话。"

相关数据集:

  • Natural Questions (NQ)
  • SQuAD (Stanford Question Answering Dataset)
  • TriviaQA

这些数据集包含大量的问答对,非常适合训练和评估处理显式事实查询的模型。

关键挑战:

  1. 高效检索:在海量数据中快速定位相关信息。
  2. 准确匹配:精确识别查询和答案之间的对应关系。
  3. 答案抽取:从检索到的文本中准确提取所需信息。

最有效的解决技术:

  1. 稠密检索:使用BERT等模型将查询和文档编码为稠密向量,进行相似度匹配。
  2. BM25等经典检索算法:基于词频和文档频率进行相关性排序。
  3. 跨度预测:使用机器学习模型在检索到的文档中预测答案的起始和结束位置。

代码示例(使用Haystack框架):

from haystack import Pipeline
from haystack.nodes import BM25Retriever, FARMReader

retriever = BM25Retriever(document_store)
reader = FARMReader("deepset/roberta-base-squad2")

pipe = Pipeline()
pipe.add_node(compnotallow=retriever, name="Retriever", inputs=["Query"])
pipe.add_node(compnotallow=reader, name="Reader", inputs=["Retriever"])

result = pipe.run(query="谁发明了电话?")
print(result['answers'][0].answer)

3.2 隐式事实查询

定义和特征:这类查询的答案需要综合多个信息源。特征是需要进行简单的推理或计算。

例如:Query: "哪个国家在2020年奥运会上获得的金牌最多?"
Answer: 需要检索多个国家的金牌数据,并进行比较。

相关数据集:

  • HotpotQA
  • ComplexWebQuestions
  • IIRC (Incomplete Information Reading Comprehension)

这些数据集包含需要多跳推理的问题,很适合训练处理隐式事实查询的模型。

关键挑战:

  1. 多跳推理:需要从多个文档中收集信息并进行整合。
  2. 信息聚合:如何有效地组合来自不同源的信息。
  3. 中间结果管理:在多步推理过程中如何管理和利用中间结果。

最有效的解决技术:

  1. 图神经网络:构建文档之间的关系图,进行多跳推理。
  2. 迭代检索:基于初始检索结果进行多轮检索,逐步收集所需信息。
  3. 查询分解:将复杂查询分解为多个简单查询,分步骤解决。

代码示例(使用DeepsetAI的Haystack框架):

from haystack import Pipeline
from haystack.nodes import BM25Retriever, FARMReader, JoinDocuments

retriever = BM25Retriever(document_store)
reader = FARMReader("deepset/roberta-base-squad2")
joiner = JoinDocuments(join_mode="concatenate")

pipe = Pipeline()
pipe.add_node(compnotallow=retriever, name="Retriever", inputs=["Query"])
pipe.add_node(compnotallow=joiner, name="Joiner", inputs=["Retriever"])
pipe.add_node(compnotallow=reader, name="Reader", inputs=["Joiner"])

result = pipe.run(query="哪个国家在2020年奥运会上获得的金牌最多?")
print(result['answers'][0].answer)

3.3 可解释推理查询

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定义和特征:这类查询需要基于特定规则或指南进行推理。特征是需要应用领域知识和逻辑推理。

例如:Query: "根据现行法律,一个年收入5万美元的单身人士在加利福尼亚州需要缴纳多少所得税?"
Answer: 需要检索税法,理解税率表,并进行相应计算。

相关数据集:

  • LogicalQA
  • ReClor
  • ProofWriter

这些数据集包含需要逻辑推理的问题,适合训练处理可解释推理查询的模型。

关键挑战:

  • 规则表示:如何在系统中表示和存储复杂的规则和指南。
  • 规则应用:如何正确地将规则应用到具体情况。
  • 解释生成:如何生成清晰、可理解的推理过程解释。

最有效的解决技术:

  • 符号推理:使用逻辑编程语言(如Prolog)表示和应用规则。
  • 神经符号结合:将神经网络与符号推理系统结合。
  • Chain-of-Thought提示:使用特殊的提示技术引导语言模型进行步骤化推理。

代码示例(使用GPT-3进行Chain-of-Thought推理):

import openai

openai.api_key = "your-api-key"

prompt = """
Query: 根据现行法律,一个年收入5万美元的单身人士在加利福尼亚州需要缴纳多少所得税?

Let's approach this step-by-step:

1) First, we need to know the California state income tax brackets for single filers.
2) Then, we'll calculate the tax for each bracket up to $50,000.
3) Finally, we'll sum up the tax amounts.

Step 1: California tax brackets for single filers (2021):
- 1% on the first $8,932 of taxable income
- 2% on taxable income between $8,933 and $21,175
- 4% on taxable income between $21,176 and $33,421
- 6% on taxable income between $33,422 and $46,394
- 8% on taxable income between $46,395 and $50,000

Step 2: Calculate tax for each bracket:
- 1% of $8,932 = $89.32
- 2% of ($21,175 - $8,933) = $244.84
- 4% of ($33,421 - $21,176) = $489.80
- 6% of ($46,394 - $33,422) = $778.32
- 8% of ($50,000 - $46,395) = $288.40

Step 3: Sum up the tax amounts:
$89.32 + $244.84 + $489.80 + $778.32 + $288.40 = $1,890.68

Therefore, a single person with an annual income of $50,000 in California would owe approximately $1,890.68 in state income tax.

Note: This is a simplified calculation and doesn't account for deductions, credits, or other factors that might affect the actual tax liability.
"""

response = openai.Completion.create(
  engine="gpt4",
  prompt=prompt,
  max_tokens=500
)

print(response.choices[0].text.strip())

隐藏推理查询

定义和特征:这是最复杂的查询类型,需要大量背景知识和复杂的推理过程。特征是推理过程往往不是明确的,需要模型自行发现和应用隐含的知识和关系。

例如:Query: "考虑到全球气候变化和人类活动,预测未来50年内亚马逊雨林的变化。"
Answer: 需要综合气候科学、生态学、社会学等多个领域的知识,进行复杂的因果推理和预测。

相关数据集:

  • ARC-Challenge
  • OpenBookQA
  • QASC (Question Answering via Sentence Composition)

这些数据集包含需要广泛知识和复杂推理的问题,适合训练处理隐藏推理查询的模型。

关键挑战:

  • 知识整合:如何有效整合来自不同领域的大量知识。
  • 隐含关系发现:如何发现数据中的隐含关系和模式。
  • 不确定性处理:如何处理推理过程中的不确定性和多种可能性。

最有效的解决技术:

  • 大规模预训练语言模型:如GPT-3, PaLM等,它们包含大量隐含知识。
  • 知识图谱:构建和利用大规模知识图谱进行复杂推理。
  • 多任务学习:同时学习多个相关任务,提高模型的泛化能力。
  • 元学习:让模型学会如何学习,以适应新的、复杂的推理任务。

代码示例(使用Hugging Face的Transformers库和GPT-4):

from transformers import pipeline
import openai

# 使用BART进行初步总结
summarizer = pipeline("summarization", model="facebook/bart-large-cnn")

# 假设我们有多个相关文档
documents = [
    "气候变化正在加速亚马逊雨林的退化...",
    "人类活动,如砍伐和农业扩张,正在威胁亚马逊雨林...",
    "一些研究表明,亚马逊雨林可能会在未来几十年内达到临界点..."
]

# 总结每个文档
summaries = [summarizer(doc, max_length=50, min_length=10, do_sample=False)[0]['summary_text'] for doc in documents]

# 使用GPT-3进行最终的综合分析
openai.api_key = "your-api-key"

prompt = f"""
Based on the following summaries about the Amazon rainforest:

{' '.join(summaries)}

Predict the changes in the Amazon rainforest over the next 50 years, considering global climate change and human activities. Provide a detailed analysis.
"""

response = openai.Completion.create(
  engine="gpt4",
  prompt=prompt,
  max_tokens=500
)

print(response.choices[0].text.strip())

以上的例子展示了如何结合使用预训练模型进行文本总结,然后使用更强大的语言模型(如GPT-4)进行复杂的推理和预测。
通过深入了解这四个层次的查询,我们可以看到RAG系统面临的挑战是多方面的,从简单的信息检索到复杂的知识整合和推理。每一个层次都需要特定的技术和方法来解决其独特的挑战。

在实际应用中,一个成熟的RAG系统往往需要能够处理所有这四个层次的查询。这就要求我们不断创新和改进现有的技术,同时也为AI研究开辟了广阔的前景。

第四章:数据与LLM的三种"联姻"方式

在前面的内容中,我们讨论了RAG系统如何处理不同层次的查询。现在,让我们转向一个更加根本的问题:假如获取到数据后,如何将外部数据与LLM结合起来?论文提出了三种主要的方法,每种方法都有其独特的优势和挑战。让我们逐一深入探讨。

4.1 上下文方法(Context)

这种方法就像是给LLM一个即时的"记忆补丁"。每次询问LLM时,我们都会同时提供相关的上下文信息。

工作原理:

  1. 接收用户查询
  2. 从外部数据源检索相关信息
  3. 将检索到的信息与用户查询一起作为输入提供给LLM
  4. LLM基于这个增强的输入生成回答

优势:

  • 灵活性高:可以根据每个查询动态选择相关信息
  • 无需重新训练模型:可以直接使用预训练的LLM
  • 可解释性强:我们知道模型使用了哪些额外信息

挑战:

  • 上下文长度限制:LLM通常有输入长度限制,限制了可以提供的上下文量
  • 检索质量依赖:回答质量高度依赖于检索系统的性能
  • 计算成本:每次查询都需要进行检索,可能增加延迟

实现示例:

from transformers import AutoTokenizer, AutoModelForCausalLM
import torch

tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained("Qwen/Qwen2-72B-Instruct")
model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained("Qwen/Qwen2-72B-Instruct")

def get_context(query):
    # 这里应该是你的检索逻辑
    return "相关上下文信息..."

query = "什么是量子计算?"
context = get_context(query)

input_text = f"上下文:{context}\n问题:{query}\n回答:"
input_ids = tokenizer.encode(input_text, return_tensors="pt")

output = model.generate(input_ids, max_length=200, num_return_sequences=1, no_repeat_ngram_size=2)
response = tokenizer.decode(output[0], skip_special_tokens=True)

print(response)

4.2 小模型方法(Small model)

这种方法就像是给LLM配备了一个专业的"助手"。我们训练一个小型模型来处理特定任务,如信息检索或知识整合,然后将这个小模型的输出提供给LLM。

工作原理:

  1. 训练一个专门的小模型(如检索器或知识整合器)
  2. 接收用户查询
  3. 小模型处理查询,生成相关信息或知识表示
  4. 将小模型的输出与用户查询一起提供给LLM
  5. LLM生成最终回答

优势:

  • 效率:小模型可以更快速地处理大量数据
  • 专业性:可以为特定任务定制小模型
  • 模块化:可以轻松更新或替换小模型,而不影响主要的LLM

挑战:

  • 训练复杂性:需要额外的训练过程和数据
  • 集成难度:需要设计有效的方法将小模型的输出与LLM结合
  • 性能瓶颈:如果小模型性能不佳,可能会限制整个系统的表现

实现示例:

from transformers import AutoTokenizer, AutoModel, AutoModelForCausalLM
import torch

# 假设这是我们的小模型,用于生成查询的向量表示
retriever_tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained("sentence-transformers/all-MiniLM-L6-v2")
retriever_model = AutoModel.from_pretrained("sentence-transformers/all-MiniLM-L6-v2")

# 主要的LLM
lm_tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained("Qwen/Qwen2-72B-Instruct")
lm_model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained("Qwen/Qwen2-72B-Instruct")

def get_query_embedding(query):
    inputs = retriever_tokenizer(query, return_tensors="pt", padding=True, truncatinotallow=True)
    with torch.no_grad():
        outputs = retriever_model(**inputs)
    return outputs.last_hidden_state.mean(dim=1)

query = "什么是量子计算?"
query_embedding = get_query_embedding(query)

# 在实际应用中,我们会用这个嵌入来检索相关文档
# 这里我们简单地假设我们得到了一些相关信息
retrieved_info = "量子计算是利用量子力学现象进行计算的技术..."

input_text = f"基于以下信息:{retrieved_info}\n回答问题:{query}"
input_ids = lm_tokenizer.encode(input_text, return_tensors="pt")

output = lm_model.generate(input_ids, max_length=200, num_return_sequences=1, no_repeat_ngram_size=2)
response = lm_tokenizer.decode(output[0], skip_special_tokens=True)

print(response)

4.3 微调方法(Fine-tuning)

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这种方法就像是给LLM进行"专业培训"。我们使用特定领域的数据对预训练的LLM进行进一步的训练,使其能够更好地处理特定类型的任务或领域知识。

工作原理:

  • 准备特定领域或任务的数据集
  • 使用这些数据对预训练的LLM进行进一步训练
  • 在推理时,直接使用微调后的模型处理用户查询

优势:

  • 性能:在特定领域或任务上可以获得最佳性能
  • 效率:推理时不需要额外的检索步骤
  • 知识整合:可以将大量领域知识直接整合到模型中

挑战:

  • 计算成本:微调大型模型需要大量计算资源
  • 数据需求:需要大量高质量的领域特定数据
  • 灵活性降低:微调后的模型可能在其他领域表现下降

实现示例:

from transformers import AutoTokenizer, AutoModelForCausalLM, TrainingArguments, Trainer
import torch
from datasets import load_dataset

# 加载预训练模型
model_name = "gpt2"
tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(model_name)
model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(model_name)

# 准备数据集(这里使用虚构的数据集名称)
dataset = load_dataset("quantum_physics_dataset")

def tokenize_function(examples):
    return tokenizer(examples["text"], padding="max_length", truncatinotallow=True)

tokenized_datasets = dataset.map(tokenize_function, batched=True)

# 设置训练参数
training_args = TrainingArguments(
    output_dir="./results",
    num_train_epochs=3,
    per_device_train_batch_size=8,
    per_device_eval_batch_size=8,
    warmup_steps=500,
    weight_decay=0.01,
    logging_dir="./logs",
)

# 创建Trainer
trainer = Trainer(
    model=model,
    args=training_args,
    train_dataset=tokenized_datasets["train"],
    eval_dataset=tokenized_datasets["test"],
)

# 开始微调
trainer.train()

# 使用微调后的模型
query = "什么是量子纠缠?"
input_ids = tokenizer.encode(query, return_tensors="pt")
output = model.generate(input_ids, max_length=200, num_return_sequences=1, no_repeat_ngram_size=2)
response = tokenizer.decode(output[0], skip_special_tokens=True)

print(response)

每种方法都有其适用的场景:

  • 上下文方法适合需要高度灵活性,或者经常需要处理新信息的场景。
  • 小模型方法适合需要专门处理某些复杂任务(如高级检索或知识推理)的场景。
  • 微调方法适合在特定领域需要深度专业知识,且有大量相关数据可用的场景。

在实际应用中,这三种方法往往是结合使用的。例如,我们可能会先对LLM进行领域微调,然后在使用时还配合上下文方法提供最新信息。或者,我们可能会使用经过微调的小模型来进行检索,然后将检索结果作为上下文提供给主要的LLM。

选择哪种方法,或如何组合这些方法,取决于具体的应用需求、可用资源、以及对模型性能、效率和灵活性的权衡。

第五章:RAG的艺术 - 从理论到实践的整合之道

我们将把前面所学的所有概念串联起来,看看如何在实际中运用这些知识。系好安全带,我们开始这段激动人心的旅程吧!

5.1 三种整合方式的利弊权衡

还记得我们讨论过的三种将外部数据整合到LLM中的方式吗?让我们再深入探讨一下它们各自的优缺点和适用场景。

  1. 上下文方法(Context)

优势:

- 灵活性拉满:想换数据就换,LLM完全不用动
- 透明度高:我们清楚地知道模型用了哪些额外信息

局限性:

- 上下文长度有限:就像塞鸭子,塞太多LLM也消化不了
- 检索质量决定生死:垃圾进垃圾出,检索不好全盘皆输

适用场景:

- 需要频繁更新知识库的应用
- 对结果可解释性要求高的场景
  1. 小模型方法(Small model)

优势:

- 专业性强:可以为特定任务定制"小助手"
- 模块化设计:想换就换,主LLM不受影响

局限性:

- 训练成本高:又要准备数据又要训练,累死个人
- 集成难度大:让"小助手"和LLM无缝配合不是易事

适用场景:

- 有特定复杂任务需要处理的应用
- 计算资源有限,无法频繁调用大型LLM的情况
  1. 微调方法(Fine-tuning)

优势:

- 性能王者:在特定领域可以达到最佳表现
- 推理效率高:不需要额外的检索步骤

局限性:

- 计算成本高:微调大模型,没个几千块GPU别想了
- 灵活性降低:一旦微调,可能会影响其他领域的表现

适用场景:

- 特定领域的专业应用
- 有大量高质量领域数据可用的情况

5.2 四个查询层次的技术方案

现在,让我们看看如何针对不同复杂度的查询选择合适的技术方案。

  • 显式事实查询:基础RAG就够了这就像是在图书馆找一本特定的书。我们用基础的RAG就能搞定,主要是要把检索做好。代码示例:

from haystack import Pipeline
from haystack.nodes import BM25Retriever, FARMReader

retriever = BM25Retriever(document_store)
reader = FARMReader("deepset/roberta-base-squad2")

pipe = Pipeline()
pipe.add_node(compnotallow=retriever, name="Retriever", inputs=["Query"])
pipe.add_node(compnotallow=reader, name="Reader", inputs=["Retriever"])

result = pipe.run(query="谁发明了电话?")
print(result['answers'][0].answer)
  • 隐式事实查询:迭代RAG、图/树RAG、RAG+SQL这就像是要写一篇研究报告,需要查阅多本书籍并整合信息。

代码示例(迭代RAG):

def iterative_rag(query, max_iteratinotallow=3):
    context = ""
    for i in range(max_iterations):
        result = pipe.run(query=query + " " + context)
        new_info = result['answers'][0].answer
        context += new_info
        if "完整回答" in new_info:
            break
    return context

final_answer = iterative_rag("比较太阳系中最大和最小的行星")
print(final_answer)

- 迭代RAG:多轮检索,每轮基于之前的结果继续深入
- 图/树RAG:构建知识图谱,进行多跳推理
- RAG+SQL:结合结构化数据查询,处理复杂的数值计算
  • 可解释推理查询:提示调优、思维链提示这就像是要解决一道复杂的数学题,需要一步步推导。

代码示例(思维链提示):

prompt = """
问题:一个水箱可以在6小时内装满水。现在已经装了2小时,还剩下3/4没装满。请问这个水箱实际上需要多长时间才能装满?

让我们一步步思考:
1) 首先,我们知道正常情况下,水箱需要6小时装满。
2) 现在已经装了2小时,还剩3/4没装满。
3) 这意味着2小时内只装满了1/4的水箱。
4) 如果2小时装满1/4,那么装满整个水箱需要的时间是:
   2小时 * 4 = 8小时

因此,这个水箱实际上需要8小时才能装满。

是否需要我进一步解释这个推理过程?
"""

response = openai.Completion.create(engine="gpt4", prompt=prompt, max_tokens=150)
print(response.choices[0].text.strip())

- 提示调优:设计特定的提示模板,引导LLM进行推理
- 思维链提示:让LLM像人类一样,一步步写出推理过程
  • 隐藏推理查询:离线学习、上下文学习、微调这就像是要预测未来的股市走势,需要整合大量信息并进行复杂的推理。

代码示例(微调):

from transformers import AutoTokenizer, AutoModelForCausalLM, TrainingArguments, Trainer

model_name = "gpt2"
tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(model_name)
model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(model_name)

# 准备特定领域的数据集
train_dataset = ...  # 你的训练数据
eval_dataset = ...   # 你的评估数据

training_args = TrainingArguments(output_dir="./results", num_train_epochs=3, per_device_train_batch_size=8)

trainer = Trainer(model=model, args=training_args, train_dataset=train_dataset, eval_dataset=eval_dataset)
trainer.train()

# 使用微调后的模型
query = "预测未来5年的全球经济趋势"
input_ids = tokenizer.encode(query, return_tensors="pt")
output = model.generate(input_ids, max_length=200)
print(tokenizer.decode(output[0], skip_special_tokens=True))

- 离线学习:预先学习领域知识,构建专门的知识库
- 上下文学习:动态选择最相关的上下文进行学习
- 微调:在特定领域数据上微调LLM

5.3 知己知彼,百战不殆

在开发RAG应用之前,我们需要做的第一件事是什么?没错,就是深入理解我们要解决的问题。这就像是要打仗前先要了解敌情一样重要。

  • 理解目标任务:我们到底要解决什么问题?是简单的信息检索还是复杂的推理任务?
  • 确定查询复杂度:我们的用户会问什么类型的问题?是简单的事实查询还是需要深度推理的问题?
  • 评估数据情况:我们有什么样的数据可用?数据的质量如何?是否需要预处理?
  • 考虑资源限制:我们有多少计算资源?对响应速度有什么要求?

只有充分理解了这些因素,我们才能选择最适合的技术方案。记住,没有一种方法是万能的,关键是找到最适合你特定需求的方法。

5.4 大杂烩才是真正的美味

在实际应用中,我们经常会遇到各种类型的查询混杂在一起的情况。这就像是要做一道大杂烩,需要各种食材和调料的完美配合。

我们需要设计一个智能的路由系统,能够识别不同类型的查询,并将其导向最合适的处理模块。这个系统可能看起来像这样:

def query_router(query):
    if is_simple_fact_query(query):
        return basic_rag(query)
    elif is_implicit_fact_query(query):
        return iterative_rag(query)
    elif is_interpretable_reasoning_query(query):
        return chain_of_thought_prompting(query)
    elif is_hidden_reasoning_query(query):
        return fine_tuned_model(query)
    else:
        return fallback_method(query)

def process_query(query):
    response = query_router(query)
    return post_process(response)

# 使用示例
user_query = "请解释量子纠缠的原理及其在量子计算中的应用"
answer = process_query(user_query)
print(answer)

这个路由系统就像是一个经验丰富的总厨,知道每种原料应该如何处理,最终做出一道美味的大餐。

结语

构建一个优秀的RAG系统,就像是在进行一场复杂的厨艺比赛。你需要了解每种原料(数据)的特性,掌握各种烹饪技巧(技术方法),并且要有足够的创意来应对各种挑战。

RAG系统的四层天梯:大模型RAG系统的成长之路-AI.x社区

记住,理论和实践同样重要。多尝试,多总结,你就会发现RAG的魅力所在。谁知道呢,或许也许下一个改变AI世界的突破,就来自于你的灵感。

论文原文:

《Retrieval Augmented Generation (RAG) and Beyond: A Comprehensive Survey on How to Make your LLMs use External Data More Wisely》

本文转载自 芝士AI吃鱼​,作者: 芝士AI吃鱼

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