【带你 langchain 双排系列教程】9.LangChain基于RAG 实现文档问答：从入门到实战

摘要：RAG（Retrieval-Augmented Generation）是当前大语言模型应用的重要创新方向。本文将深入解析RAG在LangChain框架下的实现原理，并通过丰富的实例代码，展示如何基于RAG构建强大的文档问答应用，助力开发者快速掌握相关技术。

一、什么是RAG

RAG是Retrieval-Augmented Generation 的缩写，指检索增强生成。其核心思想是在大语言模型的输入端引入外部知识库的检索结果，帮助模型更好地理解和生成基于上下文的回答。

二、基于LangChain的RAG实现原理

数据加载与预处理：通过 LangChain 的 document_loaders 模块加载文档，然后使用 text_splitter 将文档分割为适合处理的块。
向量嵌入与存储：对分割后的文本块进行嵌入计算，生成向量表示，并存储在向量数据库中。
检索与生成：在问答过程中，首先对用户问题进行嵌入计算，然后从向量数据库中检索最相关的文本块，将检索结果与用户问题一起输入到大语言模型中，生成最终回答。

三、环境搭建

确保已安装以下依赖：

bash复制

pip install langchain langchain-openai faiss-cpu tiktoken

四、快速开始：问答示例

加载数据：从指定路径加载文档
分割文本：将文档分割为文本块
创建向量存储：使用 Faiss 向量库进行存储
问答功能：实现基于 RAG 的问答

1. 加载数据

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python">from langchain.document_loaders import TextLoader
loader = TextLoader("path/to/your/document.txt")
documents = loader.load()

2. 分割文本

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python">from langchain.text_splitter import CharacterTextSplitter
text_splitter = CharacterTextSplitter(chunk_size=1000, chunk_overlap=0)
docs = text_splitter.split_documents(documents)

3. 创建向量存储

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python">from langchain.embeddings.openai import OpenAIEmbeddings
from langchain.vectorstores import FAISS

embeddings = OpenAIEmbeddings()
db = FAISS.from_documents(docs, embeddings)

4. 问答功能

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python">from langchain.llms import OpenAI
from langchain.chains.question_answering import load_qa_chain

llm = OpenAI(model_name="text-davinci-003")
chain = load_qa_chain(llm, chain_type="stuff")

def get_answer(question):
    docs = db.similarity_search(question)
    return chain.run(input_documents=docs, question=question)

五、企业级项目：电商知识库问答

需求

通过RAG实现对电商知识库的问答，帮助客服人员快速获取产品信息。

1. 添加外部API检索

引入API调用功能，如天气查询、汇率换算等：

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python">from langchain.agents import initialize_agent, Tool
from langchain.chat_models import ChatOpenAI

llm = ChatOpenAI(temperature=0, model="gpt-3.5-turbo")

def weather_api(city):
    # 模拟天气API接口
    return f"{city}天气晴朗"

tools = [
    Tool(
        name = "Weather",
        func=weather_api,
        description="查询城市天气情况"
    )
]
agent = initialize_agent(tools, llm, agent="chat-zero-shot-react-description", verbose=True)

2. 结合知识库检索

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python">def product_info(product_id):
    # 模拟产品信息检索
    return f"产品 {product_id} 的详细信息"

tools.append(
    Tool(
        name = "ProductInfo",
        func=product_info,
        description="获取产品详细信息"
    )
)

3. 测试业务逻辑

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python">agent.run("客户询问产品1001的详细信息和当前北京的天气如何")

六、性能优化与监控

1. 并发处理

使用异步调用提高响应速度：

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python">import asyncio
from langchain.agents import AgentExecutor

async def async_query(agent):
    response = await agent.arun("查询产品1002的信息")
    print(response)

loop = asyncio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(async_query(agent))

2. 数据可视化

通过Matplotlib展示RAG的性能指标：

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python">import matplotlib.pyplot as plt

# 示例数据
response_times = [0.1, 0.2, 0.15, 0.18, 0.12]

plt.plot(response_times)
plt.title("RAG Response Time Analysis")
plt.ylabel("Response Time (s)")
plt.show()

七、实践案例：多模型比较

比较不同模型在RAG问答中的表现：

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python">from langchain.chat_models import ChatOpenAI
from langchain.chains import ChatVectorDBChain
from langchain.embeddings.openai import OpenAIEmbeddings
from langchain.vectorstores import Chroma
from langchain.schema import Document

# 初始化OpenAI模型和嵌入
llm = ChatOpenAI(temperature=0, model_name="gpt-3.5-turbo")
llm2 = ChatOpenAI(temperature=0, model_name="gpt-4")
embeddings = OpenAIEmbeddings()

# 加载和处理文档
documents = [Document(page_content="用户1的问题：什么是人工智能？")]
texts = [doc.page_content for doc in documents]
db = Chroma.from_texts(texts, embeddings)

# 创建问答链
qa_chain = ChatVectorDBChain.from_llm(llm, db)
qa_chain2 = ChatVectorDBChain.from_llm(llm2, db)

# 测试模型
question = "什么是人工智能？"
result = qa_chain({"question": question})
result2 = qa_chain2({"question": question})

print("GPT-3.5-turbo的回答：", result["answer"])
print("GPT-4的回答：", result2["answer"])

八、总结

通过本文介绍的LangChain的RAG实现方法，可以快速构建支持文档问答的应用，极大地提升了问答系统的准确性和实用性。无论是用于企业知识库问答，还是复杂的问答场景，RAG结合LangChain都能提供强大的支持。