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RAG系統的四層天梯:大模型RAG系統的成長之路 精華

發布于 2024-10-15 14:42
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第一章:為什么要給大模型喂"額外營養"?

想象一下,你有一個超級智能的AI助手,它幾乎無所不知。但當你問它"今天的股市行情如何?"或者"最新的新冠病毒變種有哪些癥狀?",它卻一臉茫然。這就是大語言模型(LLM)的現狀 - 知識廣博但不夠新鮮。

這就是為什么我們需要給LLM喂點"額外營養",也就是外部數據。這個過程,專業點說叫"檢索增強生成"(RAG)。

RAG系統的四層天梯:大模型RAG系統的成長之路-AI.x社區

首先,讓我們聊聊為什么要這么做:

1.1 讓AI變得更"專業"

LLM雖然懂得多,但在專業領域可能還不如一個剛畢業的學生。想象你在開發一個法律AI助手,如果它連最新的法律修訂都不知道,那不就成了法庭上的笑話嗎?

舉個例子:假設有一個新的環保法規出臺。傳統LLM可能完全不知道,但使用RAG的系統可以迅速學習并應用這個新規定。這就是外部數據的威力 - 它能讓AI快速成為各行各業的"專家"。

1.2 保持AI的"時尚度"

AI世界發展太快了,昨天的新聞今天就成了舊聞。如果你的AI還在談論2020年的事情,那就真的out了。

比如,如果你問AI:"最新的AI突破是什么?",傳統LLM可能還在談GPT-3,而使用RAG的系統已經能討論GPT-4、DALL-E 3等最新進展。

1.3 減少AI的"幻想癥"

LLM有時候會自信滿滿地胡說八道,這在AI圈叫"幻覺"。給它喂點靠譜的外部數據,就能大大減少這種情況。

假如你在做醫療診斷,AI胡亂猜測癥狀可是會出人命的。使用RAG,AI可以基于最新的醫學研究來給出建議,大大提高了可靠性。

聽起來很美好,對吧?但是,實現起來可沒那么容易。這就像是給大象裝上顯微鏡 - 既要保持大象的力量,又要發揮顯微鏡的精準。

首先,你得準備海量的高質量數據。我們說的不是幾個 word,而是至少覆蓋業務場景的數據量。數據從哪來?爬蟲、購買、合作獲取,方法多得是。但要小心,爬蟲爬著爬著,搞不好律師函就來了。所以,找專業的數據團隊來處理這事兒準沒錯。

然后,你得建立一個超級高效的檢索系統。這就像是給AI配了個24小時不睡覺的圖書管理員,隨時準備找出最相關的信息。

最后,還得想辦法讓AI"理解"這些新信息。這可不是簡單的復制粘貼,而是要讓AI真正吸收這些知識,并在回答問題時能靈活運用。

聽起來很難?確實如此。在各個專業領域部署這樣的系統,面臨的挑戰可不少:

  1. 數據質量控制:垃圾進,垃圾出。如果喂給AI的數據質量不好,那結果可能比不用外部數據還糟糕。
  2. 實時性vs.計算成本:理想情況下,我們希望AI能實時獲取最新信息。但這意味著巨大的計算成本。如何在實時性和成本之間取得平衡,是個大問題。
  3. 領域適應性:醫療、法律、金融,每個領域都有其特殊性。如何讓一個通用的RAG系統適應不同領域的需求,這可是個技術活。
  4. 隱私和安全:尤其在處理敏感信息時(比如醫療記錄),如何在利用數據的同時保護隱私,這是個棘手的問題。

給LLM喂"額外營養"的潛力是巨大的,但挑戰也不小。誰能解決這些問題,誰就可能成為下一個AI領域的巨頭。

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第二章:RAG不是一刀切 - 四個層次的查詢分類

在上面,我們了解了為什么要給大模型喂"額外營養"。但是,就像人類的飲食需要根據不同情況調整一樣,RAG系統也需要根據不同類型的查詢來調整其策略。

假如你正在開發一個全能型AI助手。有時候用戶可能會問"2023年諾貝爾文學獎得主是誰?",有時候可能會問"為什么量子計算機比傳統計算機快?"。這兩種問題顯然需要不同的處理方式,對吧。

基于這種思考,論文將用戶查詢分為四個層次。讓我們逐一深入探討:

2.1 顯式事實查詢

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這是最直接的查詢類型。用戶問的是明確的、可以直接在數據中找到答案的問題。

例如:"東京奧運會是哪一年舉辦的?"

對于這類查詢,RAG系統的任務相對簡單:

  • 首先,系統需要準確理解查詢的關鍵詞(如"東京奧運會"和"舉辦年份")
  • 然后,在外部數據源中直接檢索這些信息
  • 最后,將找到的信息組織成自然語言回答

實現這類查詢的關鍵在于高效的信息檢索系統。你可能需要使用倒排索引、向量檢索等技術來加速查找過程。

2.2 隱式事實查詢

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這類查詢雖然也是關于事實的,但答案并不能直接在單一數據點中找到,需要綜合多個信息。

例如:"哪個國家在過去十年的奧運會上獲得的金牌總數最多?"

處理這類查詢的挑戰在于:

  • 系統需要理解查詢的時間范圍("過去十年")
  • 需要檢索多個奧運會的數據
  • 對檢索到的數據進行匯總和比較

這就需要RAG系統具備一定的數據處理和簡單推理能力。你可能需要實現一些輕量級的數據分析功能,如聚合、排序等。

2.3 可解釋推理查詢

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這類查詢不僅需要事實,還需要解釋或推理。答案通常需要基于某些明確的規則或指南。

例如:"根據現行法律,一個18歲的人可以在美國哪些州合法購買酒精飲料?"

處理這類查詢的難點在于:

  • 系統需要檢索相關的法律法規
  • 理解法律條文的含義
  • 將法律條文應用到具體情況(18歲)
  • 生成一個既準確又易懂的解釋

這種查詢可能需要你實現一些規則引擎或決策樹,以模擬人類的推理過程。

2.4 隱藏推理查詢

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這是最復雜的查詢類型。答案不僅需要大量的背景知識,還需要復雜的推理過程,而這些推理過程可能并不明確。

例如:"考慮到全球氣候變化,未來20年內北極熊的生存前景如何?"

處理這類查詢的挑戰在于:

  • 需要整合來自多個領域的知識(氣候科學、生態學、北極熊生物學等)
  • 需要進行復雜的因果推理
  • 可能需要考慮多種可能的情景

實現這類查詢的RAG系統可能需要結合多種AI技術,如因果推理模型、情景模擬等。你可能還需要實現一種"思維鏈"(Chain of Thought)機制,讓AI能夠逐步推理并解釋其推理過程。

總結一下,這四個層次的查詢分類方法讓我們能夠更有針對性地設計和優化RAG系統。從簡單的事實檢索到復雜的推理任務,每一層都有其獨特的挑戰和解決方案。

在實際應用中,一個成熟的RAG系統往往需要能夠處理所有這四個層次的查詢。這就像是在訓練一個全能運動員 - 既要能短跑,又要能馬拉松,還得會游泳和舉重。聽起來很難?確實如此。但是,正是這種挑戰讓AI研究如此激動人心。

第三章:深入RAG的四個層次 - 從定義到解決方案

我們概述了RAG任務的四個層次。現在,讓我們卷起袖子,深入每個層次的技術細節。準備好你的工程師思維,我們要開始真正的技術探索了!

3.1 顯式事實查詢

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定義和特征:這是最基礎的查詢類型,答案直接存在于外部數據中。特征是查詢和答案之間存在直接的文本匹配關系。

例如:Query: "誰發明了電話?" Answer: "亞歷山大·格雷厄姆·貝爾發明了電話。"

相關數據集:

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

這些數據集包含大量的問答對,非常適合訓練和評估處理顯式事實查詢的模型。

關鍵挑戰:

  1. 高效檢索:在海量數據中快速定位相關信息。
  2. 準確匹配:精確識別查詢和答案之間的對應關系。
  3. 答案抽取:從檢索到的文本中準確提取所需信息。

最有效的解決技術:

  1. 稠密檢索:使用BERT等模型將查詢和文檔編碼為稠密向量,進行相似度匹配。
  2. BM25等經典檢索算法:基于詞頻和文檔頻率進行相關性排序。
  3. 跨度預測:使用機器學習模型在檢索到的文檔中預測答案的起始和結束位置。

代碼示例(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="誰發明了電話?")
print(result['answers'][0].answer)

3.2 隱式事實查詢

定義和特征:這類查詢的答案需要綜合多個信息源。特征是需要進行簡單的推理或計算。

例如:Query: "哪個國家在2020年奧運會上獲得的金牌最多?"
Answer: 需要檢索多個國家的金牌數據,并進行比較。

相關數據集:

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

這些數據集包含需要多跳推理的問題,很適合訓練處理隱式事實查詢的模型。

關鍵挑戰:

  1. 多跳推理:需要從多個文檔中收集信息并進行整合。
  2. 信息聚合:如何有效地組合來自不同源的信息。
  3. 中間結果管理:在多步推理過程中如何管理和利用中間結果。

最有效的解決技術:

  1. 圖神經網絡:構建文檔之間的關系圖,進行多跳推理。
  2. 迭代檢索:基于初始檢索結果進行多輪檢索,逐步收集所需信息。
  3. 查詢分解:將復雜查詢分解為多個簡單查詢,分步驟解決。

代碼示例(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="哪個國家在2020年奧運會上獲得的金牌最多?")
print(result['answers'][0].answer)

3.3 可解釋推理查詢

RAG系統的四層天梯:大模型RAG系統的成長之路-AI.x社區

定義和特征:這類查詢需要基于特定規則或指南進行推理。特征是需要應用領域知識和邏輯推理。

例如:Query: "根據現行法律,一個年收入5萬美元的單身人士在加利福尼亞州需要繳納多少所得稅?"
Answer: 需要檢索稅法,理解稅率表,并進行相應計算。

相關數據集:

  • LogicalQA
  • ReClor
  • ProofWriter

這些數據集包含需要邏輯推理的問題,適合訓練處理可解釋推理查詢的模型。

關鍵挑戰:

  • 規則表示:如何在系統中表示和存儲復雜的規則和指南。
  • 規則應用:如何正確地將規則應用到具體情況。
  • 解釋生成:如何生成清晰、可理解的推理過程解釋。

最有效的解決技術:

  • 符號推理:使用邏輯編程語言(如Prolog)表示和應用規則。
  • 神經符號結合:將神經網絡與符號推理系統結合。
  • Chain-of-Thought提示:使用特殊的提示技術引導語言模型進行步驟化推理。

代碼示例(使用GPT-3進行Chain-of-Thought推理):

import openai

openai.api_key = "your-api-key"

prompt = """
Query: 根據現行法律,一個年收入5萬美元的單身人士在加利福尼亞州需要繳納多少所得稅?

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())

隱藏推理查詢

定義和特征:這是最復雜的查詢類型,需要大量背景知識和復雜的推理過程。特征是推理過程往往不是明確的,需要模型自行發現和應用隱含的知識和關系。

例如:Query: "考慮到全球氣候變化和人類活動,預測未來50年內亞馬遜雨林的變化。"
Answer: 需要綜合氣候科學、生態學、社會學等多個領域的知識,進行復雜的因果推理和預測。

相關數據集:

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

這些數據集包含需要廣泛知識和復雜推理的問題,適合訓練處理隱藏推理查詢的模型。

關鍵挑戰:

  • 知識整合:如何有效整合來自不同領域的大量知識。
  • 隱含關系發現:如何發現數據中的隱含關系和模式。
  • 不確定性處理:如何處理推理過程中的不確定性和多種可能性。

最有效的解決技術:

  • 大規模預訓練語言模型:如GPT-3, PaLM等,它們包含大量隱含知識。
  • 知識圖譜:構建和利用大規模知識圖譜進行復雜推理。
  • 多任務學習:同時學習多個相關任務,提高模型的泛化能力。
  • 元學習:讓模型學會如何學習,以適應新的、復雜的推理任務。

代碼示例(使用Hugging Face的Transformers庫和GPT-4):

from transformers import pipeline
import openai

# 使用BART進行初步總結
summarizer = pipeline("summarization", model="facebook/bart-large-cnn")

# 假設我們有多個相關文檔
documents = [
    "氣候變化正在加速亞馬遜雨林的退化...",
    "人類活動,如砍伐和農業擴張,正在威脅亞馬遜雨林...",
    "一些研究表明,亞馬遜雨林可能會在未來幾十年內達到臨界點..."
]

# 總結每個文檔
summaries = [summarizer(doc, max_length=50, min_length=10, do_sample=False)[0]['summary_text'] for doc in documents]

# 使用GPT-3進行最終的綜合分析
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結合使用預訓練模型進行文本總結,然后使用更強大的語言模型(如GPT-4)進行復雜的推理和預測。
通過深入了解這四個層次的查詢,我們可以看到RAG系統面臨的挑戰是多方面的,從簡單的信息檢索到復雜的知識整合和推理。每一個層次都需要特定的技術和方法來解決其獨特的挑戰。

在實際應用中,一個成熟的RAG系統往往需要能夠處理所有這四個層次的查詢。這就要求我們不斷創新和改進現有的技術,同時也為AI研究開辟了廣闊的前景。

第四章:數據與LLM的三種"聯姻"方式

在前面的內容中,我們討論了RAG系統如何處理不同層次的查詢。現在,讓我們轉向一個更加根本的問題:假如獲取到數據后,如何將外部數據與LLM結合起來?論文提出了三種主要的方法,每種方法都有其獨特的優勢和挑戰。讓我們逐一深入探討。

4.1 上下文方法(Context)

這種方法就像是給LLM一個即時的"記憶補丁"。每次詢問LLM時,我們都會同時提供相關的上下文信息。

工作原理:

  1. 接收用戶查詢
  2. 從外部數據源檢索相關信息
  3. 將檢索到的信息與用戶查詢一起作為輸入提供給LLM
  4. LLM基于這個增強的輸入生成回答

優勢:

  • 靈活性高:可以根據每個查詢動態選擇相關信息
  • 無需重新訓練模型:可以直接使用預訓練的LLM
  • 可解釋性強:我們知道模型使用了哪些額外信息

挑戰:

  • 上下文長度限制:LLM通常有輸入長度限制,限制了可以提供的上下文量
  • 檢索質量依賴:回答質量高度依賴于檢索系統的性能
  • 計算成本:每次查詢都需要進行檢索,可能增加延遲

實現示例:

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):
    # 這里應該是你的檢索邏輯
    return "相關上下文信息..."

query = "什么是量子計算?"
context = get_context(query)

input_text = f"上下文:{context}\n問題:{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)

這種方法就像是給LLM配備了一個專業的"助手"。我們訓練一個小型模型來處理特定任務,如信息檢索或知識整合,然后將這個小模型的輸出提供給LLM。

工作原理:

  1. 訓練一個專門的小模型(如檢索器或知識整合器)
  2. 接收用戶查詢
  3. 小模型處理查詢,生成相關信息或知識表示
  4. 將小模型的輸出與用戶查詢一起提供給LLM
  5. LLM生成最終回答

優勢:

  • 效率:小模型可以更快速地處理大量數據
  • 專業性:可以為特定任務定制小模型
  • 模塊化:可以輕松更新或替換小模型,而不影響主要的LLM

挑戰:

  • 訓練復雜性:需要額外的訓練過程和數據
  • 集成難度:需要設計有效的方法將小模型的輸出與LLM結合
  • 性能瓶頸:如果小模型性能不佳,可能會限制整個系統的表現

實現示例:

from transformers import AutoTokenizer, AutoModel, AutoModelForCausalLM
import torch

# 假設這是我們的小模型,用于生成查詢的向量表示
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 = "什么是量子計算?"
query_embedding = get_query_embedding(query)

# 在實際應用中,我們會用這個嵌入來檢索相關文檔
# 這里我們簡單地假設我們得到了一些相關信息
retrieved_info = "量子計算是利用量子力學現象進行計算的技術..."

input_text = f"基于以下信息:{retrieved_info}\n回答問題:{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 微調方法(Fine-tuning)

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這種方法就像是給LLM進行"專業培訓"。我們使用特定領域的數據對預訓練的LLM進行進一步的訓練,使其能夠更好地處理特定類型的任務或領域知識。

工作原理:

  • 準備特定領域或任務的數據集
  • 使用這些數據對預訓練的LLM進行進一步訓練
  • 在推理時,直接使用微調后的模型處理用戶查詢

優勢:

  • 性能:在特定領域或任務上可以獲得最佳性能
  • 效率:推理時不需要額外的檢索步驟
  • 知識整合:可以將大量領域知識直接整合到模型中

挑戰:

  • 計算成本:微調大型模型需要大量計算資源
  • 數據需求:需要大量高質量的領域特定數據
  • 靈活性降低:微調后的模型可能在其他領域表現下降

實現示例:

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

# 加載預訓練模型
model_name = "gpt2"
tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(model_name)
model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(model_name)

# 準備數據集(這里使用虛構的數據集名稱)
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)

# 設置訓練參數
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",
)

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

# 開始微調
trainer.train()

# 使用微調后的模型
query = "什么是量子糾纏?"
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)

每種方法都有其適用的場景:

  • 上下文方法適合需要高度靈活性,或者經常需要處理新信息的場景。
  • 小模型方法適合需要專門處理某些復雜任務(如高級檢索或知識推理)的場景。
  • 微調方法適合在特定領域需要深度專業知識,且有大量相關數據可用的場景。

在實際應用中,這三種方法往往是結合使用的。例如,我們可能會先對LLM進行領域微調,然后在使用時還配合上下文方法提供最新信息。或者,我們可能會使用經過微調的小模型來進行檢索,然后將檢索結果作為上下文提供給主要的LLM。

選擇哪種方法,或如何組合這些方法,取決于具體的應用需求、可用資源、以及對模型性能、效率和靈活性的權衡。

第五章:RAG的藝術 - 從理論到實踐的整合之道

我們將把前面所學的所有概念串聯起來,看看如何在實際中運用這些知識。系好安全帶,我們開始這段激動人心的旅程吧!

5.1 三種整合方式的利弊權衡

還記得我們討論過的三種將外部數據整合到LLM中的方式嗎?讓我們再深入探討一下它們各自的優缺點和適用場景。

  1. 上下文方法(Context)

優勢:

- 靈活性拉滿:想換數據就換,LLM完全不用動
- 透明度高:我們清楚地知道模型用了哪些額外信息

局限性:

- 上下文長度有限:就像塞鴨子,塞太多LLM也消化不了
- 檢索質量決定生死:垃圾進垃圾出,檢索不好全盤皆輸

適用場景:

- 需要頻繁更新知識庫的應用
- 對結果可解釋性要求高的場景
  1. 小模型方法(Small model)

優勢:

- 專業性強:可以為特定任務定制"小助手"
- 模塊化設計:想換就換,主LLM不受影響

局限性:

- 訓練成本高:又要準備數據又要訓練,累死個人
- 集成難度大:讓"小助手"和LLM無縫配合不是易事

適用場景:

- 有特定復雜任務需要處理的應用
- 計算資源有限,無法頻繁調用大型LLM的情況
  1. 微調方法(Fine-tuning)

優勢:

- 性能王者:在特定領域可以達到最佳表現
- 推理效率高:不需要額外的檢索步驟

局限性:

- 計算成本高:微調大模型,沒個幾千塊GPU別想了
- 靈活性降低:一旦微調,可能會影響其他領域的表現

適用場景:

- 特定領域的專業應用
- 有大量高質量領域數據可用的情況

5.2 四個查詢層次的技術方案

現在,讓我們看看如何針對不同復雜度的查詢選擇合適的技術方案。

  • 顯式事實查詢:基礎RAG就夠了這就像是在圖書館找一本特定的書。我們用基礎的RAG就能搞定,主要是要把檢索做好。代碼示例:

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="誰發明了電話?")
print(result['answers'][0].answer)
  • 隱式事實查詢:迭代RAG、圖/樹RAG、RAG+SQL這就像是要寫一篇研究報告,需要查閱多本書籍并整合信息。

代碼示例(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("比較太陽系中最大和最小的行星")
print(final_answer)

- 迭代RAG:多輪檢索,每輪基于之前的結果繼續深入
- 圖/樹RAG:構建知識圖譜,進行多跳推理
- RAG+SQL:結合結構化數據查詢,處理復雜的數值計算
  • 可解釋推理查詢:提示調優、思維鏈提示這就像是要解決一道復雜的數學題,需要一步步推導。

代碼示例(思維鏈提示):

prompt = """
問題:一個水箱可以在6小時內裝滿水。現在已經裝了2小時,還剩下3/4沒裝滿。請問這個水箱實際上需要多長時間才能裝滿?

讓我們一步步思考:
1) 首先,我們知道正常情況下,水箱需要6小時裝滿。
2) 現在已經裝了2小時,還剩3/4沒裝滿。
3) 這意味著2小時內只裝滿了1/4的水箱。
4) 如果2小時裝滿1/4,那么裝滿整個水箱需要的時間是:
   2小時 * 4 = 8小時

因此,這個水箱實際上需要8小時才能裝滿。

是否需要我進一步解釋這個推理過程?
"""

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

- 提示調優:設計特定的提示模板,引導LLM進行推理
- 思維鏈提示:讓LLM像人類一樣,一步步寫出推理過程
  • 隱藏推理查詢:離線學習、上下文學習、微調這就像是要預測未來的股市走勢,需要整合大量信息并進行復雜的推理。

代碼示例(微調):

from transformers import AutoTokenizer, AutoModelForCausalLM, TrainingArguments, Trainer

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

# 準備特定領域的數據集
train_dataset = ...  # 你的訓練數據
eval_dataset = ...   # 你的評估數據

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()

# 使用微調后的模型
query = "預測未來5年的全球經濟趨勢"
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))

- 離線學習:預先學習領域知識,構建專門的知識庫
- 上下文學習:動態選擇最相關的上下文進行學習
- 微調:在特定領域數據上微調LLM

5.3 知己知彼,百戰不殆

在開發RAG應用之前,我們需要做的第一件事是什么?沒錯,就是深入理解我們要解決的問題。這就像是要打仗前先要了解敵情一樣重要。

  • 理解目標任務:我們到底要解決什么問題?是簡單的信息檢索還是復雜的推理任務?
  • 確定查詢復雜度:我們的用戶會問什么類型的問題?是簡單的事實查詢還是需要深度推理的問題?
  • 評估數據情況:我們有什么樣的數據可用?數據的質量如何?是否需要預處理?
  • 考慮資源限制:我們有多少計算資源?對響應速度有什么要求?

只有充分理解了這些因素,我們才能選擇最適合的技術方案。記住,沒有一種方法是萬能的,關鍵是找到最適合你特定需求的方法。

5.4 大雜燴才是真正的美味

在實際應用中,我們經常會遇到各種類型的查詢混雜在一起的情況。這就像是要做一道大雜燴,需要各種食材和調料的完美配合。

我們需要設計一個智能的路由系統,能夠識別不同類型的查詢,并將其導向最合適的處理模塊。這個系統可能看起來像這樣:

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 = "請解釋量子糾纏的原理及其在量子計算中的應用"
answer = process_query(user_query)
print(answer)

這個路由系統就像是一個經驗豐富的總廚,知道每種原料應該如何處理,最終做出一道美味的大餐。

結語

構建一個優秀的RAG系統,就像是在進行一場復雜的廚藝比賽。你需要了解每種原料(數據)的特性,掌握各種烹飪技巧(技術方法),并且要有足夠的創意來應對各種挑戰。

RAG系統的四層天梯:大模型RAG系統的成長之路-AI.x社區

記住,理論和實踐同樣重要。多嘗試,多總結,你就會發現RAG的魅力所在。誰知道呢,或許也許下一個改變AI世界的突破,就來自于你的靈感。

論文原文:

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

本文轉載自 ??芝士AI吃魚??,作者: 芝士AI吃魚

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