結合LangGraph、DeepSeek-R1和Qdrant 的混合 RAG 技術實踐

作者：大模型之路 2025-06-06 03:11:00

本文提出的基于Qdrant miniCOIL、LangGraph和SambaNova DeepSeek-R1的混合RAG方案，通過融合稀疏檢索的精準性與稠密檢索的語義理解能力，為企業級智能問答提供了高效解決方案。

一、引言：混合RAG技術的發展與挑戰

在人工智能領域，檢索增強生成（RAG）技術正成為構建智能問答系統的核心方案。傳統RAG通過向量數據庫存儲文檔嵌入并檢索相關內容，結合大語言模型（LLM）生成回答，有效緩解了LLM的“幻覺”問題。然而，單一的稠密向量檢索（如基于Transformer的嵌入模型）在處理關鍵詞匹配和多義詞歧義時存在局限性，而稀疏向量檢索（如BM25）雖擅長精確關鍵詞匹配，卻缺乏語義理解能力。如何融合兩者優勢，構建更魯棒的檢索管道，成為當前研究的熱點。

本文將介紹一種基于Qdrant miniCOIL、LangGraph和SambaNova DeepSeek-R1的高級混合RAG方案。該方案通過結合稠密向量的語義理解與稀疏向量的關鍵詞精準匹配，利用LangGraph進行流程編排，并采用SambaNova的高性能LLM實現高效回答生成，為企業級客服聊天機器人等場景提供了創新解決方案。

二、混合檢索的核心：稠密與稀疏向量的協同

2.1 稠密向量與稀疏向量的本質區別

稠密向量（Dense Vectors）以固定長度的數值數組表示文本語義，每個維度對應學習到的語義特征（如“機器學習”可能對應“算法”“數據”“模型”等維度）。典型模型如GTE-Large，生成的向量維度通常為1024或更高，通過余弦相似度衡量文本語義相關性。其優勢在于能捕捉上下文抽象意義，適合處理復雜語義查詢，如“如何優化深度學習模型的訓練效率”。但對精確關鍵詞匹配較弱，可能遺漏包含特定術語但語義間接相關的文檔。
稀疏向量（Sparse Vectors）以高維零矩陣為基礎，僅非零位置對應詞匯表中的術語，值為詞頻或重要性分數（如BM25的TF-IDF權重）。例如，查詢“人工智能”時，稀疏向量僅在“人工”“智能”對應的索引位置存儲非零值。其優勢在于精確匹配關鍵詞，適合處理明確術語查詢（如“如何申請退款”），但無法區分多義詞（如“bank”作為“銀行”或“河岸”），在領域特定場景中易因語義歧義導致檢索偏差。

2.2 miniCOIL：稀疏神經檢索的突破

傳統稀疏方法（如BM25）的核心缺陷在于將詞匯視為原子單位，無法處理語義歧義。Qdrant提出的COIL（Contextualized Inverted List）嘗試通過BERT生成token級32維向量，保留語義信息，但面臨存儲成本高（每個token需存儲32維向量）和分詞碎片化問題（如“unhappiness”被拆分為“un”“happiness”，破壞語義完整性）。

miniCOIL則通過輕量化設計解決了這些問題：

語義增強BM25：不替代BM25，而是為其添加語義組件。
高效存儲：采用與BM25兼容的倒排索引，僅存儲非零token的低維向量（默認32維），大幅降低存儲開銷。
領域適應性：通過預訓練模型學習領域特定語義，在客服、醫療等專業場景中顯著提升檢索準確性。

三、技術棧搭建：從數據到問答的全流程實現

3.1 環境配置與依賴安裝

本方案基于Python生態，需安裝以下核心庫：

Qdrant Client：用于操作Qdrant向量數據庫，支持混合向量檢索。
LangGraph：流程編排框架，定義檢索-生成 pipeline 的狀態轉移邏輯。
FastEmbed：提供稠密與稀疏嵌入模型的統一接口，支持GTE-Large和miniCOIL。
LangChain-Sambanova：集成SambaNova的LLM接口，調用DeepSeek-R1模型。
Opik：LLM評估平臺，用于追蹤和優化RAG系統性能。

!pip install qdrant-client langgraph fastembed langchain-sambanova opik

3.2 數據加載與分塊處理

以企業FAQ為例，通過WebBaseLoader加載網頁內容（如Google搜索控制臺的FAQ文檔），并使用RecursiveCharacterTextSplitter將長文本切分為1000字左右的塊，確保每個塊包含完整語義單元：

from langchain_community.document_loaders import WebBaseLoader
from langchain_text_splitters import RecursiveCharacterTextSplitter

loader = WebBaseLoader("https://developers.google.com/search/docs/appearance/structured-data/faqpage")
documents = loader.load()
text_splitter = RecursiveCharacterTextSplitter(chunk_size=1000, chunk_overlap=0)
chunks = text_splitter.split_documents(documents)

3.3 混合嵌入生成：稠密與稀疏向量的雙軌構建

稠密向量：使用thenlper/gte-large模型生成1024維語義向量，捕捉文本深層含義：

from fastembed import TextEmbedding
dense_model = TextEmbedding("thenlper/gte-large")
dense_embeddings = [dense_model.embed(chunk.page_content) for chunk in chunks]

稀疏向量：通過Qdrant/minicoil-v1生成miniCOIL嵌入，保留關鍵詞及其語義向量：

from fastembed import SparseTextEmbedding
minicoil_model = SparseTextEmbedding("Qdrant/minicoil-v1")
minicoil_embeddings = [minicoil_model.embed(chunk.page_content) for chunk in chunks]

3.4 Qdrant向量數據庫：混合向量的存儲與檢索

Qdrant支持同時存儲稠密和稀疏向量，并在檢索時執行混合查詢。創建集合時需指定兩種向量的配置：

from qdrant_client import QdrantClient
from qdrant_client.models import VectorParams, SparseVectorParams, Modifier

client = QdrantClient(url=QDRANT_URL, api_key=QDRANT_API_KEY)
client.create_collection(
    "miniCOIL-rag",
    vectors_cnotallow={
        "gte-large": VectorParams(size=1024, distance="COSINE")
    },
    sparse_vectors_cnotallow={
        "miniCOIL": SparseVectorParams(modifier=Modifier.IDF)  # 啟用IDF權重
    }
)

索引數據時，每個文檔塊對應一個包含雙向量的點（Point），Payload存儲原始文本：

from qdrant_client.models import PointStruct

points = []
for idx, (dense_e, sparse_e, chunk) in enumerate(zip(dense_embeddings, minicoil_embeddings, chunks)):
    point = PointStruct(
        id=idx,
        vector={
            "gte-large": dense_e,
            "miniCOIL": sparse_e.as_object()  # 稀疏向量轉換為對象格式
        },
        payload={"content": chunk.page_content}
    )
    points.append(point)

client.upsert(collection_name="miniCOIL-rag", points=points)

3.5 混合檢索策略：預取與重排序

查詢時，首先通過稠密和稀疏向量分別預取Top 20結果，再使用稠密向量進行重排序，平衡語義相關性與關鍵詞精準度：

query = "如何監控Search Console中的豐富結果？"
dense_query = dense_model.query_embed(query)
sparse_query = minicoil_model.query_embed(query)

prefetch = [
    {"vector": "gte-large", "query": dense_query, "limit": 20},
    {"sparse_vector": "miniCOIL", "query": sparse_query.as_object(), "limit": 20}
]

results = client.query(
    collection_name="miniCOIL-rag",
    prefilter=None,
    query_vector=dense_query,  # 使用稠密向量重排序
    with_payload=True,
    limit=4,
    prefetch=prefetch
)

四、回答生成與流程編排：LangGraph與SambaNova DeepSeek-R1的集成

4.1 SambaNova DeepSeek-R1：高性能的生成引擎

SambaNova提供的DeepSeek-R1是一款專為企業級應用設計的LLM，支持長上下文（最高8K tokens）和低延遲推理。通過LangChain集成時，需配置API密鑰并指定模型參數：

from langchain_sambanova import ChatSambaNovaCloud

os.environ["SAMBANOVA_API_KEY"] = "your-api-key"
llm = ChatSambaNovaCloud(
    model="DeepSeek-R1",
    max_tokens=1024,
    temperature=0.1,  # 低溫度確保回答確定性
    top_p=0.01
)

4.2 LangGraph：定義RAG的狀態轉移圖

LangGraph通過狀態圖（StateGraph）可視化定義RAG流程，將檢索與生成抽象為狀態節點：

搜索節點（search）：接收用戶問題，調用Qdrant混合檢索獲取相關文檔塊，更新狀態中的context字段。
生成節點（generate）：基于context和問題，調用LLM生成回答，更新狀態中的answer字段。

from langgraph.graph import StateGraph
from typing import TypedDict, List
from langchain_core.documents import Document

class State(TypedDict):
    question: str
    context: List[Document]
    answer: str

def search(state: State) -> dict:
    # 執行Qdrant查詢，返回檢索結果
    results = client.query(...)
    retrieved_docs = [Document(page_cnotallow=point.payload["content"]) for point in results.points]
    return {"context": retrieved_docs}

def generate(state: State) -> dict:
    docs_content = "\n\n".join([doc.page_content for doc in state["context"]])
    messages = [
        {"role": "system", "content": "你是專業QA助手，僅使用提供的上下文回答問題..."},
        {"role": "user", "content": f"CONTEXT: {docs_content}\nQUESTION: {state['question']}"}
    ]
    response = llm.invoke(messages)
    return {"answer": response.content}

# 構建狀態圖
graph = StateGraph(State).add_sequence([search, generate]).compile()

4.3 Opik追蹤：評估與優化RAG性能

通過Opik Tracer集成到LangGraph中，可追蹤每個組件的延遲、檢索結果相關性等指標，輔助定位性能瓶頸：

from opik.integrations.langchain import OpikTracer

opik_tracer = OpikTracer(graph=graph.get_graph(xray=True))
response = graph.invoke({"question": query}, cnotallow={"callbacks": [opik_tracer]})
# 訪問Opik控制臺查看追蹤數據

五、應用場景與性能優化

5.1 企業客服聊天機器人

在客服場景中，用戶查詢通常包含明確關鍵詞（如“訂單取消”）和隱含語義（如“如何申請退貨”與“退款流程”的語義關聯）。混合RAG通過miniCOIL捕捉“取消”“退貨”“退款”等關鍵詞的語義關聯，結合GTE-Large的上下文理解，可精準匹配FAQ中相關條款，避免傳統BM25因關鍵詞不匹配導致的漏檢。

5.2 多語言支持與領域適配

miniCOIL支持多語言預訓練模型（如基于mBERT的版本），可通過微調適配特定領域（如醫療、法律）。例如，在醫療場景中，“bank”作為“血庫”與“河岸”的語義區分可通過領域語料訓練進一步增強，提升專業問答的準確性。

5.3 性能優化策略

硬件加速：Qdrant支持GPU加速向量檢索，SambaNova提供專用推理芯片優化LLM調用。
量化與壓縮：對稠密向量進行8位量化（如QDRANT的Binary Quantization），減少存儲和計算開銷。
緩存機制：對高頻查詢結果進行緩存，避免重復檢索和生成。

六、挑戰與未來方向

6.1 當前挑戰

混合檢索權重調優：稠密與稀疏向量的融合權重需根據場景動態調整，目前多依賴啟發式方法（如固定加權求和）。
長上下文處理：當文檔塊超過LLM上下文限制時，需引入分塊策略或層次化檢索（如先檢索章節，再檢索段落）。
評估體系不完善：缺乏統一的混合RAG評估指標，現有指標（如Rouge、BLEU）側重生成質量，忽略檢索階段的語義-關鍵詞平衡。

6.2 未來研究方向

動態權重學習：通過強化學習自動優化稠密-稀疏融合權重，基于用戶反饋持續改進。
神經-符號混合系統：結合知識圖譜補充結構化信息，解決開放域問答中的事實性錯誤。
聯邦學習場景：在數據隱私敏感領域（如醫療），利用聯邦學習訓練miniCOIL模型，避免原始數據泄露。

本文提出的基于Qdrant miniCOIL、LangGraph和SambaNova DeepSeek-R1的混合RAG方案，通過融合稀疏檢索的精準性與稠密檢索的語義理解能力，為企業級智能問答提供了高效解決方案。miniCOIL的輕量化設計使其在保持語義增強的同時避免了傳統神經檢索的存儲開銷，而LangGraph的可視化流程編排降低了RAG系統的開發門檻。隨著向量數據庫與LLM技術的持續進步，混合RAG有望成為下一代智能應用的核心基礎設施，推動AI從通用場景向垂直領域的深度滲透。

責任編輯：武曉燕來源：大模型之路

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