在人工智能 （AI） 时代，从海量数据集中提取有意义的知识对企业和个人都变得至关重要。进入检索增强生成 （RAG），这是一项突破，它增强了 AI 的能力，使系统不仅能够生成类似人类的文本，还可以实时提取相关信息。这种融合产生的响应既有丰富的背景，又有精确的细节。

当我们在人工智能 （AI） 的浩瀚海洋中扬帆起航时，必须了解将成为我们指路明灯的三大支柱：生成式 AI、大型语言模型 （LLM）、LangChain、Hugging Face 以及此 RAG（检索增强生成）上的有用应用程序。

大型语言模型和生成式 AI：创新引擎

我们旅程的核心是大型语言模型 （LLM） 和生成式 AI——推动创新之船前进的两个强大引擎。

大型语言模型 （LLM）

LLM，如Qwen、GPT等，是文本的巨头，能够大规模地理解和生成类人语言。这些模型已经在广泛的文本数据语料库上进行了训练，使它们能够预测和生成连贯且与上下文相关的文本字符串。它们是许多自然语言处理任务的支柱，从翻译到内容创建。

生成式人工智能 （GenAI）

生成式 AI 是 AI 领域内巧妙的创造奇才。它包含生成类似于训练数据的新数据实例的技术，例如图像、音乐，以及对于我们的航行来说最重要的是文本。在我们的上下文中，生成式 AI 是指 AI 能够制作出前所未有的新颖且信息丰富的响应、故事或想法。它使人工智能不仅能够模仿过去，而且能够发明、创新和激发灵感。

LangChain：编排你的 AI 应用

LangChain作为我们AI工作流程的架构师，精心设计了允许各种AI组件之间无缝集成和交互的结构。该框架简化了将来自智能子系统（包括 LLM 和检索系统）的数据流链接在一起的复杂过程，使信息提取和自然语言理解等任务比以往任何时候都更容易访问。

Hugging Face：AI模型商店

Hugging Face 是一个繁华的大都市，AI 模型在这里蓬勃发展。这个中心枢纽提供了大量预训练模型，为机器学习探索和应用提供了肥沃的土壤。若要访问此中心及其资源，必须创建一个 Hugging Face 帐户。一旦你迈出了这一步，通往广阔的人工智能世界的大门就在等着你——只需访问 Hugging Face 并注册即可开始你的冒险。

RAG：利用向量数据库加速智能

检索增强生成 （RAG） 是一种复杂的 AI 技术，它将生成式 AI 的创造力与知识检索的精确性相结合，创建一个不仅清晰而且信息丰富的系统。为了释放RAG的全部潜力和效率，它集成了矢量数据库，这是一个快速筛选大量信息库的强大工具。以下是 RAG 如何与向量数据库一起运行的增强细分：

1. 使用向量数据库进行检索：RAG 通过查询向量数据库开始其过程，该数据库包含大量信息语料库的嵌入式表示。这些嵌入是封装文档或数据片段的语义本质的高维向量。矢量数据库使 RAG 能够在这些嵌入中执行闪电般的快速搜索，以精确定位与给定查询最相关的内容，就像 AI 快速浏览数字图书馆以找到合适的书籍一样。

2. 上下文增强：然后，从向量数据库中检索到的相关信息作为上下文增强提供给生成模型。这一步为人工智能提供了集中的知识，增强了它制作响应的能力，这些响应不仅具有创造性，而且具有丰富和精确的上下文。

3. 生成知情响应：有了这个上下文，生成模型就会继续生成文本。与仅依赖于学习模式的标准生成模型不同，RAG 从检索到的数据中编织细节，从而产生既富有想象力又被检索到的知识所证实的输出。因此，生成被提升，产生更准确、信息更丰富、更能反映真实背景的响应。

矢量数据库的集成是RAG效率的关键。传统的元数据搜索方法可能更慢、更不精确，但矢量数据库有助于近乎即时地检索上下文相关信息，即使是从非常大的数据集中也是如此。这种方法不仅节省了宝贵的时间，而且还确保了人工智能的响应基于最合适和最新的可用信息。

RAG的实力在聊天机器人、数字助理和复杂的研究工具等应用中尤为有利，这些应用在提供精确、可靠和基于上下文的信息至关重要的任何地方。这不仅仅是制作听起来令人信服的回应;它是关于生成以可验证数据和现实世界知识为基础的内容。

凭借对 LangChain、Hugging Face、LLM、GenAI 和向量数据库增强型 RAG 的丰富理解，我们正处于编码冒险的边缘，将这些技术变为现实。我们将深入研究的 Python 脚本代表了这些元素的协同作用，展示了一个 AI 系统，不仅能够以创造力和上下文做出反应，而且还能够以曾经被认为是科幻小说领域的深度理解做出反应。准备编码并体验 RAG 与矢量数据库的变革力量。

开始编码之旅

开始之前：要点

在我们踏上这场科技之旅之前，让我们确保你已经把所有的鸭子都排成一排了：

• Linux 服务器使用 GPU 卡会更好——因为让我们面对现实吧，速度至关重要。

• Python 3.6 或更高版本 — 编程的魔杖。

• pip 或 Anaconda — 您方便的花花公子包管理器。

• 如果是 GPU 卡，那么 NVIDIA 驱动程序、CUDA Toolkit 和 cuDNN — GPU 加速的三位一体。

明白了吗？瑰！让我们亲自动手（当然是比喻性的）。

运行代码

通过仔细管理你的 Python 依赖项，你可以确保你的 AI 项目建立在稳定可靠的基础上。有了依赖关系并正确设置了环境，您就可以运行脚本并见证 RAG 和 LangChain 的强大功能了。

设置阶段：导入库和加载变量

在我们开始使用 LangChain 框架和 Hugging Face 的 Transformers 库探索 AI 之前，建立一个安全且配置良好的环境至关重要。此准备工作涉及导入必要的库，并通过环境变量管理敏感信息（如 API 密钥）。

from torch import cudafrom langchain_community.vectorstores import FAISSfrom langchain_core.output_parsers import StrOutputParserfrom langchain_core.prompts import ChatPromptTemplatefrom langchain_core.runnables import RunnablePassthroughfrom langchain_community.embeddings.huggingface import HuggingFaceEmbeddingsfrom transformers import AutoModelForCausalLM, AutoTokenizerfrom langchain_community.llms.huggingface_pipeline import HuggingFacePipelinefrom transformers import pipelinefrom dotenv import load_dotenv
load_dotenv()

使用 Hugging Face 中的 AI 模型时，您通常需要访问 Hugging Face API，这需要 API 密钥。此密钥是向 Hugging Face 服务发出请求时的唯一标识符，允许您加载模型并在应用程序中使用它们。

以下是安全设置环境所需的操作：

1. 获取您的 Hugging Face API 密钥：创建 Hugging Face 帐户后，您可以在“访问令牌”部分下的帐户设置中找到您的 API 密钥。

2. 保护您的 API 密钥：您的 API 密钥是敏感信息，应保密。与其将其硬编码到脚本中，不如使用环境变量。

3. 创建 .env 文件：创建名为 .env 的文件。此文件将存储您的环境变量。

4. 将 API 密钥添加到 .env 文件：使用文本编辑器打开 .env 文件，然后按以下格式添加 Hugging Face API 密钥：

HUGGINGFACE_API_KEY=your_api_key_here

将 your_api_key_here 替换为您从 Hugging Face 获取的实际 API 密钥。

定义模型路径和配置

modelPath = "sentence-transformers/all-mpnet-base-v2"device = 'cuda' if cuda.is_available() else 'cpu'model_kwargs = {'device': device}

在这里，我们设置了将用于嵌入的预训练模型的路径。我们还配置了设备设置，如果可用，则使用 GPU 以加快计算速度，否则默认为 CPU。

初始化拥 HuggingFace 嵌入和 FAISS 矢量存储

embeddings = HuggingFaceEmbeddings(model_name=modelPath,model_kwargs=model_kwargs,)
# Made up data, just for fun, but who knows in a futurevectorstore = FAISS.from_texts(["Harrison worked at Alibaba Cloud"], embedding=embeddings)
retriever = vectorstore.as_retriever()

我们使用我们选择的模型和配置初始化 HuggingFaceEmbeddings 的实例。然后，我们使用 FAISS 创建一个向量库，这使我们能够在高维空间中执行高效的相似性搜索。我们还实例化了一个检索器，它将根据嵌入获取信息。

设置聊天提示模板

template = """Answer the question based only on the following context:{context}Question: {question}"""
prompt = ChatPromptTemplate.from_template(template)

在这里，我们定义了一个聊天提示模板，该模板将用于构建与 AI 的交互。它包括上下文的占位符和问题，这些问题将在链执行期间动态填充。

准备分词器和语言模型

在人工智能和自然语言处理的世界中，分词器和语言模型是将文本转化为有意义的动作的动态二人组。分词器将语言分解为模型可以理解的部分，而语言模型则根据这些输入预测和生成语言。在我们的旅程中，我们使用 Hugging Face 的 AutoTokenizer 和 AutoModelForCausalLM 类来利用这些功能。但重要的是要记住，在选择语言模型时，一种尺寸并不适合所有人。

模型大小和计算资源

模型的大小是一个需要考虑的关键因素。像Qwen-72B这样的大型模型具有更多的参数，这通常意味着它们可以理解并生成更细微的文本。但是，它们也需要更多的计算能力。如果您配备了高端 GPU 和足够的内存，您可能会选择这些更大的型号来充分利用它们的功能。

另一方面，像 Qwen-1.8B 这样的小型模型对于标准计算环境来说更容易管理。即使是这个微小的模型也应该能够在物联网和移动设备上运行。虽然它们可能无法像较大的对应物那样捕捉到语言的复杂性，但它们仍然提供出色的性能，并且对于那些没有专门硬件的人来说更容易访问。

特定于任务的模型

要考虑的另一点是任务的性质。如果您正在构建对话式 AI，则使用特定于聊天的模型（例如 Qwen-7B-Chat）可能会产生更好的结果，因为这些模型针对对话进行了微调，并且可以比基本模型更好地处理对话的细微差别。

推理成本

较大的模型不仅对硬件的要求更高，而且如果您使用基于云的服务来运行模型，也可能会产生更高的成本。每个推理都会占用处理时间和资源，如果您使用的是大型模型，这些时间和资源可能会增加。

Qwen系列

• Qwen-1.8B：适用于计算能力较少的任务的较小模型。适合在没有强大 GPU 的机器上进行原型设计和运行。

• Qwen-7B：一种中型模型，可平衡性能和计算需求。适用于一系列任务，包括文本生成和问答。

• Qwen-14B：一个更大的模型，可以处理更复杂的任务，在语言理解和生成方面有更大的细微差别。

• Qwen-72B：该系列中最大的型号，为需要深度语言理解的高级 AI 应用程序提供最先进的性能。

• Qwen-1.8B-Chat：专为构建聊天机器人和其他对话系统而设计的对话模型。

• Qwen-7B-Chat：类似于Qwen-1.8B-Chat，但处理更复杂对话的能力有所提高。

• Qwen-14B-Chat：一种能够进行复杂对话交互的高端对话模型。

• Qwen-72B-Chat：Qwen 系列中最先进的对话模型，为要求苛刻的聊天应用程序提供卓越的性能。

做出选择

在决定使用哪种模型时，请根据可用资源和项目的特定要求权衡较大模型的好处。如果您刚刚起步或以较小的规模进行开发，较小的模型可能是最佳选择。随着需求的增长，或者需要更高级的功能，请考虑升级到更大的模型。

请记住，Qwen 系列是开源的，因此您可以尝试不同的模型，看看哪一个最适合您的项目。如果您决定使用其他模型，下面是脚本的模型选择部分的外观：

# This can be changed to any of the Qwen models based on your needs and resourcestokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained("Qwen/Qwen-7B", trust_remote_code=True)model_name_or_path = "Qwen/Qwen-7B"model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(model_name_or_path, device_map="auto", trust_remote_code=True)

我们分别使用 AutoTokenizer 和 AutoModelForCausalLM 类从 Hugging Face 加载分词器和因果语言模型。这些组件对于处理自然语言输入和生成输出至关重要。

创建文本生成管道

此管道旨在使用以前加载的语言模型和分词器生成文本。让我们分解这些参数并了解它们在控制文本生成行为中的作用：

pipe = pipeline("text-generation",model=model,tokenizer=tokenizer,max_new_tokens=8192,do_sample=True,temperature=0.7,top_p=0.95,top_k=40,repetition_penalty=1.1)
hf = HuggingFacePipeline(pipeline=pipe)

文本生成管道中的参数说明：

• max_new_tokens （8192）：此参数指定输出中可以生成的最大令牌数。标记可以是单词、字符或子单词，具体取决于标记器。

• do_sample （True）：设置为 True 时，此参数启用从模型生成的可能下一个标记的分布进行概率采样。这在生成的文本中引入了随机性和多样性。如果设置为 False，则模型将始终选择最有可能的下一个标记，从而产生确定性和变化较小的输出。

• 温度 （0.7）：温度参数控制在采样过程中引入的随机性程度。较低的温度值（接近 0）使模型对其选择更有信心，从而减少随机输出，而较高的温度值（接近 1）鼓励更多的随机性和多样性。

• top_p （0.95）：此参数控制核采样，该技术仅考虑累积概率高于阈值top_p的最可能的标记。它有助于生成既多样化又连贯的文本，避免包含可能使文本无意义的非常低概率的标记。

• top_k （40）：Top-k 抽样将采样池限制为最有可能的下一个标记的 k。这进一步优化了模型在生成下一段文本时将考虑的标记集，确保输出保持相关性和连贯性。

• repetition_penalty （1.1）：此参数不鼓励模型重复相同的标记或短语，从而促进更有趣和多样化的文本。大于 1 的值会惩罚并因此降低已经出现的令牌的可能性。

使用所需参数设置管道后，下一行代码：

hf = HuggingFacePipeline(pipeline=pipe)

将管道对象包装在 HuggingFacePipeline 中。该类是LangChain框架的一部分，允许将流水线无缝集成到LangChain的工作流程中，以构建AI应用程序。通过包装管道，我们现在可以将其与LangChain的其他组件（如检索器和解析器）结合使用，以创建更复杂的AI系统。

仔细选择这些参数，您可以微调文本生成的行为，以满足应用程序的特定需求，无论您是在寻找更具创意和多样化的输出，还是以一致连贯和集中的文本为目标。

构建并运行 RAG 链

下面的代码片段代表了一个完整的端到端 RAG 系统，其中初始问题提示搜索相关信息，然后用于增强生成过程，从而为输入问题提供知情且上下文相关的答案。

1.链条结构：

chain = ({"context": retriever, "question": RunnablePassthrough()}| prompt| hf| StrOutputParser())

下面是这部分代码中发生的情况：

• 检索器用于根据查询获取相关信息。检索器的作用是梳理数据集或文档集合，以找到与所提问题最相关的信息。这可能是使用矢量数据库来提高效率。

• _RunnablePassthrough（） _is一个组件，只需传递问题，无需任何修改。这表明该链旨在直接处理问题，可能是因为它是由用户输入的。

• 此处未详细显示提示，但它可能用作模板或一组说明，以适合管道下一阶段（即 HuggingFace 模型）的方式格式化输入问题和检索到的上下文。

• hf 变量表示 Hugging Face 管道，它可能是一个能够生成响应的预训练语言模型。此管道将采用上一步的格式化输入，并使用其生成功能生成答案。

• StrOutputParser（） 是一个输出解析器，它的工作是从 Hugging Face 管道中获取原始输出，并将其解析为更用户友好的格式，大概是一个字符串。

使用 |（pipe） 运算符表明此代码使用的是函数式编程风格，特别是函数组合的概念或流水线模式，其中一个函数的输出成为下一个函数的输入。

1. 链调用：

results = chain.invoke("Where did Harrison work?")

在这一行中，该链被调用了一个特定的问题：“哈里森在哪里工作？此调用将触发链中定义的整个操作序列。检索器搜索相关信息，然后通过提示将信息与问题一起传递到 HuggingFace 模型中。模型根据接收到的输入生成响应。

3.打印结果：

print(results)

然后，生成的响应由 StrOutputParser（） 解析并作为最终结果返回，然后将其打印到控制台或其他输出。

最后，我们通过链接 retriever、prompt template、Hugging Face 管道和输出解析器来构建 RAG 链。我们用我们的问题调用链，结果被打印出来。

结论：您掌握 AI 的门户

您刚刚通过 RAG 和 LangChain 向 AI 世界迈出了一大步。通过理解和运行这些代码，您可以释放创建智能系统的潜力，这些系统可以以前所未有的方式推理和与信息交互。