我最近在arXiv上下载RAG相关的论文，几百篇的论文，肉眼去一一观看实在是太难了。因此打算通过强大的GraphRAG索引这些文章的摘要，我希望GraphRAG能够根据实体提取和社群分区，能够告知我RAG的研究脉络和大概的研究领域。然而效果并不理想，提取出的实体和问答实在难以恭维，是GraphRAG失效了吗？今天让我们通过实验测试默认prompt索引与查询，并使用Prompt Tune对输入文档领域进行适配后的索引与查询，但是否会更好呢，让我们一探究竟。本文分为5小结，如何下载论文摘要、默认prompt索引查询与可视化，使用prompt tune进行领域适配索引查询和可视化，总结全文与不足。

1. 下载论文摘要

构建使用arXiv的高级检索，然后使用arXiv的pip包逐一获取摘要、作者、发表时间和下载链接等信息。

安装arXiv包

pip install arxiv

通过arxiv的高级检索链接，获取按照时间排序的该领域的论文网页。然后通过BeautifulSoap提取出论文id后，我们使用arxiv包分别去获取论文的具体信息并保存为txt。

def fetch_and_save_paper_info(paper_ids, txtfile, save_dir='pdfs'):
    # Create directory if it doesn't exist
    if not os.path.exists(save_dir):
        os.makedirs(save_dir)

    for paper_id in paper_ids:
        # Fetch paper information using arxiv package
        paper = next(arxiv.Search(id_list=[paper_id]).results())
        title = paper.title.replace('/', '_')
        authors = ', '.join([author.name for author in paper.authors])
        abstract = paper.summary
        pdf_link = paper.pdf_url
        published = paper.published.date()

        # paper.download_pdf(save_dir, filename=f"[{published.strftime('%Y-%m')}]-{title}.pdf")
        # Write to TXT
        with open(f'abstracts/{title}.txt', 'w', encoding='utf-8') as txtfile:
            txtfile.write(f"Title: {title}\n")
            txtfile.write(f"Authors: {authors}\n")
            txtfile.write(f"Published: {published}\n")
            txtfile.write(f"Abstract: {abstract}\n")
            txtfile.write(f"PDF Link: {pdf_link}\n")

获取的文件大概如下所示，总共大约获取了261个论文。

Title: A Method for Parsing and Vectorization of Semi-structured Data used in Retrieval Augmented Generation
Authors: Hang Yang, Jing Guo, Jianchuan Qi, Jinliang Xie, Si Zhang, Siqi Yang, Nan Li, Ming Xu
Published: 2024-05-07
Abstract: This paper presents a novel method for parsing and vectorizing
semi-structured data to enhance the functionality of Retrieval-Augmented
...
is available at https://github.com/linancn/TianGong-AI-Unstructure.git.
PDF Link: http://arxiv.org/pdf/2405.03989v2

2. GraphRAG索引和检索

2.1 索引构建

将获取的论文摘要等信息文本放入输入文件夹input，使用默认的Prompt开始索引。

poetry run poe index --root .

经过漫长索引时间后，最终索引完成，由于每个文件都只有300多的Token导致实体提取时间变得异常的久，成本也成倍增加，我的DeepSeeker又被消耗了200万Token（?）。

⠹ GraphRAG Indexer 
├── Loading Input (text) - 261 files loaded (0 filtered) ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 100% 0:00:00 0:00:00
├── create_base_text_units
├── create_base_extracted_entities
├── create_summarized_entities
├── create_base_entity_graph
├── create_final_entities
├── create_final_nodes
├── create_final_communities
├── join_text_units_to_entity_ids
├── create_final_relationships
├── join_text_units_to_relationship_ids
├── create_final_community_reports
├── create_final_text_units
├── create_base_documents
└── create_final_documents
? All workflows completed successfully.

此外使用新的llama.cpp总是会因为任务堆积导致超时，在实体的embedding提取阶段失败。后来我发现我们可以将settings.yaml中的embedding的concurrency设置为1即可，毕竟本地的服务能力孱弱。

embeddings:
  async_mode: threaded # or asyncio
  llm:
    api_key: ${GRAPHRAG_API_KEY}
    type: openai_embedding # or azure_openai_embedding
    model: text-embedding-ada-002
    api_base: http://localhost:8080
    batch_size: 1 # the number of documents to send in a single request
    concurrent_requests: 1 # the number of parallel inflight requests that may be made

2.2 实体可视化

启动neo4j实例，使用neo4j.py脚本，配置输入目录为索引output文件夹，执行该文件导入实体信息。

GRAPHRAG_FOLDER = "../output/20240718-193845/artifacts"

{'_contains_updates': True, 'labels_added': 261, 'nodes_created': 261, 'properties_set': 522}
261 rows in 0.3114888668060303 s.
{'_contains_updates': True, 'labels_added': 261, 'relationships_created': 261, 'nodes_created': 261, 'properties_set': 783}
261 rows in 0.13231897354125977 s.
{'_contains_updates': True, 'labels_added': 851, 'relationships_created': 1300, 'nodes_created': 851, 'properties_set': 3851}
{'_contains_updates': True, 'labels_added': 911, 'relationships_created': 936, 'nodes_created': 911, 'properties_set': 3644}
1911 rows in 3.2000412940979004 s.
{'_contains_updates': True, 'relationships_created': 1000, 'properties_set': 6000}
{'_contains_updates': True, 'relationships_created': 928, 'properties_set': 5568}
1928 rows in 0.23821067810058594 s.
{'_contains_updates': True, 'labels_added': 156, 'relationships_created': 3062, 'nodes_created': 156, 'properties_set': 532}
188 rows in 0.21347689628601074 s.
{'_contains_updates': True, 'labels_added': 725, 'relationships_created': 725, 'nodes_created': 725, 'properties_set': 3571}
187 rows in 0.18852496147155762 s.

文档可视化，可以看到包含了大约262个文档，除了论文的261个，还有一个是之前索引的小说《仙逆》。

实体可视化。

neo4j这些显示不全的似乎也没法展开看那，还是看原始的create_final_entities.parquet文件。

entity_extraction:
  prompt: "prompts/entity_extraction.txt"
  entity_types: [organization, person, geo, event]
  max_gleanings: 0

2.3 检索测试

• 问题1：这些论文中有哪些在尝试优化RAG性能，它们的手段是什么，优化了什么

poetry run poe query --method global "这些论文中有哪些在尝试优化RAG性能，它们的手段是什么，优化了什么" 

输出：

SUCCESS: Global Search Response: ### 优化RAG性能的研究概述
Retrieval-Augmented Generation (RAG) 是一种结合了检索和生成过程的先进技术，广泛应用于自然语言处理和信息检索领域。近年来，许多研究致力于优化RAG的性能，以提高其在各种应用中的效率和效果。以下是一些主要的研究方向和优化手段：
#### 1. 框架和模型的创新
- **LongRAG框架**：通过使用长上下文的大型语言模型（LLMs），在NQ和HotpotQA等数据集上展示了显著的改进[Data: Reports (158)]。
- **MedRAG工具包**：显著提高了GPT-3.5和Mixtral等模型的性能，使其达到GPT-4级别[Data: Reports (150)]。
- **X-RAG方法**：在标记级别上增强大型语言模型和RAG系统之间的协作生成[Data: Reports (170)]。
- **Mindful-RAG框架**：旨在提高大型语言模型在知识检索任务中响应的正确性和相关性[Data: Reports (110)]。
- **DPA-RAG框架**：通过整合多样化的知识偏好，增强了大型语言模型的能力[Data: Reports (186)]。
#### 2. 数据集和评估方法的改进
- **FeB4RAG数据集**：支持RAG框架内的联邦搜索，由Shuai Wang和Guido Zuccon等作者开发[Data: Reports (179)]。
- **CRUD-RAG基准**：用于评估RAG系统在各种应用场景中的性能，推动RAG技术的发展[Data: Reports (20)]。
- **DomainRAG基准**：专门用于评估特定领域的RAG模型，表明其在推进特定领域AI技术方面的重要性[Data: Reports (163)]。
#### 3. 算法和技术的创新
- **Unified Active Retrieval (UAR)**：通过解决主动检索方法中的挑战，提高了RAG的性能[Data: Reports (35)]。
- **Stochastic RAG**：通过预期效用最大化优化RAG模型，提高了性能和适用性[Data: Reports (142)]。
- **FILCO方法**：通过改进生成模型中的上下文质量，增强了模型性能并解决了安全漏洞[Data: Reports (148)]。
这些研究不仅展示了RAG技术的广泛应用潜力，还通过各种创新方法和技术，显著提升了RAG系统的性能和效率。这些进展对于推动自然语言处理和信息检索领域的进一步发展具有重要意义。

• 问题2：在优化RAG性能的时候，有哪些查询优化机制

poetry run poe query --method global "在优化RAG性能的时候，有哪些查询优化机制"

输出：

SUCCESS: Global Search Response: ### 查询优化机制在RAG性能优化中的应用
Retrieval-Augmented Generation (RAG) 是一种结合了检索和生成的方法，用于增强大型语言模型（LLMs）的性能。在优化RAG性能的过程中，查询优化机制起到了关键作用。以下是一些主要的查询优化机制：
#### 1. **Semantic Search 和 Context Tuning**
Semantic Search 通过理解查询的语义来提高检索的准确性，而 Context Tuning 则针对特定语言（如阿拉伯语）进行优化，以提高RAG系统的性能 [Data: Reports (180)].
#### 2. **List-aware Reranking-Truncation Joint Model**
这种模型通过协同工作来改进信息检索和RAG，特别是在处理大型语言模型时，提高了检索的准确性和效率 [Data: Entities (1804), Relationships (554, 1118, 1117, 1116, 1865)].
#### 3. **Thread 数据组织范式**
Thread 是一种新颖的数据组织方式，旨在改进RAG基础的问答系统中“如何做”问题的回答，通过优化查询处理流程来提高系统的响应质量 [Data: Entities (198), Relationships (599)].
#### 4. **RQ-RAG 查询优化**
RQ-RAG 通过细化查询来提高Retrieval-Augmented Generation的响应准确性，确保检索到的信息更加相关和精确 [Data: Reports (49)].
#### 5. **ARES 自动化评估系统**
ARES 是一个自动化的RAG评估系统，它通过多维度评估检索增强生成系统，使用合成训练数据和预测驱动推理来优化查询处理和响应生成 [Data: Reports (140)].
这些查询优化机制不仅提高了RAG系统的性能，还增强了其在处理复杂查询和生成高质量响应方面的能力。通过这些技术的应用，RAG系统能够更好地服务于各种实际应用场景，如医疗、教育、法律和技术支持等。

• 问题3：把RQ-RAG论文标题和PDF链接给我

poetry run poe query --method local "把RQ-RAG论文标题和PDF链接给我"

输出：

SUCCESS: Local Search Response: 关于您提到的“RQ-RAG论文”，在提供的数据表中并没有直接提及这个特定的论文标题。数据表中包含了多个与“Retrieval Augmented Generation (RAG)”相关的论文，但并未具体列出名为“RQ-RAG”的论文。
以下是一些与RAG相关的论文及其PDF链接，这些可能与您感兴趣的主题相关：
1. **Beyond Benchmarks: Evaluating Embedding Model Similarity for Retrieval Augmented Generation Systems**
   - PDF Link: [http://arxiv.org/pdf/2407.08275v1](http://arxiv.org/pdf/2407.08275v1)
...
6. **Retrieval-Augmented Generation and Knowledge-Grounded Reasoning for Faithful Patient Discharge Instructions**
   - PDF Link: [http://arxiv.org/pdf/2210.12777v3](http://arxiv.org/pdf/2210.12777v3)

丢失RQ-RAG信息，看起来未能提取到相关实体导致被丢失。限于篇幅就不具体展开了，我还问了一些具体的问题，都不能很好地回答，很多信息被丢失了。

3. 使用GraphRAG的Prompt Tune

接下来我们尝试使用GraphRAG的Prompt-Tune进行自动适配领域。根据我的经验，在使用Prompt-Tune时，你使用的大模型必须是参数相对较大的，性能较好的那种，不然输出的Prompt质量可能较差，甚至是生成的Prompt都包含格式错误。我之前就用过gemma-9b进行Prompt-Tune来适配中文领域的网络小说，首先是Prompt提取实体的Example存在格式错误，然后输出的Prompt对于中文的领域内容理解也较差，所以如果你要使用Prompt-Tune对中文内容和领域进行适配的话，可以考虑使用对中文更加友好的大模型。

先看一下Prompt-Tune要如何使用：

python -m graphrag.prompt_tune --root . --domain "Chinese web novels" --language Chinese --chunk-size 300 --output prompt-paper

• root - 指定配置yaml位置和输入文件位置
• domain - 指定适配领域
• method - 指定如何选取文档作为适配参考，可选all, random和top
• limit - 在指定method为random或者top时，设置加载文件数量
• max-tokens - 设置生成prompt的最大tokens数量
• chunk-size - 设置chunk大小
• language - 设置适配的语言
• no-entity-type - 使用未分类实体提取，不太清楚有啥用
• output - 设置生成的prompt位置，不然会直接覆盖现有默认的prompt。

因此对于论文，由于都是英文，不需要调整语言，只调整领域。

python -m graphrag.prompt_tune --root . --domain "scholarly articles about retrieval augmented generation" --method random --limit 2 --chunk-size 500 --output prompt-paper

输出：

INFO: Reading settings from settings.yaml
Loading Input (text).....................................................................................................................
# 备注：检测语言，默认英文
INFO: Detecting language...
INFO: Detected language: The primary language of the provided texts is "English".
# 备注：生成Prompt-Tune系统角色，可以看到针对我们设定的关于RAG的学术文章。
INFO: Generating persona...
INFO: Generated persona: You are an expert in information science and network analysis. You are skilled at parsing and interpreting complex academic literature to map out the relationships and structures within a specific research domain. You are adept at helping people with identifying the key contributors, collaborations, and thematic clusters within scholarly articles about retrieval augmented generation.
# 备注：生成时社区报告Prompt
INFO: Generating community report ranking description...
INFO: Generated community report ranking description: A float score between 0-10 that represents the relevance of the text to retrieval-augmented generation, model configurations, performance metrics, and insights into model behaviors, with 1 being trivial or irrelevant and 10 being highly significant, impactful, and informative for the advancement of retrieval-augmented generation systems.
# 备注：生成实体 包含模型、技术、指标、架构和数据集
INFO: Generating entity types
INFO: Generated entity types: model, technique, metric, architecture, dataset
# 备注：生成实体的关系Example
INFO: Generating entity relationship examples...
INFO: Done generating entity relationship examples
# 备注：生成实体提取的Prompt
INFO: Generating entity extraction prompt...
Failed to get encoding for cl100k_base when getting num_tokens_from_string. Fall back to default encoding cl100k_base
Failed to get encoding for cl100k_base when getting num_tokens_from_string. Fall back to default encoding cl100k_base
Failed to get encoding for cl100k_base when getting num_tokens_from_string. Fall back to default encoding cl100k_base
Failed to get encoding for cl100k_base when getting num_tokens_from_string. Fall back to default encoding cl100k_base
# 备注：生成各种Prompt
INFO: Generated entity extraction prompt, stored in folder prompt-paper
INFO: Generating entity summarization prompt...
INFO: Generated entity summarization prompt, stored in folder prompt-paper
INFO: Generating community reporter role...
INFO: Generated community reporter role: A scholarly network analyst tasked with dissecting the domain of retrieval augmented generation (RAG) in scholarly articles, given a set of publications, authors, and their affiliations. The analyst will map out the key contributors, collaborations, and thematic clusters within the research community focused on RAG. This analysis will be instrumental in identifying trends, influential researchers, and potential areas for future research, thereby providing valuable insights to academic strategists and funding bodies.
INFO: Generating community summarization prompt...
INFO: Generated community summarization prompt, stored in folder prompt-paper

其中这个报错Failed to get encoding for cl100k_base when getting num_tokens_from_string. Fall back to default encoding cl100k_base不用担心，这是因为原本Prompt-Tune是不支持非Open AI模型导致的，已经被我修复了，也合并到main分支了，因此会打印这句回退到默认c100k_base的分词。

那么提取的这些实体类型model, technique, metric, architecture, dataset是否足够呢？可以小批量测试一下，以避免大量的Token消耗，我将论文数量缩减到10个，进行一些简单测试，以便能够更快地进行Prompt的Fine Tune。在进行小批量测试前，还有几点需要说明，Prompt-Tune生成的Prompt模板是没有claim_extraction.txt文件，可以从原prompt目录拷贝。简单起见，你将新生成的Prompt放到prompts目录，也可以考虑直接修改settings.yaml中各个地方配置这些prompts目录的配置项。

小批量索引测试一下。很遗憾，在构建基本实体的网络时候，报错EmptyNetworkError。

但如果你切换回默认的Prompt，又能Index成功，所以Prompt-Tune出的Prompt大概是有问题的。

我之前也曾尝试给设定中文语言和网络小说领域进行Prompt Tune，调试了一下午也没找到问题，这次依然报同样的错误。但这次我似乎发现问题了，我简单对比了一下，生成的3个文件：community_report.txt，entity_extraction.txt、summarize_descriptions.txt。其中总结描述地最简单，只是对角色设定加入了该领域的信息。翻译为中文：

你是一位信息科学和网络分析专家。你擅长解析和解读复杂的学术文献，以绘制特定研究领域内的关系和结构图。你熟练于帮助人们识别关于检索增强生成（RAG）的学术文章中的关键贡献者、合作关系和主题集群。
利用你的专业知识，请生成一份对以下提供数据的综合摘要。

community_report也是对角色进行设定，Example基本上是没变化的，只是格式有点变了。最大的问题就出在entity_extraction.txt，我仔细对比了之后发现：

原文中output是这样：

("entity"{tuple_delimiter}"Alex"{tuple_delimiter}"person"{tuple_delimiter}"Alex is a character who experiences frustration and is observant of the dynamics among other characters."){record_delimiter}

而Prompt-Tune出来的是:

("entity"{tuple_delimiter}"RAGGED"{tuple_delimiter}"technique"{tuple_delimiter}"RAGGED is a framework designed to analyze and optimize Retrieval Augmented Generation (RAG) systems, particularly for document-based question answering tasks."){tuple_delimiter}

发现了不同了吗？结尾的换行符不同。这和它本身的Prompt设定也不同，本身Prompt设定要求在每个List结尾添加{record_delimiter}作为列表分割符。但个人觉得，这Prompt写的真不咋样，在设定中给出案例时候就该写上这个结尾，这第3条中就中间这一句要求加结尾，而且埋在前后要求翻译的话里。很容易被LLM忽略，放在这只能作为一种强调，大模型是否知道哪个list也未可知。

3. Return output in English as a single list of all the entities and relationships identified in steps 1 and 2. Use **{record_delimiter}** as the list delimiter.

所以手动修改那些Example和Prompt说明，再次Index成功，我会尝试提PR去修复，敬请期待。

4. 测试

• 问题1：这些论文中有哪些优化RAG系统的方法

poetry run poe query --method global  "这些论文中有哪些优化RAG系统的方法"

SUCCESS: Global Search Response: Retrieval-Augmented Generation (RAG) 系统通过多种优化方法显著提升了大型语言模型（LLMs）的性能和效率。以下是一些关键的优化方法：

1. Sparse RAG: 这是一种新颖的方法，通过使用稀疏性来并行编码文档并选择性解码输出，从而降低计算成本并提高效率 [Data: Reports (5)].

2. FLARE: 作为RAG的一种特定方法，FLARE通过迭代使用即将到来的句子的预测来检索相关文档，增强了LLMs的上下文相关性和准确性 [Data: Reports (0)].

3. 集成广告和代码生成: RAG通过集成广告来增强其功能，并优化了为特定领域语言（DSLs）生成代码的性能 [Data: Reports (1, 4, 5)].

这些优化方法不仅提高了RAG系统的性能，还扩展了其在不同领域的应用，如环境管理和特定语言模型的解释能力。

• 问题2：FLARE是如何优化的

poetry run poe query --method local "FLARE是如何优化的"

SUCCESS: Local Search Response: FLARE (Forward-Looking Active REtrieval augmented generation) 是一种主动检索增强生成的方法，它通过迭代地预测即将生成的句子内容，并利用这些预测作为查询来检索相关文档，以提高生成内容的质量。以下是FLARE的优化细节：

优化机制FLARE的核心优化在于其主动检索策略。与传统的检索增强生成模型不同，FLARE不仅在生成过程的开始阶段进行一次检索，而是在整个生成过程中持续地决定何时以及检索什么信息。这种方法特别适用于需要生成较长文本的场景，因为它能够持续地从外部知识资源中获取信息，从而提高生成内容的准确性和相关性。

具体实现

1. 迭代检索：FLARE使用迭代的方法，每次生成句子时，都会预测下一个句子的内容，并将其作为查询来检索相关文档。如果生成的句子中包含低置信度的标记，系统会重新生成该句子，以确保内容的准确性。
2. 预测与检索的结合：FLARE将预测机制与检索机制紧密结合，通过预测即将生成的内容来指导检索过程，从而更有效地获取相关信息。性能评估FLARE在多个长文本生成任务中进行了测试，结果显示其在所有任务中都取得了优越或竞争性的性能。这表明FLARE的方法在处理长文本生成任务时是有效的，能够显著提高生成内容的质量和准确性。数据支持FLARE的优化和性能得到了相关研究的支持，具体数据和研究细节可以在以下文献中找到：

• FLARE研究论文：详细描述了FLARE的方法和性能评估结果 [Data: Sources (1)]。通过这些优化，FLARE能够更有效地利用外部知识资源，提高生成内容的质量，特别是在处理长文本和知识密集型生成任务时表现出色。

---

以上内容总结了FLARE的优化机制和实现细节，以及其在长文本生成任务中的性能表现。希望这些信息能够帮助你更好地理解FLARE的优化策略。

这次测试并没有索引所有文章摘要，还是那个10篇，是因为我觉得提取的实体并不完全是我想要的，但是答案已经好很多了。而且从可视化来看，确实也要好很多。比如Domain实体：它找出了环境，领域特定语言，机器翻译和计算广告等。

5. 总结

虽然我们通过Prompt-Tune借助LLM的能力自动微调Prompt以适配输入文件的领域，但我发现Prompt-Tune的给出实体列表就跟抽卡似的，同一个领域每次都不同。

• person, organization, technology, dataset, method
• model, person, publication, technology, optimization strategy
• model, technique, metric, architecture, dataset

但是这些实体类型是否是你想要的呢，是否足够匹配领域所需要的实体呢？就像论文，应该要包含关键字吧，要包含想要解决的问题吧，要包含解决方法吧？之后通过要解决的问题就能将所有的相关的论文link到一起。假设我想问RAG在查询这一阶段都有哪些优化？在合成阶段又有哪些优化手段？所以如何让他按照我所设的类型来提取呢？有没有可能给它提示，让它按照我的设想去生成呢？或者使用更好的模型，对该领域可能需要的实体给出范围呢？当然是可以的，下一篇如何手调Prompt以更好地适配你的领域。