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RAG进阶:混合稠密检索和知识图谱来提升精度
发布日期:2024-08-16 12:04:35 浏览次数: 1693


HuixiangDou 是群聊场景的 LLM 知识助手。群里人多口杂,机器人显然不应该答复所有消息,它的设计规则为:


  • 无关内容不吭声——拒答

  • 明确该答的,直接回复——检索

  • 不能违反核心价值观——可靠


https://github.com/InternLM/HuixiangDou


上一篇文章中,我们用真实群聊数据测试,对比不同方法和调参,最终拒答 F1 score 达到 75.88。


本文介绍如何混用知识图谱和稠密检索,把 F1 进一步提升到 77.57。


以下是目前所有方法对比:


方法

F1 score

备注

BCE+KG混合(本文)

77.57

KG 权重约 20%

BCE

75.88

需配合特定 splitter

BGE

72.23

使用 bge-large-zh-v1.5

BGE-M3

70.62

测试数据 token 不足 8192,无法评估能力

M3 稠密+稀疏混合

63.85

使用 milvus hybrid_search 测试,WeightedRanker 中稀疏占比越大效果越差


本文使用的方法,实质是在稠密检索期间给高频词加权


  1. 简单。核心实现仅数百行,且完美兼容旧版本,Pull Request 见 https://github.com/InternLM/HuixiangDou/pull/316

  2. 可靠。本文反复测试,只要参数合理,稳定会有提升

  3. 成本可控。不做多轮 LLM 也有精度提升,本文执行 2 轮 LLM NER 来提取知识库的实体词




1. 术语介绍



为兼顾不同读者的背景,本文需要介绍涉及的词汇:


  • 知识图谱(Knowledge Graph):一种结构化的知识库,它通过图的形式存储和组织实体、属性、关系及类型。

  • 命名实体识别(Named Entity Recognition):提取自然语言中有意义的实体,例如人名、昵称、时间等。

  • 稠密检索(Dense Retrieval):非结构化方法。先用模型提取文本/图像/语音等的特征,然后计算特征间的距离匹配目标。人脸识别常用此方案。

  • networkx:一个用 Python 写的开源图论和复杂网络分析库。它提供了丰富的数据结构和算法来创建、操作和研究复杂的网络结构,包括无向图、有向图、多图、无权图和加权图。

  • neo4j:成熟的图形数据库管理系统,使用图形来存储和查询数据。与传统的关系型数据库不同,它用节点和边来表示数据实体和它们之间的关系,而不是使用表和列。很适合保存知识图谱。

  • milvus:开源向量数据库,它专门设计用于存储、搜索和分析大量的向量数据。




2. 方案阐述



RAG 为什么需要 KG 。或者说,KG 会给 HuixiangDou 带来什么?


想象中 KG 应该:


  1. 能提升系统的可解释性。显然稠密检索使用的高维空间无法调试

  2. 能保证术语间的层级关系。例如在杂交水稻领域中,无论稠密、稀疏方法,都不能表达“野败”“南优2”的亲本关系

  3. 是无侵入的。即 KG 不会明显干扰原有服务和精度


本文使用的 KG 以属性为中心连接 chunk。



以 MMDeploy 和 MMPose 项目的 README 为例,二者的交集在 "mmpose" 和 "ncnn" 等术语上。


如果某个名词(如 “ncnn”)能关联到很多文档,说明它很重要或常见。本文假设这种高频词汇,在 RAG 中应该有更大权重。


2.1 建立知识库


本文使用 qwen1.5-110B 做 NER,为降低成本使用 silicon clould API,使用的知识库仍然是 OpenMMLab 相关的 9 个算法库。


建立知识库,需要 14M token,单并发 12 小时以上,费用约 50 元。


python3 -m huixiangdou.service.kg --build


知识库建立成功后,workdir/kg 目录下有 jsonl 格式的节点和关系文件。


此时可体验检索效果,例如问怎么安装 MMPose:


python3 -m huixiangdou.service.kg --query 如何安装mmpose?


考虑到 API 欠费、网络断开等因素,期间会记录已完成的文件,支持断点续建。


2.2 可视化


HuixiangDou 中,存储知识图谱用 jsonl ,图相关计算使用 networkx。为了白嫖 neo4j 的可视化工具,我们支持把 jsonl 转到 neo4j。


python3 -m huixiangdou.service.kg --dump-neo4j --neo4j-uri ${URI} --neo4j-user ${USER} --neo4j-passwd ${PWD}# 30 万节点和关系数据,远程通信预计耗时 4 小时


是部分节点可视化的例子,看起来很像蒲公英:


  • 红色是属性节点

  • 蓝色是 chunk

  • 橙色是文档

  • 灰色是图片



2.3 直接检索测试


检索过程和建库过程类似,先用 LLM 提取实体词,获取匹配的候选文档。



关于 score,本文事先统计所有命中个数的分布,多数问题都关联不了 100 个文档。考虑到后续还要缩放分值,因此拍脑袋直接取:


score = min(100, count(docs)) / 100


这里的阈值也是候选文档个数:例如对某条用户输入,检索到 5 个以上候选文档判为 True,机器人继续处理这句话、不拒绝。



测试结果如上图,随着阈值增高,知识图谱检索结果逐渐保守,许多正类样本被错误地分类为负类。


2.4 混合检索测试


然而保守也是一种可靠。


保守特质适合计算正值 [0, +1] ,叠加到稠密检索结果上,让之前分布的方差更大。


本文使用的混合检索就是简单的“考试加分”,具体来说:


final_score = dense_score + 0.2 * kg_score


这样在实现层面,就可以变相改阈值,而不用动稠密检索代码。即:


  1. 先计算 kg_score

  2. 重置 query 的阈值,即 throttle=throttle_in_config - 0.2*kg_score

  3. 继续原有稠密检索过程


这下知识图谱就可以做成开关选项,和老版本特征库完美兼容!




3. 总结



本文基于知识图谱和稠密检索的混合方案,本质是在稠密检索中给高频词加权,能带来不到 2 个点的精度提升。


目前实现比较糙,只支持 markdown 格式和纯文本;速度方面也未做任何优化,KG-LLM 未发挥完整能力。


我们将继续完善代码,在更多领域完成测试。



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