RAG应用已经是当下利用大模型能力的典型应用代表，也获得了极大的推广，各种提升RAG性能的技术层出不穷。然而,如何全面、准确地评估 RAG 系统一直是一个挑战。传统评估方法存在诸多局限性:无法有效评估长文本回复、难以区分检索和生成模块的错误来源、与人类判断的相关性不高。为此,亚马逊和上海交通大学等研究团队开发了 RAGChecker^[1],这是一个专为 RAG 系统设计的创新评估框架。

RAGChecker 的核心亮点在于其细粒度的评估方法。它首先使用大型语言模型将文本分解为独立的声明,然后通过另一个模型验证每个声明的准确性。这种方法不仅能够评估整体性能,还能深入诊断检索和生成模块的具体问题。

RAGChecker 提供了三类指标:

1）整体指标:包括精度、召回率和 F1 分数,全面反映 RAG 系统的输出质量。

2）检索指标:

• 声明召回:衡量检索上下文覆盖标准答案声明的比例。
• 上下文精度:评估检索上下文中相关 chunks 的比例。

3）生成指标:

• 上下文利用率:反映生成器有效利用相关信息的程度。
• 幻觉:量化生成的错误信息比例。
• 忠实度:衡量生成器对检索上下文的依赖程度。
• 相关/不相关噪声敏感度:评估生成器对不同类型噪声的敏感程度。
• 自知识:反映生成器依赖内部知识的程度。

使用方法

RAGChecker 提供了多种使用方法，包含命令行、python 编码等方式,还可以与主流 LLM 开发框架集成，如 llamaindex。

• 安装

pip install ragchecker
python -m spacy download en_core_web_sm

• 使用命令行

ragchecker-cli \
    --input_path=examples/checking_inputs.json \
    --output_path=examples/checking_outputs.json \
    --extractor_name=bedrock/meta.llama3-1-70b-instruct-v1:0 \
    --checker_name=bedrock/meta.llama3-1-70b-instruct-v1:0 \
    --batch_size_extractor=64 \
    --batch_size_checker=64 \
    --metrics all_metrics \
    # --disable_joint_check  # uncomment this line for one-by-one checking, slower but slightly more accurate

• 使用 python

from ragchecker import RAGResults, RAGChecker
from ragchecker.metrics import all_metrics


# initialize ragresults from json/dict
with open("examples/checking_inputs.json") as fp:
    rag_results = RAGResults.from_json(fp.read())

# set-up the evaluator
evaluator = RAGChecker(
    extractor_name="bedrock/meta.llama3-1-70b-instruct-v1:0",
    checker_name="bedrock/meta.llama3-1-70b-instruct-v1:0",
    batch_size_extractor=32,
    batch_size_checker=32
)

# evaluate results with selected metrics or certain groups, e.g., retriever_metrics, generator_metrics, all_metrics
evaluator.evaluate(rag_results, all_metrics)
print(rag_results)

"""Output
RAGResults(
  2 RAG results,
  Metrics:
  {
    "overall_metrics": {
      "precision": 76.4,
      "recall": 62.5,
      "f1": 68.3
    },
    "retriever_metrics": {
      "claim_recall": 61.4,
      "context_precision": 87.5
    },
    "generator_metrics": {
      "context_utilization": 87.5,
      "noise_sensitivity_in_relevant": 19.1,
      "noise_sensitivity_in_irrelevant": 0.0,
      "hallucination": 4.5,
      "self_knowledge": 27.3,
      "faithfulness": 68.2
    }
  }
)
"""

• 与 llamaindex 集成

# User query and groud truth answer
user_query = "What is RAGChecker?"
gt_answer = "RAGChecker is an advanced automatic evaluation framework designed to assess and diagnose Retrieval-Augmented Generation (RAG) systems. It provides a comprehensive suite of metrics and tools for in-depth analysis of RAG performance."


# Get response from LlamaIndex
response_object = rag_application.query(user_query)

# Convert to RAGChecker format
rag_result = response_to_rag_results(
    query=user_query,
    gt_answer=gt_answer,
    response_object=response_object,
)

# Create RAGResults object
rag_results = RAGResults.from_dict({"results": [rag_result]})
print(rag_results)

实验结果

RAGChecker 的有效性已通过大规模实验和人工评估得到验证。结果显示,RAGChecker 的评分与人类判断的相关性显著高于现有评估方法。在 Pearson 相关性上,RAGChecker 达到了 61.93%,而最接近的基线方法 RAGAS 仅为 48.31%。

关键要点

利用 RAGChecker,研究人员评估了 8 个最先进的 RAG 系统,覆盖了 10 个不同领域的数据集。

通过分析结果,他们发现了一些关键洞见:

• 检索器的质量至关重要。无论使用何种生成器,更好的检索器都能带来一致的性能提升。例如,将 BM25 检索器替换为 E5-Mistral 检索器,在使用 GPT-4 作为生成器时,整体 F1 分数从 50.3 提高到 52.7 。

• 生成器模型的规模越大,整体性能越好。这体现在更高的上下文利用率、更低的噪声敏感度和更少的幻觉。以 Llama3 系列为例,70B 版本在各项指标上都优于 8B 版本。

• 开源模型在区分准确信息和噪声方面表现较差。它们倾向于过度信任上下文,特别是在检索质量提高时。例如,Llama3-70B 的忠实度从 93.2%上升到 95.9%,而 GPT-4 仅从 87.9%上升到 92.9%。

• 存在检索召回和生成器噪声敏感度之间的权衡。提高检索召回率会不可避免地引入更多噪声,从而增加生成器的噪声敏感度。数据显示,使用 E5-Mistral 检索器时,声明召回率从 74.0%提高到 83.5%,但相关噪声敏感度也从 26.2%上升到 28.9%。

基于这些发现,研究者提出了几点改进 RAG 系统的建议:

• 优先提升检索器性能,如使用更好的嵌入模型或适度增加检索 chunk 数量和大小。实验表明,将 chunk 大小从 150 增加到 300,可以将整体 F1 分数从 52.6 提高到 53.4 。

• 在有限上下文长度的情况下,使用较少数量的大 chunks 优于较多数量的小 chunks 。这可以提高上下文精度,从而减少噪声影响。

• 针对不同的应用场景和用户偏好,可以通过调整生成提示来平衡上下文利用率、噪声敏感度和忠实度。例如,通过优化提示词,可以将 GPT-4 的忠实度从 92.2%提高到 93.6%。

• 对于开源模型,需要着重提升其推理能力,以更好地区分和利用上下文中的有用信息。这可能需要在训练过程中引入更多的推理任务。

小结

RAGChecker 为全面评估和诊断 RAG 系统提供了一个强大而灵活的工具。通过揭示 RAG 系统中检索和生成模块的复杂交互,以及不同设计选择带来的影响,RAGChecker 不仅能帮助研究人员更好地理解和改进现有 RAG 系统,还为未来 RAG 系统的优化和创新指明了方向。

参考资料