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深入 RAG（检索增强生成）系统架构：如何构建一个能查资料的大语言模型系统

news 来源：原创 2025/6/2 16:08:35

🐇明明跟你说过：个人主页

🏅个人专栏：《深度探秘：AI界的007》 🏅

🔖行路有良友，便是天堂🔖

一、前言

1、LLM 的局限：模型知识“封闭” vs 现实知识“动态”

2、什么是RAG

3、为什么需要“检索 + 生成”结合？

二、RAG 的整体架构与流程

1、检索增强生成的基本结构

2、核心流程

三、核心模块解析

1、向量检索模块（Retriever）

1.1、文档预处理与切分（Chunking）

1.2、向量化（Embedding）原理

1.3、向量数据库简介

2、生成模块（Generator）

2.1、提示模板设计（Prompt Template）

2.2、插入检索内容的方式

四、RAG 与传统 QA 系统的对比

1、检索式 QA（BM25 / Elasticsearch）

2、生成式 QA（LLM 单独输出）

3、RAG相比检索式 QA和生成式 QA的优势

一、前言

1、LLM 的局限：模型知识“封闭” vs 现实知识“动态”

🤖 大语言模型 LLM 的“大脑”怎么来的？

LLM（比如 ChatGPT）是通过“喂大量文字资料”训练出来的。
这些资料可能包括：

维基百科 📚
新闻、小说 🗞️📖
技术文档、网站内容 🧑‍💻
训练时截⽌于某⼀年（比如 2023 年）

✅ 优点：

训练完之后，它能“理解语言”和“生成回答”，就像人一样 ✍️

🚫 但问题来了！

训练完之后，这些模型的知识就“封闭”了！
就像你在 2023 年读完所有百科，然后被关进了房间…
以后就不能接触外面的新东西了 🙈

📅 现实世界是“动态”的！

现实世界每天都在变：

新技术、新产品 💡
股市波动 📉📈
社会新闻 📰
法律、政策变化 🏛️
你公司的文档不断更新 📂

🤔 举个例子

你问 ChatGPT：

“苹果 iPhone 16 有哪些新功能？”

❌ 普通 LLM（没联网）只能告诉你：
“截至训练时，最新的是 iPhone 14 或 15…”
✅ 使用 RAG 或联网增强的模型能回答：
“iPhone 16 加入了 AI 拍照助手、无边框屏幕…”（实时查的！）

📌 所以说…

❗ LLM 的局限：

它的知识是静态的、封闭的 🧱
无法主动感知“此时此刻”发生了什么 ⏰

2、什么是RAG

你有没有和 ChatGPT 聊天时发现，它有时候回答得不太准确？🤔
那是因为它只靠“记忆”回答问题，而不是实时“查资料”。
RAG 就是来解决这个问题的！🎯

💡RAG 的全称

RAG = Retrieval-Augmented Generation
中文意思是：“检索增强生成”
听起来是不是很学术？别急，我们来举个栗子🌰

🍜 用“点外卖”举个例子

假设你在点外卖 🍱，你问：

哪家餐厅最近评价最好？

如果是普通大模型（没有 RAG）：
它会靠以前学过的资料告诉你：
“大众点评上XX餐厅评价不错哦~”
如果是带 RAG 的模型：
它会先去实时搜索：
“当前最新的餐厅评价”，
然后结合自己的理解，告诉你答案！

✅是不是更靠谱了！

3、为什么需要“检索 + 生成”结合？

简单说一句话：

👉 “检索”找资料，“生成”来表达
合在一起，就成了聪明又靠谱的问答助手 🧠✨

🎓 一句话区分两者

模块	是谁	作用
🔍 检索	类似 Google、百度	从知识库里“找答案”
✍️ 生成	类似 ChatGPT、文心一言	把资料“说人话”告诉你

📦 为什么不能只靠“生成”？

生成模型（LLM）很强大，但有两个大问题：

知识是封闭的
它只能回答训练时学过的内容，不能访问新数据 📅
可能张口就来（幻觉）
它有时会“瞎编”一个听起来像真的答案 🤯

“Python 6.0 已发布”❌（其实根本没有）

🔍 那只用“检索”行不行？

只用检索就像自己去 Google 搜资料：

你得自己读、自己理解 🧾
内容零碎，用户体验不好 😩

✅ 所以“检索 + 生成”强在哪？

它把 两者的优点结合起来：

模块	优点
检索	提供实时、可靠、准确的“资料来源” 📚
生成	自动理解内容，用自然语言表达答案 ✨

就像你有了个聪明秘书👇

二、RAG 的整体架构与流程

1、检索增强生成的基本结构

🧱 RAG 的基本结构组成

[用户问题]
↓
🔍 检索模块（Retriever）
↓
📄 相关文档（Document Store / 向量数据库）
↓
🤖 生成模块（LLM）
↓
✅ 最终回答

1️⃣ 用户问题（User Query）🗣️

用户提出一个自然语言的问题，比如：

“我们公司今年的假期安排是怎样的？”

2️⃣ 检索模块（Retriever）🔍

它会把这个问题变成“向量”或关键词，
去知识库里找“相关资料”，比如 Word 文档、PDF、数据库记录等。

常用方式有：

向量搜索（embedding 检索）🔢
关键词搜索（BM25等）🔡

3️⃣ 文档库 / 知识源（Document Store）📚

这是你提供给系统的“专属资料库”：
可以是：

内部文档系统（如 Confluence）
产品手册、公司制度文档
FAQ 问答库
向量数据库（如 Faiss、Weaviate、Pinecone）

4️⃣ 生成模块（LLM）✍️

将检索到的资料 + 用户问题
一起输入给大语言模型（如 GPT-4）
👉 它会生成一个贴合问题、参考资料的自然语言答案。

5️⃣ 最终输出 ✅

模型输出的回答结合了“当前资料”与语言表达能力，
能给出“有依据、不瞎编”的智能答复。

2、核心流程

🧭 1. 用户输入 query（提问）💬

用户输入自然语言问题，比如：

“公司 VPN 连不上怎么处理？”

🔍 2. 检索相关文档（Retriever）📂

将用户问题转化为向量（或关键词），
在知识库中查找相关资料片段，如：

公司 IT 支持文档
网络故障手册
FAQ 问答库

🔸 输出：若干条相关内容（上下文）

🧠 3. 拼接上下文 + 问题输入 LLM（Generator）🧾

把这些检索到的内容 + 用户问题
打包送入大语言模型（如 GPT-4）

🔸 模型可以“理解”上下文，结合已有知识进行回答。

✅ 4. 返回回答结果 ✨

LLM 输出一个贴合上下文、语义流畅的回答，例如：

“您好，请尝试重启 VPN 客户端，若仍无法连接，请联系 IT 支持人员并提供错误码。”

三、核心模块解析

1、向量检索模块（Retriever）

1.1、文档预处理与切分（Chunking）

🧐 为什么要切分文档？

我们不能直接把整本 PDF、整篇网页丢给模型或向量数据库！
因为：

太大，无法一次处理（LLM 有长度限制）📏
不利于精确匹配关键词或语义 🎯

所以要把大文档 ✂️ 切成小块（Chunk）！

🔨 文档预处理与切分流程

原始文档（PDF / Word / 网页等）📄
↓
1. 文本提取（OCR / Parser）🔍
↓
2. 清洗格式（去除 HTML 标签、多余空格等）🧼
↓
3. 切分成小段（Chunking）✂️
↓
4. 生成每段的向量 Embedding（文本 → 数字）🔢
↓
存入向量数据库（如 Faiss / Weaviate / Milvus）📦

1.2、向量化（Embedding）原理

🎯 一句话理解：

把一句话或一段文字 ✍️
转换成一个可以在“数字世界”中比大小、量距离的向量 📍
👉 方便让机器“理解语义”和“做相似度检索”！

🧠 举个例子：

原始文本	向量化后
“猫是一种动物”	`[0.12, -0.85, 0.33, ..., 0.05]`
“狗是哺乳动物”	`[0.11, -0.80, 0.30, ..., 0.07]`
“咖啡是一种饮料”	`[0.95, 0.02, -0.30, ..., 0.88]`

📌 可以看到：“猫”和“狗”的向量相近，说明语义上相关。
“咖啡”离它们就远了，语义无关 🧭

🧩 Embedding 是怎么做的？

过程如下图（概念流程）：

输入文本："如何重置公司邮箱密码？"
↓
🔤 分词（Tokenizer）
↓
🔢 编码（Embedding 模型）
↓
输出一个 N 维向量：[0.23, -0.45, 0.88, ..., -0.19]

✅ 每一维都代表了某种“语义特征”，比如技术性、办公场景、问题类型等。

🚀 常见的文本向量模型（Embedding Models）

模型	来源	特点
OpenAI `text-embedding-3-small`	GPT家族	准确度高、商用常用
`bge-small` / `bge-large`	BAAI（北京智源）	中文支持优秀 🇨🇳
`E5` / `Instructor`	Hugging Face 社区	多语言、检索效果好
`MiniLM` / `MPNet`	微软	轻量快、适合端侧部署

🧭 向量的价值在哪？

✅ 可以通过“距离”判断文本间的语义相似度
- 常见方式：余弦相似度 cosine similarity

例如：

“公司如何申请年假？” 与 “怎样请假？”
向量距离近，说明意思接近，Retriever 会成功召回！

1.3、向量数据库简介

🧭 什么是向量数据库？

向量数据库是专门用来存储、管理、搜索「向量（Embedding）」的数据库 📦，
它能干的事情主要是👇：

✅ 存：将文本、图像等向量数据存起来
✅ 查：支持「相似度检索」——找出“语义最相近”的内容
✅ 快：可处理数百万、甚至数十亿条向量数据
✅ 强：支持高维向量、支持 GPU、分布式扩展能力强

🔍 所以，在 RAG 架构中，它就是连接 检索模块 和 知识库 的超级引擎！

📦 常见向量数据库介绍一览：

名称	产地 / 背景	优势亮点	使用方式	是否开源
FAISS 🧱	Meta / Facebook	极快的本地向量搜索	Python 为主，嵌入式用多	✅ 是
Milvus 🚀	Zilliz（国产）	云原生、分布式强	REST / Python / Java	✅ 是
Weaviate 🧠	欧洲公司	集成好（支持 OpenAI / Cohere 等）	RESTful API，易部署	✅ 是
Qdrant ⚡	开发者友好	支持过滤器、打分高效	Web UI + API 易用	✅ 是

🔹 FAISS（Facebook AI Similarity Search）

🌱 轻量级、单机版神器
🚀 支持 GPU，百万级向量检索毫秒级
😅 不适合做分布式、管理功能弱
🔧 适合离线处理、大量批量匹配任务

🔹 Milvus

🇨🇳 开源之光，Zilliz 维护
☁️ 支持云部署、分布式、多副本
🔌 可接 Elastic、S3、MySQL 等
💬 非常适合企业级大规模向量服务

🔹 Weaviate

🔗 天生就是为 RAG 服务的向量库
🎁 内置向量模型集成（OpenAI / HuggingFace）
🌐 提供 GraphQL/REST API，简单易上手
💡 适合快速搭建语义搜索原型

🔹 Qdrant

💻 支持结构化 + 非结构化过滤查询（很灵活）
🧪 拥有 Web 控制台、API 易用
💨 检索性能强，开源活跃
👍 很适合开发者 / 中小型 RAG 项目

2、生成模块（Generator）

2.1、提示模板设计（Prompt Template）

❓为什么要设计提示模板？

因为直接把检索结果 + 用户问题喂给 LLM，模型未必能「懂你想要什么」。
所以我们需要一个“引导话术”，像“说明书”一样告诉模型如何回答。📋

✅ 最常见的提示结构如下：

你是一位 [角色设定]。
请根据以下已知信息回答用户的问题：
【已知信息】
{{context}}

【用户问题】
{{question}}

请用简洁、准确的语言回答：

📌 {{context}} 是 Retriever 检索出来的内容
📌 {{question}} 是用户输入的问题

💡 示例：技术支持场景

你是一名经验丰富的 IT 支持工程师。
请根据以下信息回答用户的问题：

【已知信息】
1. VPN 客户端连接错误代码为 809。
2. 错误 809 常见于防火墙未开放 UDP 500 和 UDP 4500 端口。
3. 建议联系网络管理员确认 VPN 协议设置。

【用户问题】
VPN 连接一直失败，提示错误 809，怎么解决？

请用中文简洁说明处理方案。

🔍 这个模板能让 LLM：

更清楚角色定位（你是谁）
更聚焦已知信息（别胡编）
更精确响应问题（不要答非所问）

2.2、插入检索内容的方式

🛠️ 插入检索内容的几种方式

1️⃣ 经典方式：直接拼接 Prompt（RAG-原始版）

👉 把检索结果（Top-K 文档）直接用 Prompt 拼到用户问题前面：

[文档1内容]
[文档2内容]
...
问题：请总结上述内容的要点。

优点：简单直接
缺点：信息可能冗余，文档质量参差不齐导致生成结果不稳定 😵

2️⃣ RAG Fusion 🧪

👉 灵感来自“多样性增强”。做法是：

对一个问题，向 多个不同视角的查询（Query variations） 检索文档（比如改写问题）
把多个检索结果合并、去重、排序
拼接后交给生成模块

🌟 优点：

检索结果更全面、不容易漏信息
减少模型对单一文档的偏见

📌 举例：

问题：“公司的假期制度是怎样的？”

你可能会生成多个查询：

“公司节假日规定”
“年假政策”
“加班与调休”

然后将多个检索结果融合为一个 Prompt。

3️⃣ RAG with Rerank 🔁

👉 在 Top-K 检索结果出来后，使用一个 重排序（Reranker）模型，对这些文档按“相关性”重新排序 ✅

流程如下：

原始Retriever → 拿到Top-20候选文档
使用Reranker模型（如 BGE-Reranker、ColBERT）评分
选出 Top-N 最相关文档拼 Prompt

🌟 优点：

提升质量，去掉干扰文档
对复杂问答场景更有效，比如医疗、法律

4️⃣ （加分项）Chunk Merging、信息整合式 Prompt 🧩

针对文档太长、碎片多的问题，有些系统会先：

对多个文档内容做摘要或融合（比如提取共同主题）
然后再生成回答，减少重复和冲突

方式	特点	适用场景
📜 原始拼接	简单、快速	小型项目、简单问答
🧪 RAG Fusion	多视角、全面	信息分散型问题
🔁 Rerank	精准提取、抗噪性强	复杂、高质量要求的问答
🧩 Chunk融合	减冗余	文档重复率高、大模型Token受限时

四、RAG 与传统 QA 系统的对比

1、检索式 QA（BM25 / Elasticsearch）

🧠 传统 QA 系统是怎么工作的？

传统 QA 系统的核心是：直接检索文档段落，作为回答返回。

🧱 架构核心：

用户提问：“公司的加班政策是什么？”
系统使用 关键词匹配算法（如 BM25）在文档库中查找最相关的段落。
把 相关段落原文返回给用户。

🔍 BM25 / Elasticsearch 是主力选手：

BM25 是一种基于词频 + 逆文档频率的打分机制（TF-IDF 的升级版）
Elasticsearch 是支持 BM25 的流行全文搜索引擎

📦 举个例子：

🧑‍💼 你问：“我们公司节假日有哪些？”

🧾 传统 QA（BM25）返回结果：

第5章节假日安排：
1. 元旦放假1天；
2. 春节放假7天；
3. 清明节放假1天；
...

✅ 优点：直接、可查证
❌ 缺点：用户得自己读、自己理解

2、生成式 QA（LLM 单独输出）

✨ 生成式 QA 是什么？

生成式问答（Generative QA）就是指：

只用大语言模型（LLM） 来回答问题，不借助外部知识库或检索系统。

也就是说，模型完全靠 自己“脑子里”的知识 来作答📦。

🧱 它的工作方式非常简单：

用户提问：“黑洞为什么是黑的？”
模型在它的训练知识中找答案（比如 GPT-4 训练时学到的物理知识）
生成一段自然语言的回答

📦 举个例子

🧑‍💬 用户问：

“牛顿三大定律分别是什么？”

🤖 生成式 QA（单独 LLM）回答：

“牛顿三大定律包括惯性定律、加速度定律和作用反作用定律，分别为：1. 物体不受外力将保持静止或匀速直线运动；2. F=ma；3. 作用力与反作用力大小相等方向相反。”

✅ 回答清晰、自然，不需要引用外部资料。

🧠 它的“知识库”来自哪里？

就是它训练时候用的大量数据，比如：

书籍、百科、论文
互联网上的网页、论坛
GitHub、博客、维基百科...

一旦模型训练完成，它就像一位博览群书的“闭卷考生”，可以根据脑中的“印象”来作答📚🧠

3、RAG相比检索式 QA和生成式 QA的优势

三种 QA 模型的区别：

模型类型	数据来源	回答方式	是否有“理解力”	是否会幻觉
🔍 检索式 QA	外部文档库（如 ES / BM25）	直接返回原文片段	❌ 没有，靠关键词匹配	❌ 基本不会
🧾 生成式 QA	模型训练时的知识	自由生成	✅ 有语义能力	⚠️ 高，容易胡编
🤖 RAG	检索结果 + LLM	先检索再生成	✅ 有理解能力	✅ 较低，可控

✨ 那么，RAG 到底比它们强在哪儿？一起来看！👇

🎯 对比优势一：结合了“知识准确性”和“语言表达能力”

能力	检索式 QA	生成式 QA	✅ RAG
🎯 找到正确知识	✅	❌	✅
🗣️ 表达自然语言	❌	✅	✅

RAG = 检索准确性（靠 Retriever） + 表达通顺性（靠 Generator）
→ 既懂又会说 💡🧠🗣️

🔍 对比优势二：支持开放域问答

传统检索式 QA 往往只适用于特定知识文档，
生成式 QA 又容易“张口就来”。

🎯 RAG 则可以面向任意问题，只要资料在知识库中，就能通过检索 + 推理生成高质量回答。

🧠 对比优势三：降低幻觉风险

幻觉 = 模型一本正经地编！

❌ 生成式 QA：幻觉高（完全靠记忆）
✅ RAG：只在模型读了真实资料后生成，幻觉概率大大降低
✅ 检索式 QA：无幻觉，但用户要自己读

📚 对比优势四：回答内容有“证据”可查

RAG 可将使用过的文档片段一起返回，形成“可追溯”的问答系统。

💡 示例：

问题：公司的带薪年假制度是什么？

🤖 RAG 回答：

🗣️ 回答：你每年有5天带薪年假，未使用的部分可延期1年。
📎 来源文档片段：

“员工年假为每年5个工作日，未休部分可结转至次年使用。”

✅ 回答可信 + 有出处
（相比之下，生成式 QA 没法告诉你“这句话是哪来的”）

🔄 对比优势五：知识可随时更新，无需重训

模型	知识更新方式	难度
生成式 QA	重训练 LLM	😖 非常难
检索式 QA	更新文档库	😀 简单
✅ RAG	更新知识库 + 检索器	✅ 非常灵活！

💡 RAG 只要更新知识库和 Embedding 就能快速响应新内容，例如法规变化、产品更新、新闻实时问答等。

🧩 总结一句话：

RAG = 检索的严谨 + 生成的聪明 🧠 + 知识的可控 📚
是目前大多数企业级智能问答系统的首选！

🎁 用表格总结一下三者对比：

维度	检索式 QA	生成式 QA	✅ RAG
数据来源	文档库	模型记忆	文档库
回答风格	原文复制	自由生成	生成回答
表达能力	❌ 弱	✅ 强	✅ 强
知识更新	✅ 易更新	❌ 难（需重训）	✅ 易更新
是否可溯源	✅ 可	❌ 否	✅ 可
幻觉概率	❌ 无	❌ 高	⚠️ 低
技术难度	⭐⭐	⭐⭐	⭐⭐⭐⭐