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RAG (Retrieval-Augmented Generation) 原理详解与实例

news 2025/8/11 13:45:01

核心概念：什么是 RAG？

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想象一下，你是一位专家，需要回答一个复杂的问题。你不会凭空编造答案，而是会：

检索 (Retrieval)：先去查阅相关的书籍、论文、报告或数据库，找到最相关的信息片段。
理解与整合 (Comprehension & Integration)：阅读这些信息，理解其核心内容。
生成 (Generation)：基于你检索到的信息和你自身的专业知识，组织语言，生成一个准确、全面、连贯的回答。

RAG 就是让大型语言模型 (LLM) 模拟这个过程。 它不是让 LLM 单纯依赖其训练时学到的（可能过时或不完整的）知识来生成答案，而是在生成答案之前，先从一个外部知识库中检索出与当前问题最相关的信息，然后将这些信息作为上下文提供给 LLM，指导它生成更准确、更可靠、更具时效性的答案。

RAG 的核心原理与工作流程

RAG 系统通常包含两个主要阶段：

阶段一：离线构建阶段（知识库准备）

这个阶段是“打地基”，为后续的检索做准备。

数据收集与预处理：
- 收集你需要模型能够回答的问题相关的所有知识来源。这可以是：
  - 公司内部文档（产品手册、技术文档、HR政策、销售记录）
  - 领域知识库（医学文献、法律条文、学术论文）
  - 网页内容（新闻、博客、论坛帖子）
  - 数据库记录
- 对收集到的原始数据进行清洗（去除无关信息、格式错误）、分块 (Chunking)。分块是关键步骤，因为 LLM 的上下文窗口长度有限，且小块信息更容易精准匹配。例如，将一篇长文档按段落、句子或语义单元分割成多个小块。
文本嵌入 (Embedding)：
- 使用一个嵌入模型 (Embedding Model)，如 text-embedding-ada-002 (OpenAI), BAAI/bge-large-en-v1.5, sentence-transformers/all-MiniLM-L6-v2 等。
- 将每个文本块（Chunk）转换成一个向量 (Vector)，也叫嵌入 (Embedding)。这个向量是一个由数字组成的列表（例如，长度为 768, 1536 等），它语义上代表了该文本块的核心含义。
- 核心思想：语义相似的文本块，在向量空间中的位置（向量）会非常接近；语义不相关的文本块，向量位置会相距较远。（具体如何衡量“接近”，详见附录 A：余弦相似度）
构建向量数据库 (Vector Database)：
- 将所有文本块及其对应的向量存储在一个专门的向量数据库 (Vector Database) 中。常见的向量数据库包括：
  - 开源/自托管: Chroma, FAISS, Weaviate, Qdrant, Milvus
  - 云服务: Pinecone, Azure Cognitive Search, Google Vertex AI Matching Engine
- 这个数据库建立了文本块 -> 向量 以及 向量 -> 文本块 的映射关系。它支持高效的相似性搜索，能快速找到与给定向量最相似的向量（及其对应的文本块）。（在海量数据下，这种搜索通常使用“近似最近邻”算法，详见附录 B：近似最近邻）

离线阶段总结： 我们将所有知识源处理成小块，用嵌入模型把它们变成向量，存进向量数据库。这个数据库就像一个巨大的、按语义组织的“索引”。

阶段二：在线推理阶段（回答用户问题）

当用户提出一个问题时，RAG 系统开始工作：

用户问题嵌入 (Query Embedding)：
- 用户输入一个问题，例如：“苹果公司最新发布的 iPhone 型号是什么？它的主要创新点有哪些？”
- 使用同一个嵌入模型，将这个问题也转换成一个向量。
相似性检索 (Similarity Search)：
- 将用户问题的向量，输入到向量数据库中。
- 向量数据库执行相似性搜索，找到与问题向量最接近的 Top K 个（例如，Top 5）向量。
- 数据库返回这些最相似向量对应的原始文本块。这些文本块就是从知识库中检索到的、与用户问题最相关的信息片段。
提示词构建 (Prompt Construction)：
- 将检索到的相关文本块（作为上下文 Context）和用户的原始问题组合成一个精心设计的提示词 (Prompt)。
- 这个提示词通常包含：
  - 指令 (Instruction)：告诉 LLM 它的角色和任务（例如：“你是一个乐于助人的知识助手。请根据以下提供的背景信息，准确回答用户的问题。”）。
  - 上下文 (Context)：插入检索到的 Top K 个文本块（用分隔符分开，如 ---）。
  - 问题 (Ques