向量数据库与RAG

针对目前Agent开发需求逐渐增长,本文主要讲解向量、向量数据库、PostgreSQL+PGVector实现向量存储、RAG基础等

向量

在 Agent 开发中，“向量”通常指的是向量表示或嵌入（embedding），它是一种将非结构化数据（如文本、图像、音频等）转换为高维数值向量的技术。这些向量能够被计算机高效处理，并用于衡量语义相似性、检索、分类、推荐等任务。

举个例子：

你有一句话：“我想学习Java编程语言”
Agent 会把它变成一个向量，比如：

[0.23, -0.45, 0.78, ..., 0.12]  // 维度可能是 384、768、1536 等

这个向量不是随机的，而是语义压缩的结果。

如果另一句话是：“我想学习Python编程语言”，它们的向量会很接近，Agent 就知道这两句话意思相似，可以触发同一个意图（比如“学习编程”）。

所以可以简单理解为:向量是 Agent 的“语义眼睛”，让它看懂用户说什么、记得住、找得到。

向量数据库

向量数据库是一种专门设计用来存储和管理向量嵌入(vector embeddings)的数据库系统。它可以将非结构化数据（如文本、图片、音频等)转换成高维向量的形式进行存储，并提供高效的相似性搜索功能。

在基于大模型的应用开发中，向量数据库主要解决以下核心问题：

1)高效的相似性搜索
通过将用户查询转换为向量，可以快速找到语义相似的内容，这对于实现智能问答、推荐系统等功能至关重要

2)海量数据处理
能够高效处理大模型生成的海量数据，传统数据库难以处理百万甚至数十亿的数据点，而向量数据库专门针对这种场景进行了优化。

3)实时交互支持
在需要实时用户交互的应用中如聊天机器人)，向量数据库可以确保快速检索相关上下文信息，提供实时响应。

向量数据库工作原理

PGSQL/PGVector实现向量存储

PGSQL介绍

PostgreSQL数据库是功能强大的开源数据库，它支持丰富的数据类型（如JSON和JSONB类型、数组类型）和自定义类型，目前在Stack Overflow2025年开发者调查中排名第一。

PostgreSQL数据库的优势

PostgreSQL数据库具有以下优势：

• PostgreSQL数据库是目前功能最强大的开源数据库，它是最接近工业标准SQL92的查询语言，至少实现了SQL:2011标准中要求的179项主要功能中的160项（注：目前没有哪个数据库管理系统能完全实现SQL:2011标准中的所有主要功能）。
• **稳定可靠：**PostgreSQL是唯一能做到数据零丢失的开源数据库。目前有报道称国内外有部分银行使用PostgreSQL数据库。
• 开源省钱： PostgreSQL数据库是开源的、免费的，而且使用的是类BSD协议，在使用和二次开发上基本没有限制。
• **支持广泛：**PostgreSQL 数据库支持大量的主流开发语言，包括C、C++、Perl、Python、Java、Tcl以及PHP等。
• **PostgreSQL社区活跃：**PostgreSQL基本上每3个月推出一个补丁版本，这意味着已知的Bug很快会被修复，有应用场景的需求也会及时得到响应。

对比维度	PostgreSQL	Oracle	MySQL
开源/商业	开源（PostgreSQL License）	商业（需授权，费用高）	开源（GPL）+ 商业版（Oracle 提供）
事务支持	完全支持 ACID，MVCC 实现优秀，支持所有隔离级别	完整 ACID，企业级事务控制，支持分布式事务	支持 ACID（InnoDB），默认隔离级别为 Repeatable Read
SQL 标准兼容	高度兼容 SQL 标准，支持复杂查询、CTE、窗口函数等	支持 SQL 标准 + 企业扩展（如 PL/SQL）	基本兼容，部分高级功能（如窗口函数）8.0 后才支持
JSON 支持	原生支持 JSON 和 JSONB，支持索引、路径查询，功能最强	12c 起支持 JSON，功能较强，适合混合结构数据	5.7 起支持 JSON，功能较弱，不支持 JSONB
数据类型支持	支持丰富类型（如 JSONB、数组、UUID、GIS 等）	支持结构化、半结构化数据（如 XML、JSON、CLOB）	数据类型较少，JSON 支持较弱
高可用与复制	支持流复制、逻辑复制、热备、Patroni 高可用方案	Data Guard、RAC（共享存储集群），企业级高可用	主从复制、半同步复制、MHA、InnoDB Cluster
扩展性	插件丰富（如 PostGIS、TimescaleDB），支持 FDW 访问外部数据源	企业级扩展（如分区、压缩、OLAP 选项），支持异构访问	插件机制有限，分库分表需借助中间件（如 Vitess）
并发控制	MVCC，读写不冲突，适合高并发读	行级锁 + 自动锁升级，支持大并发写入	InnoDB 行级锁，但间隙锁可能引发写入阻塞
适用场景	数据分析、GIS、JSON 存储、科学计算、复杂业务系统	金融、电信、大型企业核心系统，强事务一致性场景	Web 应用、中小型系统、读多写少场景

PGVector

pgVector 是一个开源的 PostgreSQL 扩展插件，用于在 PostgreSQL 数据库中高效存储、查询和处理高维向量数据。它特别适合需要进行向量相似性搜索的场景，例如语义搜索、图像检索、推荐系统等。通过 pgVector，PostgreSQL 可以被用作一个强大的向量数据库，与传统关系型数据库功能无缝集成。

具体安装可参考这篇博客跨平台向量库：Linux & Windows 上一条龙部署 PostgreSQL 向量扩展

pgVector 的核心功能

1. 向量数据类型：
   • pgVector 提供了一个名为 vector 的数据类型，用于存储高维向量（浮点数数组）。
   • 支持高达 16,000 维 的向量，适用于主流嵌入模型（如 OpenAI 的 text-embedding-ada-002）。
2. 相似性搜索：
   • 支持多种距离度量：
     • 欧几里得距离（L2）：<-> 运算符，计算向量间的直线距离。
     • 余弦相似度：<=> 运算符，比较向量方向。
     • 内积：<#> 运算符，适用于某些机器学习场景。
     • 其他距离如 L1（曼哈顿距离）、汉明距离等。
   • 支持精确搜索和近似最近邻（ANN）搜索，后者速度更快但精度略低。
3. 索引支持：
   • HNSW（Hierarchical Navigable Small World）：基于图的索引，适合高精度、高频查询场景，召回率高但构建时间长。
   • IVFFlat：基于倒排索引的索引，适合大数据量场景，构建快但精度略低。
   • 索引可以显著提高查询性能，尤其是在处理数百万条向量时。
4. 无缝集成：
   • 作为 PostgreSQL 扩展，pgVector 使用标准的 SQL 语法，开发者无需学习新查询语言。
   • 支持与 PostgreSQL 的其他功能（如 JOIN、事务、备份）结合。
   • 可通过任何支持 PostgreSQL 的客户端（如 Python 的 psycopg2 或 Node.js 的 pg）访问。
5. 其他特性：
   • 支持单精度、半精度、二进制和稀疏向量，优化存储和性能。
   • 利用 PostgreSQL 的 ACID 事务、WAL（写前日志）等特性，确保数据一致性和可靠性。

RAG基础

什么是RAG？

RAG(Retrieval-Augmented Generation,检索增强生成)是一种结合信息检索技术和Al内容生成的混合架构，
可以解决大模型的知识时效性限制和幻觉问题。

从技术角度看，R八G在大语言模型生成回答之前，会先从外部知识库中检索相关信息，然后将这些检索到的内容
作为额外上下文提供给模型，引导其生成更准确、更相关的回答。

RAG工作流程

1.文档收集与切割

文档收集：从各种来源（网页、PDF、数据库等）收集原始文档

文档预处理：清洗、标准化文本格式

文档切割：将长文档分割成适当大小的片段（俗称chunks)

• 基于固定大小（如512个token)
• 基于语义边界（如段落、章节）
• 基于递归分割策略（如递归字符n-gram切割）

2. 向量转换与存储

向量转换：使用Embedding模型将文本块转换为高维向量表示，可以捕获到文本的语义特征

向量存储：将生成的向量和对应文本存入向量数据库，支持高效的相似性搜索

3. 文档过滤与存储

查询处理：将用户问题也转换为向量表示

过滤机制：基于元数据、关键词或自定义规则进行过滤

相似度搜索：在向量数据库中查找与问题向量最相似的文档块，常用的相似度搜索算法有余弦相似度、欧氏距离
等

上下文组装：将检索到的多个文档块组装成连贯上下文

4.查询增强与关联

提示词组装：将检索到的相关文档与用户问题组合成增强提示词

上下文融合：大模型基于增强提示生成回答

源引用：在回答中添加信息来源引用

后处理：格式化、摘要或其他处理以优化最终输出

完整工作流程

.查询增强与关联

提示词组装：将检索到的相关文档与用户问题组合成增强提示词

上下文融合：大模型基于增强提示生成回答

源引用：在回答中添加信息来源引用

后处理：格式化、摘要或其他处理以优化最终输出

[外链图片转存中…(img-wr1oRCmA-1760885182079)]

完整工作流程