【LLM】Langchain使用[三]（基于文档的问答）

一、基于文档的问答

1. 创建向量存储

• CSVLoader加载csv数据，loader结合模型使用
• 使用Dock Array内存搜索向量存储，作为一个内存向量存储，不需要连接外部数据库
• 创建向量存储：导入一个索引，即向量存储索引创建器

from langchain.chains import RetrievalQA #检索QA链，在文档上进行检索
from langchain.chat_models import ChatOpenAI #openai模型
from langchain.document_loaders import CSVLoader #文档加载器，采用csv格式存储
from langchain.vectorstores import DocArrayInMemorySearch #向量存储
from IPython.display import display, Markdown #在jupyter显示信息的工具

file = 'OutdoorClothingCatalog_1000.csv'
loader = CSVLoader(file_path=file)
#查看数据
import pandas as pd
data = pd.read_csv(file,header=None)

数据是字段为name和description的文本数据：

# 创建向量存储
from langchain.indexes import VectorstoreIndexCreator #导入向量存储索引创建器
'''
将指定向量存储类,创建完成后，我们将从加载器中调用,通过文档记载器列表加载
'''
index = VectorstoreIndexCreator(
    vectorstore_cls=DocArrayInMemorySearch
).from_loaders([loader])
query ="Please list all your shirts with sun protection \
in a table in markdown and summarize each one."
response = index.query(query)#使用索引查询创建一个响应，并传入这个查询
display(Markdown(response))#查看查询返回的内容

得到了一个Markdown表格，其中包含所有带有防晒衣的衬衫的名称和描述，描述是总结过的。

'''
为刚才的文本创建embedding，准备将它们存储在向量存储中，使用向量存储上的from documents方法来实现。
该方法接受文档列表、嵌入对象，然后我们将创建一个总体向量存储
'''
db = DocArrayInMemorySearch.from_documents(
    docs, 
    embeddings
)
query = "Please suggest a shirt with sunblocking"
docs = db.similarity_search(query)#使用这个向量存储来查找与传入查询类似的文本，如果我们在向量存储中使用相似性搜索方法并传入一个查询，我们将得到一个文档列表
len(docs)# 我们可以看到它返回了四个文档

# 回答文档的相关问题
retriever = db.as_retriever() #创建检索器通用接口
llm = ChatOpenAI(temperature = 0.0,max_tokens=1024) #导入语言模型
qdocs = "".join([docs[i].page_content for i in range(len(docs))])  # 将合并文档中的所有页面内容到一个变量中
response = llm.call_as_llm(f"{
    
    qdocs} Question: Please list all your \
shirts with sun protection in a table in markdown and summarize each one.") #列出所有具有防晒功能的衬衫并在Markdown表格中总结每个衬衫的语言模型

向量数据库使用的是chromadb。通过LangChain链封装起来，创建一个检索QA链，对检索到的文档进行问题回答，要创建这样的链，我们将传入几个不同的东西

• 1、语言模型，在最后进行文本生成
• 2、传入链类型，这里使用stuff，将所有文档塞入上下文并对语言模型进行一次调用
• 3、传入一个检索器

qa_stuff = RetrievalQA.from_chain_type(
    llm=llm, 
    chain_type="stuff", 
    retriever=retriever, 
    verbose=True
)
query =  "Please list all your shirts with sun protection in a table \
in markdown and summarize each one."#创建一个查询并在此查询上运行链
response = qa_stuff.run(query)
display(Markdown(response))#使用 display 和 markdown 显示它

RetrievalQA链其实就是把合并文本片段和调用语言模型这两步骤封装起来，如果没有RetrievalQA链，我们需要这样子实现：

# 将检索出来的文本片段合并成一段文本
qdocs = "".join([docs[i].page_content for i in range(len(docs))])
# 将合并后的文本和问题一起传给LLM
response = llm.call_as_llm(f"{
    
    qdocs} Question: Please list all your \
shirts with sun protection in a table in markdown and summarize each one.") 

2. 不同类型的chain链

想在许多不同类型的块上执行相同类型的问答，该怎么办？上面的实验只返回了4个文档，如果有多个文档，我们可以使用几种不同的方法

• Map Reduce
  将所有块与问题一起传递给语言模型，获取回复，使用另一个语言模型调用将所有单独的回复总结成最终答案，它可以在任意数量的文档上运行。可以并行处理单个问题，同时也需要更多的调用。它将所有文档视为独立的
• Refine
  用于循环许多文档，实际上是迭代的，建立在先前文档的答案之上，非常适合前后因果信息并随时间逐步构建答案，依赖于先前调用的结果。它通常需要更长的时间，并且基本上需要与Map Reduce一样多的调用
• Map Re-rank
  对每个文档进行单个语言模型调用，要求它返回一个分数，选择最高分，这依赖于语言模型知道分数应该是什么，需要告诉它，如果它与文档相关，则应该是高分，并在那里精细调整说明，可以批量处理它们相对较快，但是更加昂贵
• Stuff
  将所有内容组合成一个文档

二、本地知识库问答

1.1 整体框架

• 改进的点（方向）：
  • 改LLM模型
  • embedding模型
  • 文本分割方式
  • 多卡加速模型部署
  • 提升top-k检索召回的质量
• 基于数据隐私和私有化部署，可以方便的使用Langchain+大模型进行推理

2. 文本切分

Langchain源码：https://github.com/hwchase17/langchain/blob/master/langchain/text_splitter.py

Langchain的内置文本拆分模块的常见参数：

• chunk_size：文本块的大小，即文本块的最大尺寸；
• chunk_overlap：表示两个切分文本之间的重合度，文本块之间的最大重叠量，保留一些重叠可以保持文本块之间的连续性，可以使用滑动窗口进行构造，这个比较重要。
• length_function：用于计算文本块长度的方法，默认为简单的计算字符数；

其他文本分割器：
$$\begin{array}{cc}\text{ 文本分割器 }& \\ \text{ LatexTextSplitter }& \text{ 沿着Latex标题、标题、枚举等分割文本。 }\\ \text{ MarkdownTextSplitter }& \begin{array}{l}\text{ 沿着Markdown的标题、代码块或水平规则来分 }\\ \text{ 割文本。 }\end{array}\\ \text{ NLTKTextSplitter }& \text{ 使用NLTK的分割器 }\\ \text{ PythonCodeTextSplitter }& \text{ 沿着Python类和方法的定义分割文本。 }\\ \text{ RecursiveCharacterTextSplitter }& \begin{array}{l}\text{ 用于通用文本的分割器。它以一个字符列表为 }\\ \text{ 参数, 尽可能地把所有的段落 (然后是句子, }\\ \text{ 然后是单词) 放在一起 }\end{array}\\ \text{ SpacyTextSplitter }& \text{ 使用Spacy的分割器 }\\ \text{ TokenTextSplitter }& \text{ 根据openAl的token数进行分割 }\end{array}$$
我们直接举个栗子，比如对中文文本切分，继承langchain中类CharacterTextSplitter的ChineseTextSplitter类。正则表达式sent_sep_pattern来匹配中文句子的分隔符（如句号，感叹号，问好，分号等）：

# 中文文本切分类
class ChineseTextSplitter(CharacterTextSplitter):
    def __init__(self, pdf: bool = False, **kwargs):
        super().__init__(**kwargs)
        self.pdf = pdf

    def split_text(self, text: str) -> List[str]:
        if self.pdf:
            text = re.sub(r"\n{3,}", "\n", text)
            text = re.sub('\s', ' ', text)
            text = text.replace("\n\n", "")
        sent_sep_pattern = re.compile('([﹒﹔﹖﹗．。！？]["’”」』]{0,2}|(?=["‘“「『]{1,2}|$))')  # del ：；
        sent_list = []
        for ele in sent_sep_pattern.split(text):
            if sent_sep_pattern.match(ele) and sent_list:
                sent_list[-1] += ele
            elif ele:
                sent_list.append(ele)
        return sent_list

3. 图解流程

Reference

[1] MedicalGPT: Training Medical GPT Model
[2] How to handle rate limits.openai
[3] 谈langchain大模型外挂知识库问答系统核心部件：如何更好地解析、分割复杂非结构化文本
[4] All You Need to Know to Build Your First LLM App.towardsdatascience
[5] LLM 系列 | 15：如何用LangChain做长文档问答
[6] 本地知识库对话系统大模型.tx技术工程