基于 GraphRAG+LangChain+Ollama 的 Llama 3.1 与 Neo4j 集成实战

3. 安装依赖

进入 Jupyter Notebook，安装所需的包：

我们需要安装 LangChain、Ollama、LangChain Experimental（图解决方案目前在 LangChain 实验包中）。还需要安装 Neo4j，以及用于在 Jupyter Notebook 中显示图的 py2neo 和 ipywidgets。

%pip install --upgrade --quiet langchain langchain-community langchain-openai langchain-ollama langchain-experimental neo4j tiktoken yfiles_jupyter_graphs python-dotenv

4. 导入类

安装完这些包后，我们可以导入所需的类。从 LangChain 中导入多个类，例如 Runnable Pass Through、Chat Prompt Template、Output Parser 等。

我们还导入 Neo4j 的图类，这在 LangChain Community 包的 Graphs 模块中。我们还导入 Chat OpenAI 作为 Ollama 的后备模型。

在 LangChain Experimental 包中，我们有一个 Graph Transformer 模块，我们将从那里导入 LLM Graph Transformer，它利用复杂的提示将数据转换为可以存储在图数据库中的形式。

我们还将导入 Neo4j 的图数据库，不仅作为图数据库使用，还可以作为普通的向量数据库使用。

from langchain_core.runnables import RunnablePassthrough 
from langchain_core.prompts import ChatPromptTemplate 
from langchain_core.pydantic_v1 import BaseModel, Field 
from langchain_core.output_parsers import StrOutputParser 
import os 
from langchain_community.graphs import Neo4jGraph 
from langchain.text_splitter import RecursiveCharacterTextSplitter 
from langchain_openai import ChatOpenAI 
from langchain_community.chat_models import ChatOllama 
from langchain_experimental.graph_transformers import LLMGraphTransformer 
from neo4j import GraphDatabase 
from yfiles_jupyter_graphs import GraphWidget 
from langchain_community.vectorstores import Neo4jVector 
from langchain_openai import OpenAIEmbeddings 
from langchain_community.document_loaders import TextLoader 
from langchain_community.vectorstores.neo4j_vector import remove_lucene_chars 
from dotenv import load_dotenv 
load_dotenv()

我们将采用混合方法，既使用图知识，也使用标准的文档搜索方式，即通过嵌入模型来搜索与查询最相似的文档。

我们还将使用 dotenv 包，并在 Jupyter Notebook 中加载环境变量。在 .env 文件中，有一个 OpenAI API 密钥、一个 Neo4j URI、Neo4j 用户名和密码。

下一步是创建与数据库的连接。所以我们实例化 Neo4j 图类：

这将建立与 Neo4j 的连接。

5. 准备数据

准备 dummy_text.txt 数据集，它描述了这个意大利家庭的大量信息，包括不同的名字、关系，如 Antonio 的妹妹 Amo、祖母等。这些信息稍后都将在我们的图中呈现。

我们将使用文本加载器将其加载到内存中：

然后使用文本分割器将其分割成多个块，这是标准的方法，以便 LLM 更容易处理信息。

6. 构建知识图谱

加载后，我们将设置我们的 LLM 图变换器，它负责将文档转换为 Neo4j 可以处理的形式。

基于环境变量 llm_type，目前我没有设置，所以默认是 Ollama。我们将实例化 ChatOllama 或 ChatOpenAI，然后将其传递给 LLM 图变换器的构造函数。

convert_to_graph_documents 方法将创建文档块之间的所有关系。我们传入创建的文档，计算可能需要一些时间，即使是这个很小的例子，也花了我大约 3 分钟时间，所以稍等片刻。

运行结果来了：这是一个图文档，你可以看到我们有一个 nodes 属性，它是一个包含不同节点的列表，具有 ID。我们可以看到 ID 类似于 Micos Family，类型是 Family，然后我们还有更多的节点，如 Love 概念节点、Tradition 等等。

他们之间也有关系，这些关系将被存储在 Neo4j 中。

7. 可视化图谱

当前我们还没有启动数据库，所以我们需要先运行 add_graph_documents 方法，提供图文档，然后将所有内容存储在 Neo4j 中。这也可能需要几秒钟时间。文档存储到数据库后，我们可以可视化它们。

首先我们要连接到数据库，我们将使用驱动方法，传入我们的 URI（存储在 Neo4j URI 环境变量中），还需要提供用户名和密码进行身份验证，并创建驱动实例。然后我们创建一个新会话，并使用会话的 run 方法对 Neo4j 运行查询。我们将使用这个查询语句：

如果你不熟悉 Neo4j 可能会觉得有点复杂，但它的意思是 Neo4j 应该返回所有通过 mentions 类型的关系连接的节点对，我们想返回 s, r, 和 t。s 是起始节点，r 是结束节点，t 是关系。

我们可以运行这个方法，并实际可视化我们的图：

现在我们可以向下滚动，这里我们可以看到这是我们的文档的完整知识图谱。正如你所看到的，这相当多，我们可以通过滚动来深入了解更多信息。这里我们可以看到一些实体，比如 Petro 是一个人，我们可以看到 Petro 喜欢厨房、喜欢大海，并且是另一个人 Sophia 的家长。

所以我们可以看到不同的实体通过不同的关系建模，最终你得到了这个非常大的知识图谱。我认为即使是对于我们的小数据集，这也实际上是很多内容。我个人非常喜欢这种图。现在我们来看一下这不仅仅是美观，实际上也很有用。

8. 向量存储

图的存储做完了，再来一个向量存储。下一步是从 Neo4j 创建一个向量存储，所以我们将使用 Neo4jVector 类，并使用 from_existing_graph 方法，在这里我们只传入嵌入模型，从现有图中计算嵌入。这样我们也可以执行向量搜索，最终我们将把这个向量索引转换成一个检索器，以便有一个标准化的接口。

9. 实体提取

现在我们有一个图数据库，存储了我们的文档，也有了普通的向量存储。现在我们可以执行检索增强生成。由于我们使用图数据库，我们需要从查询中提取实体，以便从图数据库中执行检索步骤。

图数据库需要这种实体，所以我们将创建一个名为 Entities 的自定义模型，继承自 BaseModel，我们希望提取实体，这可以通过提供这个属性 entities 来完成，它是一个字符串列表。这里是 LLM 的描述，所以我们希望提取文本中的所有人、组织和业务实体。

然后我们创建一个 ChatPromptTemplate，系统消息是你正在从文本中提取组织、个人和业务实体。然后我们提供用户输入，并将我们的提示模板传递给 LLM，与结构化输出一起使用，这使用了 Entities 类。

我们得到了我们的实体链，并可以像这样调用它。我们传入问题'Who are Nonna and Giovanni Corrado?'，所以我们有两个名字，执行调用方法后，我们可以看到输出是一个字符串列表，只有名字：

这些名字将用于查询图数据库。接下来是在 graph_retriever 函数中调用这个方法。首先从查询中提取实体，然后对 Neo4j 运行查询，我将向你展示最终效果。

我们创建了 graph_retriever 函数，传入问题，提取实体，然后查询数据库。

我们问'Who is Nonna?'，如果运行这个查询，我们可以看到 Nonna 拥有哪些节点和连接。她影响了 Conato，教导了孙子们，影响了新鲜意大利面，影响了 Amico，是家族的女族长。

10. 混合检索

然后我们创建一个混合检索器，使用 graph_retriever 和我们的向量存储检索器。我们定义一个函数 full_retriever，在这里设置我们的 graph_retriever 函数，并使用向量检索器，调用其 invoke 方法，获取最相关的文档。我们有了关系图和基于余弦相似度的最相关文档，最终我们将所有文档结合，返回最终数据集。这就是 full_retriever 的作用。

11. 构建最终链

然后我们创建一个最终链，这是一个普通的 RAG 链，你在几乎所有初学者教程中都会找到这样的链。我们有两个变量，context 和 question，context 是向量存储或其他数据库的输出，question 是我们的问题。所有这些都将发送给 LLM，我们创建一个模板，然后使用 Lang 和表达式语言在这里创建我们的最终链。这将创建一个 runnable_parallel，我将展示其 invoke 方法。

我们只使用一个字符串输入，传递给 full_retriever 函数，保持问题不变，然后将 context 和 question 传递给我们的提示，以填充这些变量。填充这些变量后，我们将所有内容传递给 LLM，并将 LLM 的输出传递给字符串输出解析器。

现在我们可以问'Who is Nonna Lucia? Did she teach anyone about restaurants or cooking?'所有关于关系的东西，执行结果：

Generated Query: Nonna~2 AND Lucia~2 'Nonna Lucia is the matriarch of the Caruso family and a culinary mentor. She taught her grandchildren the art of Sicilian cooking, including recipes for Caponata and fresh pasta.' 

我们可以看到答案是 Nonna Lucia 是 Corrado 家族的女族长和烹饪导师。她教导了她的孙子们西西里烹饪的艺术，这确实是正确的。

这就是如何使用 Neo4j 执行图数据库 RAG。

参考资料

1. 全文代码：https://github.com/Ai-trainee/GraphRAG-with-Llama-3.1/tree/main
2. GraphRAG 所有架构：https://gradientflow.com/graphrag-design-patterns-challenges-recommendations/
3. Microsoft GraphRAG：https://microsoft.github.io/graphrag/