基于 LangChain 搭建最小化 RAG 系统实战

基于 LangChain 搭建最小化 RAG 系统实战

检索增强生成（Retrieval-Augmented Generation, RAG）是近年来大模型应用中最核心的技术架构之一。它通过引入外部知识库，有效缓解了大模型的知识幻觉问题。本文将利用 LangChain 框架，从零开始搭建一个最简化的 RAG 系统，解析其核心原理与实现细节。

环境准备

建议使用 Python 3.9+ 环境。LangChain 版本更新较快，建议安装最新稳定版以避免兼容性问题。

主要依赖包包括：

• langchain：核心框架
• chromadb：向量数据库
• sentence-transformers 或 huggingface_hub：用于加载 BGE 嵌入模型
• PyPDF2 或 unstructured：视数据格式而定

RAG 核心原理

RAG 流程主要分为三个步骤：

1. 索引建立：将非结构化文本数据通过向量化模型转换为向量，并存储到向量数据库中。
2. 检索：根据用户查询，在向量数据库中查找语义最相关的 Top-K 片段。
3. 生成：将检索到的上下文与用户问题拼接成提示词，输入给大语言模型生成最终答案。

该架构的核心在于利用向量相似度匹配解决信息检索的准确性问题，同时利用大模型的生成能力保证回答的自然流畅。

索引建立

我们使用 Chroma 作为轻量级向量数据库，调用 BGE (BAAI General Embedding) 模型完成文本向量化。原始数据采用 Markdown 格式，便于直接使用 TextLoader 加载。

代码实现

import os
from langchain_community.document_loaders import TextLoader
from langchain.text_splitter import RecursiveCharacterTextSplitter
from langchain_community.vectorstores import Chroma
from langchain.embeddings.huggingface import HuggingFaceBgeEmbeddings

# 配置模型路径
BGE_MODEL_PATH = "BAAI/bge-large-zh"
root_dir = "./data"  # 替换为你的数据目录

def extract_file_dirs(directory):
    file_paths = []
    for root, dirs, files in os.walk(directory):
        for file in files:
            if file.endswith(".md"):
                fp = os.path.join(root, file)
                file_paths.append(fp)
    return file_paths

# 1. 加载文档
files = extract_file_dirs(root_dir)
loaders = [TextLoader(f, encoding='utf-8') for f in files]
docs = []
for l in loaders:
    docs.extend(l.load())

# 2. 文本切片
# chunk_size 控制每个片段的大小，chunk_overlap 控制重叠部分以保留上下文连贯性
text_splitter = RecursiveCharacterTextSplitter(chunk_size=500, chunk_overlap=50)
documents = text_splitter.split_documents(docs)

# 3. 向量化与存储
embedding = HuggingFaceBgeEmbeddings(model_name=BGE_MODEL_PATH)
vectorstore = Chroma.from_documents(
    documents=documents,
    embedding=embedding,
    persist_directory="./vectorstore"
)

注意：实际生产中需确保 model_factory 中的 LLM 客户端已正确初始化。此处仅展示向量库构建逻辑。

检索模块

将向量数据库转换为检索器（Retriever）是 LangChain 的标准用法。通过 as_retriever() 方法，可以方便地调用检索接口。

retriever = vectorstore.as_retriever(search_kwargs={"k": 3})
query = "如何快速找到最有价值的内容？"
docs = retriever.invoke(query)

for doc in docs:
    print(doc.page_content)

这里使用了 invoke 方法替代旧版的 get_relevant_documents，这是 LangChain 较新版本的推荐写法。search_kwargs 允许自定义检索参数，如返回数量 k 或搜索类型（similarity, mmr 等）。

生成模块

定义提示词模板，将检索到的上下文与用户问题结合。使用 LangChain Expression Language (LCEL) 构建链式处理流程。

from langchain.prompts import ChatPromptTemplate
from langchain_core.output_parsers import StrOutputParser
from langchain_core.runnables import RunnablePassthrough

# 假设 model 已初始化为具体的 LLM 实例
# from model_factory import yi_llm 
# model = yi_llm

template = """Answer the question based only on the following context:

{context}

Question: {question},请用中文输出答案。
"""
prompt = ChatPromptTemplate.from_template(template)

def format_docs(docs):
    return "\n\n".join([d.page_content for d in docs])

# 构建 Chain
chain = (
    {"context": retriever | format_docs, "question": RunnablePassthrough()}
    | prompt
    | model
    | StrOutputParser()
)

response = chain.invoke(query)
print(response)

LCEL 的优势在于其流式处理能力与模块化设计，便于调试和组合不同的组件。RunnablePassthrough 用于透传用户问题，format_docs 负责格式化检索结果。

效果评估与优化

在实际应用中，简单的 RAG 系统可能面临以下挑战：

1. 检索精度不足：如果切片过大或过小，都会影响语义匹配。建议尝试不同的 chunk_size 或使用元数据过滤。
2. 大模型幻觉：即使有上下文，模型仍可能编造信息。可通过在 Prompt 中强调'若不知道则回答不知道'来缓解。
3. 延迟问题：向量检索 + 大模型生成存在串行延迟。可考虑异步处理或缓存常用查询。

优化方向

• 混合检索：结合关键词检索（BM25）与向量检索，提升召回率。
• 重排序（Re-ranking）：对初步检索结果进行精细打分，选取最相关片段。
• 查询改写：对用户问题进行扩展或重写，使其更适合向量空间匹配。

总结

本文演示了如何使用 LangChain、Chroma 和 BGE 模型构建基础的 RAG 系统。虽然示例代码较为精简，但涵盖了从数据加载、向量化、检索到生成的完整链路。开发者可根据具体业务场景，引入更复杂的检索策略与模型微调方案，以提升系统的鲁棒性与实用性。

在实际部署前，请务必检查所有依赖包的版本兼容性，并确保敏感数据（如 API Key）通过环境变量管理，避免硬编码在代码中。