揭开RAG系统的评估面纱：4 大指标助你提升输出质量

之前笔者已经介绍了如何通过 Chunking 和 Embedding 来优化 RAG 系统。今天我们来聊聊评估 RAG 系统性能的指标体系。我们的重点会放在评估大模型的输出的指标上。

在优化基于检索增强生成（Retrieval-Augmented Generation, RAG）的系统时，明确性能评估方法是关键的一步。本篇文章将围绕 RAG 系统的评估指标展开，重点探讨如何通过科学评估优化系统性能。

1. RAG 的基本组成部分

RAG 系统通常由两个主要阶段组成：

1.1数据摄取（Data Ingestion）：

• 将结构化或非结构化数据转化为适合向量数据库的形式。
• 数据准备的典型步骤包括清洗、分词、嵌入生成等。
• 举例：对新闻文章进行分块处理并生成嵌入以便后续检索。

1.2数据查询（Data Querying）：

• 检索（Retrieval）： 从向量数据库中提取与用户查询相关的内容。
• 合成（Synthesis）： 将检索内容与用户查询结合，通过大模型生成最终回答。
• 应用场景： 包括客户支持、企业知识问答系统等。

2. 如何评估 RAG 的性能

优化 RAG 系统的关键是定义合适的评估指标，并基于这些指标改进系统设计。

2.1确定指标评估 RAG 系统时常用两类指标：

• 基于 LLM 的指标：

• 通过调用大语言模型（LLM）进行评估，例如利用其判断回答的质量、相关性等。
• 优点：与人类评价高度相关，适合复杂语言任务。
• 缺点：结果可能存在一定的不确定性，因 LLM 输出具有随机性。

• 非 LLM 的指标：

• 依赖传统方法，如字符串相似度、BLEU 分数等。
• 优点：结果确定性强，适合系统开发和早期调试阶段。
• 缺点：在复杂语言任务上的表现与人类评价相关性较低。

2.2准备评估数据集为了评估 RAG 系统，需要一个高质量的测试数据集，其中包括用户查询与正确答案的匹配对。构建数据集时需注意以下几点：

• 来源： 数据可以来源于真实用户交互日志，也可以通过人工标注或使用 LLM 合成。
• 多样性： 确保问题类型、复杂性和领域的多样性，以测试系统的广泛适用性。
• 规模： 数据集应包含足够多的样本，以确保评估结果具有统计显著性。
• 验证： 对于自动生成的数据，需引入人工或其他模型验证环节，确保答案质量。

举例：构建一个企业知识问答数据集，可以从实际客服记录中提取常见问题，并手动或自动生成答案。

3. 评估大模型的输出结果的四大类指标

在评估 RAG 系统时，之所以需要特别关注大模型输出结果相关的指标，是因为这些指标直接反映了最终用户体验的质量。与基于 LLM 的指标和非 LLM 的指标相比，前者更能捕捉复杂语言任务的细微差异，例如回答的依托性和相关性，而后者则擅长提供确定性的基准评估。在 2.1 部分中，我们已经讨论了这两类指标的优缺点。本节将从更实际的角度出发，通过具体的四大类指标分析如何优化 RAG 系统的输出质量。

3.1Groundedness（依托性/真实性）

• 定义： 检查生成的回答是否基于检索到的上下文，而非凭空生成（幻觉）。
• 方法：
• 基于上下文嵌入计算生成回答与原始内容的相似度。
• 使用 LLM 自动打分，判断回答是否引用了检索内容。
• 重要性： 在知识密集型场景（如医学、法律问答）中，确保回答的依托性至关重要。
• 优化建议： 提升检索内容的质量，同时优化模型的提示词以减少幻觉。

3.2Completeness（完整性）

• 定义： 回答是否全面覆盖了用户查询的所有需求。
• 方法：
• 基于检索内容与生成回答的覆盖率评分。
• 使用 LLM 逐项检查问题中的每个子问题是否得到解答。
• 重要性： 在需要回答复杂、多步骤问题的场景中尤为关键。
• 优化建议： 增强检索阶段对多样化内容的覆盖能力，或调整生成策略以综合回答多个维度的问题。

3.3Utilization（利用率）

• 定义： 衡量每个检索片段对最终回答的贡献。
• 方法：
• 对每个检索内容片段，评估其在最终回答中的体现。
• 计算检索内容与生成回答的匹配率。
• 重要性： 高利用率意味着更高效的检索与生成过程，避免资源浪费。
• 优化建议： 如果利用率低，可以分析无效片段并调整检索策略或嵌入生成方法。

3.4Relevance（相关性）

• 定义： 回答是否与用户问题直接相关。
• 方法：
• 基于嵌入计算回答与问题的相似度。
• 使用 LLM 判断回答内容是否聚焦于问题本身。
• 重要性： 在用户问题较为模糊或检索信息噪声较高时，相关性尤为重要。
• 优化建议： 优化向量数据库的构建与检索算法，确保返回内容的高相关性。

4. 案例分析：如何用评估指标改进 RAG 系统

假设我们正在优化一个企业知识问答系统：

• 背景： 用户需要查询公司政策相关信息。
• 问题： 系统生成的回答偶尔出现虚假信息，或者遗漏关键信息。

通过评估：

• Groundedness: 检查发现部分回答未引用检索内容，调整提示词以减少幻觉。
• Completeness: 通过分析未解答的子问题，优化检索阶段的多样性。
• Utilization: 识别部分低利用率的检索片段，重新生成嵌入或改进分块策略。
• Relevance: 提升检索算法的精准度，减少噪声内容干扰。

5. 结论

在 RAG 系统的优化过程中，科学合理的评估指标是成功的关键。通过 Groundedness、Completeness、Utilization 和 Relevance 四大类指标，开发者可以多维度地了解系统的性能，并有针对性地进行改进。

未来，随着评估工具的进步与指标的完善，RAG 系统的优化将变得更加高效和精准。这不仅有助于提升系统性能，也为更广泛的实际应用奠定了基础。