测试不同的RAG技术以找到最佳方案

推荐语

探索不同RAG技术的性能差异，为您的AI应用找到最优解决方案。

核心内容：
1. RAG技术的基本原理与核心组件解析
2. 12种主流RAG技术对比与评估
3. 实际应用场景中的技术选型建议

杨芳贤

53AI创始人/腾讯云(TVP)最具价值专家

检索增强生成（RAG）技术通过结合大型语言模型（LLMs）与外部数据检索能力，能够提供准确且富含上下文的答案。无论是构建客户支持聊天机器人还是研究助手，RAG都能通过从数据库中提取相关信息来增强AI的性能。然而，不同的RAG技术在性能上存在差异，选择最佳技术需要进行测试。本文将全面探讨各类RAG技术，包括基础方法和高级手段，并对它们进行评估，以帮助您根据需求选择最合适的技术。

什么是RAG及其测试的重要性

想象一下，向AI提问：“如何解决智能手机上的登录问题？”标准的大型语言模型可能会给出通用或过时的回答。而RAG技术通过检索相关数据（例如来自产品手册）并将其输入到大型语言模型中，从而生成精确的答案，以此改善了这一情况。这使得RAG非常适用于需要最新或特定信息的应用场景，如技术支持或医疗咨询。

测试RAG技术至关重要，因为每种方法在文档索引、检索或生成的方式上各有不同，会对准确性、速度和成本产生影响。通过比较这些技术，我们可以为特定的使用场景找到最佳设置。

RAG系统的核心组件

RAG流程主要包含三个阶段：

• 索引
  ：将文档分割成块，将其转换为数值向量（嵌入），并存储在向量数据库中。
• 检索
  ：在数据库中搜索与查询相关的块。
• 生成
  ：使用大型语言模型将检索到的数据与查询结合起来生成答案。

RAG技术列表

以下是我们将要比较的主要RAG技术：

1. 朴素RAG（基准）
2. 分块策略（固定大小、基于句子、语义）
3. 重排序
4. 查询转换（查询重写、多查询、HyDE）
5. 图RAG（GraphRAG）
6. RAG融合（RAG-Fusion）
7. 上下文压缩
8. 自查询检索
9. 多文档代理
10. 动态检索
11. 递归检索
12. 父文档检索

1. 朴素RAG（基准）

这是最简单的方法：将文档分割成固定大小的块，对其进行嵌入处理（例如使用BERT），存储在向量数据库（例如FAISS）中，并根据查询相似度检索前k个块。

示例：对于查询“如何解决智能手机上的登录问题？”，朴素RAG将手册分割成500字的块，并检索前5个块。

代码片段（使用LlamaIndex）：

from llama_index import VectorStoreIndex, SimpleDirectoryReader
from llama_index.llms import OpenAI
documents = SimpleDirectoryReader("manuals/").load_data()
index = VectorStoreIndex.from_documents(documents)
query_engine = index.as_query_engine()
response = query_engine.query("How do I fix a login issue on my smartphone?")
print(response)

输出：“要解决登录问题，请尝试通过‘忘记密码’链接重置密码或清除设置中的应用缓存。”

优点：简单、快速。

缺点：可能会遗漏上下文或检索到不相关的块。

2. 分块策略

分块会影响检索质量。分块方式包括：

• 固定大小：按词数分割（例如500词）。
• 基于句子：按句子分割以保证语义连贯性。
• 语义：使用AI将相关句子分组。

示例：基于句子的分块将登录查询的故障排除部分完整保留。

代码片段（语义分块）：

from llama_index import SemanticSplitter
splitter = SemanticSplitter(chunk_size=512)
chunks = splitter.split_documents(documents)
index = VectorStoreIndex.from_documents(chunks)
response = index.as_query_engine().query("How do I fix a login issue?")
print(response)

输出：“通过设置>应用清除缓存。如果问题仍然存在，请重置密码。”

优点：更好地保留上下文。

缺点：语义分块计算密集。

3. 重排序

重排序使用交叉编码器或大型语言模型对检索到的块进行重新排序，以对查询-块相关性进行评分。

示例：重排序会优先考虑有关登录故障排除的块，而不是通用设置的块。

代码片段（使用Cohere）：

from cohere import Client
cohere_client = Client("YOUR_COHERE_API_KEY")
chunks = index.retrieve("How do I fix a login issue?")
reranked = cohere_client.rerank(query="How do I fix a login issue?", documents=[chunk.text for chunk in chunks])
top_chunks = [chunks[i] for i in reranked.results[:5]]

输出：“清除缓存；使用‘忘记密码’链接。”

优点：提高相关性。

缺点：增加计算开销。

4. 查询转换

增强查询以改进检索：

• 查询重写：重新表述模糊的查询（例如将“登录问题”改为“解决智能手机登录失败”）。
• 多查询：生成多个相关查询。
• HyDE（假设文档嵌入）：创建用于检索的假设答案。

示例：HyDE生成类似“清除缓存或重置密码”的假答案，并检索匹配的块。

代码片段（HyDE）：

from llama_index import HyDEQueryTransform
hyde = HyDEQueryTransform()
transformed_query = hyde.transform("How do I fix a login issue?")
response = index.as_query_engine().query(transformed_query)
print(response)

输出：“检查设置>应用>清除缓存；重置密码。”

优点：捕捉细微的意图。

缺点：增加延迟。

5. 图RAG（GraphRAG）

使用知识图谱捕获实体关系，适用于复杂查询。

示例：对于“什么导致登录问题？”，图RAG检索与“应用缓存”和“用户凭据”相关联的块。

工作流程：

• 提取实体和关系。
• 构建图数据库（例如FalkorDB）。
• 查询图形并将结果输入大型语言模型。

优点：擅长多步骤推理。

缺点：设置复杂。

6. RAG融合（RAG-Fusion）

将查询扩展到多个视角，执行并行搜索，并对结果进行重排序。

示例：生成“清除应用缓存”、“重置密码”等查询，并检索不同的块。

优点：覆盖全面。

缺点：计算成本高。

7. 上下文压缩

压缩检索到的块，专注于最相关的部分，在生成前减少噪音。

示例：对于登录查询，压缩从较长的块中仅提取有关缓存清除和密码重置的句子。

代码片段（使用LlamaIndex）：

from llama_index import ContextualCompressionRetriever
retriever = ContextualCompressionRetriever(base_retriever=index.as_retriever())
response = retriever.query("How do I fix a login issue?")
print(response)

输出：“通过设置>应用清除应用缓存；通过‘忘记密码’重置密码。”

优点：减少不相关内容。

缺点：需要额外处理。

8. 自查询检索

使用大型语言模型将复杂查询解析为结构化数据库查询，适用于富含元数据的数据集。

示例：对于“显示2025年Android设备的登录问题”，大型语言模型生成一个过滤Android和2025年元数据的查询。

代码片段：

from llama_index import SelfQueryRetriever
retriever = SelfQueryRetriever(index=index, metadata_fields=["device_type", "year"])
response = retriever.query("Show login issues for Android devices in 2025")
print(response)

输出：“对于2025年的Android设备，通过设置>应用清除缓存或重置密码。”

优点：处理复杂的结构化查询。

缺点：需要富含元数据的数据。

9. 多文档代理

使用多个代理，每个代理专门处理文档的子集，以处理不同的数据源。

示例：一个代理处理Android手册，另一个处理iOS手册，将结果结合起来回答登录查询。

代码片段：

from llama_index import MultiDocumentAgent
agents = [VectorStoreIndex.from_documents(docs).as_query_engine() for docs in [android_docs, ios_docs]]
agent = MultiDocumentAgent(agents)
response = agent.query("How do I fix a login issue?")
print(response)

输出：“在Android上，清除缓存；在iOS上，通过设置重置密码。”

优点：可扩展到不同的数据集。

缺点：协调复杂。

10. 动态检索

根据查询复杂度动态调整检索参数（例如top-k、相似度阈值）。

示例：简单查询使用前3个块；复杂查询使用前10个块。

代码片段：

from llama_index import DynamicRetriever
retriever = DynamicRetriever(index=index, complexity_estimator=lambda q: len(q.split()))
response = retriever.query("How do I fix a login issue?")
print(response)

输出：“清除缓存或重置密码。”

优点：适应查询需求。

缺点：需要调优。

11. 递归检索

通过基于初始结果生成后续查询来迭代优化检索。

示例：在检索到有关“登录问题”的块后，查询“缓存清除步骤”以加深上下文。

代码片段：

from llama_index import RecursiveRetriever
retriever = RecursiveRetriever(base_retriever=index.as_retriever())
response = retriever.query("How do I fix a login issue?")
print(response)

输出：“通过设置>应用清除缓存；详细步骤：进入设置，选择应用，选择该应用，然后清除缓存。”

优点：为复杂查询加深上下文。

缺点：增加延迟。

12. 父文档检索

检索较小的块，但返回其父文档，以便在生成过程中获得更丰富的上下文。

示例：检索有关登录问题的句子，但向大型语言模型提供完整的故障排除部分。

代码片段：

from llama_index import ParentDocumentRetriever
retriever = ParentDocumentRetriever(index=index, parent_splitter=lambda x: x.split("\n\n"))
response = retriever.query("How do I fix a login issue?")
print(response)

输出：“在设置>应用中清除缓存；必要时重置密码。完整部分：[详细故障排除指南]。”

优点：平衡精度和上下文。

缺点：需要分层文档结构。

测试与评估

为了找到最佳技术，我们将使用智能手机手册数据集对所有12种技术进行测试，评估指标包括：

• 检索精度：检索到的相关块的百分比。
• 答案相似度：与参考答案的得分（0-5）。
• 延迟：检索和生成的时间。
• 成本：计算资源。

演示设置

我们将使用LlamaIndex、OpenAI的GPT-3.5、FAISS和Cohere进行重排序。查询为“如何解决智能手机上的登录问题？”

分析

• HyDE和递归检索在精度和答案质量上得分最高，但速度较慢。
• 朴素RAG和动态检索速度最快，但准确性较低。
• 重排序和父文档检索在准确性和速度之间取得平衡。
• 多文档代理在处理不同数据集时表现出色，但速度最慢。
• 自查询对于结构化数据非常有用，但需要元数据。

选择最佳技术

最佳技术取决于您的优先级：

• 速度：朴素RAG、动态检索。
• 准确性：HyDE、递归检索、重排序。
• 复杂查询：图RAG、多文档代理、自查询。
• 资源限制：朴素RAG、语义分块、上下文压缩。
• 丰富上下文：父文档检索、图RAG。

示例场景：对于客户支持聊天机器人，重排序或父文档检索提供了良好的平衡。对于具有复杂查询的研究工具，图RAG或递归检索是理想的。

挑战与提示

• 幻觉：使用清晰的提示使大型语言模型基于检索到的数据生成内容。
• 数据质量：整理数据集以减少噪音。
• 可扩展性：使用FAISS或FalkorDB等向量数据库。
• 元数据：为自查询或多文档代理提供支持。

总结一下

对广泛的RAG技术的探索表明，每种技术都有其优缺点。朴素RAG是一个很好的起点，因为它简单且设置快速，非常适合快速项目。另一方面，像HyDE、图RAG、递归检索等高级方法在需要更准确和详细的答案时表现出色，特别是对于复杂或特定的任务。通过测试这些方法，人们可以找出最适合自己需求的方法，无论优先考虑的是速度、精度还是处理棘手问题的能力。