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搭建向量知识库

向量以及向量知识库

向量词与向量

词向量：是一种以单词为单位的将每个单词转化为实数向量的技术，这些实数可以被计算机更好的理解，如果是相近的理念或者相关的对象在向量空间中距离很近
词向量实际上将单词转化为固定的静态向量，在一定程度上捕获表达文本中的语义信息，但是忽略了单词在不同语境中的意思会受到影响这个事实，所以在RAG的时候一般使用通用文本向量，和词向量不同的是向量的量化单位是输入文本

RAG：（检索增强生成）

• 向量比文字更适合检索，如果数据库是文字，通过关键词方法找到对应的语义信息，通过计算问题的余弦相似度，欧氏距离，余弦距离，等指标获得问题与数据在语义层次上的相似度
• 向量比其他的媒体的综合信息能力更强，传统的文字，声音，图像，视频等很难构建关联，但是用向量可以将多种数据映射为统一的向量模式

搭建RAG系统，往往可以通过向量模型构造向量

• 使用各个公司的API接口
• 在本地使用向量模型将数据转化为向量

向量数据库

向量数据库用于高效的计算管理大向量数据的解决方法，主要是关注向量数据的特征和相似性。数据表示为向量形式，对数据的存储，处理和检索的算法处理效率大于传统的数据库

数据处理

数据读取

读取PDF，使用PyMuPDFLoader

from langchain_community.document_loaders import PyMuPDFLoader# 创建一个 PyMuPDFLoader Class 实例，输入为待加载的 pdf 文档路径
loader = PyMuPDFLoader("../../data_base/knowledge_db/pumkin_book/pumpkin_book.pdf")# 调用 PyMuPDFLoader Class 的函数 load 对 pdf 文件进行加载
pdf_pages = loader.load()
pdf_page = pdf_pages[1]
print(f"载入后的变量类型为：{type(pdf_pages)}，",  f"该 PDF 一共包含 {len(pdf_pages)} 页")
print(f"每一个元素的类型：{type(pdf_page)}.", f"该文档的描述性数据：{pdf_page.metadata}", f"查看该文档的内容:\n{pdf_page.page_content}", sep="\n------\n")

读取MarkDown文件

from langchain_community.document_loaders.markdown import UnstructuredMarkdownLoaderloader = UnstructuredMarkdownLoader("../../data_base/knowledge_db/prompt_engineering/1. 简介 Introduction.md")
md_pages = loader.load()print(f"载入后的变量类型为：{type(md_pages)}，",  f"该 Markdown 一共包含 {len(md_pages)} 页")md_page = md_pages[0]
print(f"每一个元素的类型：{type(md_page)}.", f"该文档的描述性数据：{md_page.metadata}", f"查看该文档的内容:\n{md_page.page_content[0:][:200]}", sep="\n------\n")

数据清洗

希望数据库的数据是有序的，优质的，精简的，可能需要将文本中的回车删除，使用正则匹配删除\n

import re
pattern = re.compile(r'[^\u4e00-\u9fff](\n)[^\u4e00-\u9fff]', re.DOTALL)
pdf_page.page_content = re.sub(pattern, lambda match: match.group(0).replace('\n', ''), pdf_page.page_content)
print(pdf_page.page_content)
# 删除其他的无意义的符号
pdf_page.page_content = pdf_page.page_content.replace('•', '')
pdf_page.page_content = pdf_page.page_content.replace(' ', '')
print(pdf_page.page_content)

文档分割

由于单个文档会超过模型支持的文本的上下文，导致检索的知识超出模型的处理能力，对文档进行分割，将文档长度按照固定的规则分割成若干的chunk，Langchain中文文本分割根据Chunk_size（块大小）和chunk_overlap进行分割

• chunk_size: 指每个块包含的字符和Token
• chunk_overlap 指两个块之间共享的字符数量，用于保持上下文的连贯性，避免分割丢失上下文

Langchain 提供多种文档分割方式，区别在怎么确定块与块之间的边界、块由哪些字符/token组成、以及如何测量块大小

• RecursiveCharacterTextSplitter(): 按字符串分割文本，递归地尝试按不同的分隔符进行分割文本。
• CharacterTextSplitter(): 按字符来分割文本。
• MarkdownHeaderTextSplitter(): 基于指定的标题来分割markdown 文件。
• TokenTextSplitter(): 按token来分割文本。
• SentenceTransformersTokenTextSplitter(): 按token来分割文本
• Language(): 用于 CPP、Python、Ruby、Markdown 等。
• NLTKTextSplitter(): 使用 NLTK（自然语言工具包）按句子分割文本。
• SpacyTextSplitter(): 使用 Spacy按句子的切割文本。

搭建使用向量数据库

前序配置

from langchain_community.document_loaders import PyMuPDFLoader
from langchain_community.document_loaders import UnstructuredMarkdownLoader# 遍历文件路径并把实例化的loader存放在loaders里
loaders = []for file_path in file_paths:file_type = file_path.split('.')[-1]if file_type == 'pdf':loaders.append(PyMuPDFLoader(file_path))elif file_type == 'md':loaders.append(UnstructuredMarkdownLoader(file_path))
# 下载文件并存储到text
texts = []for loader in loaders: texts.extend(loader.load())text = texts[1]
print(f"每一个元素的类型：{type(text)}.", f"该文档的描述性数据：{text.metadata}", f"查看该文档的内容:\n{text.page_content[0:]}", sep="\n------\n")

构建Chrome数据库

向量检索

向量检索

sim_docs = vectordb.similarity_search(question,k=3)
print(f"检索到的内容数：{len(sim_docs)}")
for i, sim_doc in enumerate(sim_docs):print(f"检索到的第{i}个内容: \n{sim_doc.page_content[:200]}", end="\n--------------\n")

最大边际相关性使得在保持相关性时候可以增加内容的丰富性
核心思想是在选择一个相关性高的文档之后，选择一个与选择的文档相关性低但是内容丰富的文档，增加多样性

mmr_docs = vectordb.max_marginal_relevance_search(question,k=3)
for i, sim_doc in enumerate(mmr_docs):print(f"MMR 检索到的第{i}个内容: \n{sim_doc.page_content[:200]}", end="\n--------------\n")