AI大模型应用开发入门(三)LangChain开发RAG增强检索生成

检索增强生成(RAG)是一种将"向量检索"与"大语言模型"相结合的技术方法,能够在问答、摘要和文档分析等场景中显著提升准确性和上下文的利用效率。

本文将使用 LangChain 搭建一个完整的 RAG 流程,以 PGVector 作为向量数据库,并借助 LangGraph 构建状态图来管理整个流程的控制逻辑。

大语言模型初始化(llm_env.py)

我们首先使用 LangChain 提供的模型初始化器加载 gpt-4o-mini 模型,供后续问答使用。

ini 复制代码
# llm_env.py
from langchain.chat_models import init_chat_model

llm = init_chat_model("gpt-4o-mini", model_provider="openai")

RAG 主体流程(rag.py)

以下是整个 RAG 系统的主流程代码,主要包括:文档加载与切分、向量存储、状态图建模(analyze→retrieve→generate)、交互式问答。

ini 复制代码
# rag.py
import os
import sys
import time

sys.path.append(os.getcwd())

from llm_set import llm_env
from langchain_openai import OpenAIEmbeddings
from langchain_postgres import PGVector
from langchain_community.document_loaders import WebBaseLoader
from langchain_core.documents import Document
from langchain_text_splitters import RecursiveCharacterTextSplitter
from langgraph.graph import START, StateGraph
from typing_extensions import List, TypedDict, Annotated
from typing import Literal
from langgraph.checkpoint.postgres import PostgresSaver
from langgraph.graph.message import add_messages
from langchain_core.messages import HumanMessage, BaseMessage
from langchain_core.prompts import ChatPromptTemplate

# 初始化 LLM
llm = llm_env.llm

# 嵌入模型
embeddings = OpenAIEmbeddings(model="text-embedding-3-large")

# 向量数据库初始化
vector_store = PGVector(
    embeddings=embeddings,
    collection_name="my_rag_docs",
    connection="postgresql+psycopg2://postgres:123456@localhost:5433/langchainvector",
)

# 加载网页内容
url = "https://python.langchain.com/docs/tutorials/qa_chat_history/"
loader = WebBaseLoader(web_paths=(url,))
docs = loader.load()
for doc in docs:
    doc.metadata["source"] = url

# 文本分割
text_splitter = RecursiveCharacterTextSplitter(chunk_size=200, chunk_overlap=50)
all_splits = text_splitter.split_documents(docs)

# 添加 section 元数据
total_documents = len(all_splits)
third = total_documents // 3
for i, document in enumerate(all_splits):
    if i < third:
        document.metadata["section"] = "beginning"
    elif i < 2 * third:
        document.metadata["section"] = "middle"
    else:
        document.metadata["section"] = "end"

# 检查是否已存在向量
existing = vector_store.similarity_search(url, k=1, filter={"source": url})
if not existing:
    _ = vector_store.add_documents(documents=all_splits)
    print("文档向量化完成")

分析、检索与生成模块

接下来,我们定义三个函数构成 LangGraph 的流程:analyze → retrieve → generate。

python 复制代码
class Search(TypedDict):
    query: Annotated[str, "The question to be answered"]
    section: Annotated[
        Literal["beginning", "middle", "end"],
        ...,
        "Section to query.",
    ]

class State(TypedDict):
    messages: Annotated[list[BaseMessage], add_messages]
    query: Search
    context: List[Document]
    answer: set

# 分析意图 → 获取 query 与 section
def analyze(state: State):
    structtured_llm = llm.with_structured_output(Search)
    query = structtured_llm.invoke(state["messages"])
    return {"query": query}

# 相似度检索
def retrieve(state: State):
    query = state["query"]
    if hasattr(query, 'section'):
        filter = {"section": query["section"]}
    else:
        filter = None
    retrieved_docs = vector_store.similarity_search(query["query"], filter=filter)
    return {"context": retrieved_docs}

生成模块基于 ChatPromptTemplate 和当前上下文生成回答:

css 复制代码
prompt_template = ChatPromptTemplate.from_messages(
    [        ("system", "尽你所能按照上下文:{context},回答问题:{question}。"),    ]
)

def generate(state: State):
    docs_content = "\n\n".join(doc.page_content for doc in state["context"])
    messages = prompt_template.invoke({
        "question": state["query"]["query"],
        "context": docs_content,
    })
    response = llm.invoke(messages)
    return {"answer": response.content, "messages": [response]}

构建 LangGraph 流程图

定义好状态结构后,我们构建 LangGraph:

scss 复制代码
graph_builder = StateGraph(State).add_sequence([analyze, retrieve, generate])
graph_builder.add_edge(START, "analyze")

PG 数据库中保存中间状态(Checkpoint)

我们通过 PostgresSaver 记录每次对话的中间状态:

ini 复制代码
DB_URI = "postgresql://postgres:123456@localhost:5433/langchaindemo?sslmode=disable"

with PostgresSaver.from_conn_string(DB_URI) as checkpointer:
    checkpointer.setup()
    graph = graph_builder.compile(checkpointer=checkpointer)
    input_thread_id = input("输入thread_id:")
    time_str = time.strftime("%Y%m%d", time.localtime())
    config = {"configurable": {"thread_id": f"rag-{time_str}-demo-{input_thread_id}"}}

    print("输入问题,输入 exit 退出。")
    while True:
        query = input("你: ")
        if query.strip().lower() == "exit":
            break
        input_messages = [HumanMessage(query)]
        response = graph.invoke({"messages": input_messages}, config=config)
        print(response["answer"])

效果

总结

本文借助 LangChain 的模块化特性,整合 PGVector 向量数据库与 LangGraph 的状态管理能力,构建了一个具备交互性、持久化支持以及多文档结构处理能力的 RAG 系统。其优势包括:

  • 支持结构化提问理解(分区查询)
  • 自动化分段与元数据标记
  • 状态流追踪与恢复
  • 可拓展支持文档上传、缓存优化、多用户配置
相关推荐
高晶1 小时前
Android 新手实战:从零搭建 WebRTC 在线直播系统
android·程序员
半个落月3 小时前
LangGraph.js 实战:从状态图到分支、循环、检查点与人工中断
javascript·人工智能·langchain
桃西西呀3 小时前
LangGraph4j之一:客服请求分诊既要循环又要分流,我用 LangGraph4j 把控制流抽成了数据
人工智能·llm·ai编程
大连好光景5 小时前
LangChain的核心架构
langchain·langsmith·langserver
寒狼GPT5 小时前
Codex 5小时额度是固定重置还是滚动恢复?为什么每个人Reset时间不一样
chatgpt·程序员·ai编程
染指11105 小时前
142.Agent-多Agent框架-通过Skills实现多Agent
开发语言·人工智能·python·langchain·agents
用户721746588265 小时前
默认校验只覆盖 3.18%:bl dataset validate 抽样窗与 capability 三种返回态的字段级拆解
llm·agent·ai编程
newerp6 小时前
GC Pacer 调优算法:GOGC、GOMEMLIMIT 与容器 OOM 防御
后端·程序员·go
newerp6 小时前
逃逸分析、栈分配与 sync.Pool 对象池
后端·程序员·go
程序员大狐狸6 小时前
Ultra X7 358H 笔记本电脑,寻找本地用于编码的最强大模型,实测 21.0 tok/s,上下文 256K
llm·ai编程