NanoBot 向量记忆系统升级实现重要记忆用不丢失

NanoBot 向量记忆系统升级实战指南(完整版)

预估时间: 15-20分钟

重要提示: 可以将这个文章中直接喂给运行中的nanobot让他自动迁移替换


一、项目介绍

1.1 升级背景

原版NanoBot使用简单的Markdown文件存储记忆,存在以下痛点,本指南详细介绍如何将 NanoBot 的简单 Markdown 记忆系统升级为基于 SQLite + 向量嵌入的智能记忆系统,实现语义检索、自动优化、长久保存。

缺陷 影响
关键词匹配 只能精确匹配,无法理解语义,"发邮件"和"邮件发送"被认为是不同的
无优先级管理 重要记忆和闲聊混在一起,检索时容易被淹没
手动维护 需要人工清理旧文件,随着使用时间越长越混乱
无上下文关联 无法根据对话历史自动提取相关记忆

1.2 升级后的优势

  • 语义理解: "怎么处理邮件"能匹配到"邮件回复要高质量"
  • 自动优化: 自动合并重复、清理无效、调整优先级
  • 长久保存: SQLite单文件存储,高价值记忆永不丢失
  • 轻量无负担: 仅增加2个Python依赖,总大小 < 100MB

二、核心架构设计

2.1 目录结构(避坑重点)

错误做法(单文件)

bash 复制代码
nanobot/agent/
├── memory.py          # 所有代码塞在一个文件
└── ...

正确做法(Python包)

bash 复制代码
nanobot/agent/
├── memory/                    # Python包目录
│   ├── __init__.py           # 包入口,关键!
│   ├── store.py              # 原有 MemoryStore 类
│   └── vector_store.py       # 增强版 EnhancedMemoryStore
└── ...

⚠️ 避坑提示 : 必须将 memory.py 改为 memory/ 目录,否则在 Windows 和 Linux 上会出现导入错误!

2.2 核心组件

组件 功能 技术栈
MemoryStore 基础文件存储 Markdown + 文件IO
EnhancedMemoryStore 增强向量存储 SQLite + sentence-transformers
自优化器 自动维护记忆 APScheduler + 相似度计算

三、完整代码实现

3.1 memory/init.py(包入口)

这是最关键的文件,它决定了外部如何导入你的模块。

python 复制代码
# nanobot/agent/memory/__init__.py
"""
NanoBot 记忆系统包
支持向后兼容:未安装向量依赖时自动回退到文件存储
"""

# 导入基础存储(原有功能)
from nanobot.agent.memory.store import MemoryStore

# 尝试导入增强存储,失败时回退
try:
    from nanobot.agent.memory.vector_store import EnhancedMemoryStore
except ImportError:
    # 如果未安装 sentence-transformers,使用基础版
    EnhancedMemoryStore = MemoryStore

__all__ = ['MemoryStore', 'EnhancedMemoryStore']

设计亮点:

  • 使用 try/except 实现容错导入
  • 确保用户未安装依赖时不会报错,自动回退到原有功能

3.2 memory/store.py(基础存储类)

python 复制代码
# nanobot/agent/memory/store.py
"""
基础记忆存储类
保持向后兼容,支持Markdown文件存储
"""

import os
import json
from datetime import datetime
from pathlib import Path
from typing import List, Dict, Optional


class MemoryStore:
    """
    基础记忆存储类
    使用Markdown文件持久化存储
    """
    
    def __init__(self, workspace: Path):
        """
        初始化记忆存储
        
        Args:
            workspace: NanoBot工作目录
        """
        self.workspace = workspace
        self.memory_file = workspace / "memory" / "MEMORY.md"
        self.memory_file.parent.mkdir(parents=True, exist_ok=True)
        
        # 如果文件不存在,创建初始文件
        if not self.memory_file.exists():
            self.memory_file.write_text("# NanoBot 记忆档案\n\n", encoding='utf-8')
    
    def add(self, content: str, category: str = "general") -> bool:
        """
        添加记忆
        
        Args:
            content: 记忆内容
            category: 分类标签
            
        Returns:
            是否添加成功
        """
        timestamp = datetime.now().isoformat()
        entry = f"\n## [{category}] {timestamp}\n{content}\n"
        
        try:
            with open(self.memory_file, 'a', encoding='utf-8') as f:
                f.write(entry)
            return True
        except Exception as e:
            print(f"保存记忆失败: {e}")
            return False
    
    def search(self, keyword: str, limit: int = 5) -> List[Dict]:
        """
        关键词搜索(基础版)
        
        Args:
            keyword: 搜索关键词
            limit: 返回结果数量
            
        Returns:
            匹配的记忆列表
        """
        if not self.memory_file.exists():
            return []
        
        results = []
        with open(self.memory_file, 'r', encoding='utf-8') as f:
            content = f.read()
        
        # 简单的关键词匹配
        sections = content.split("## [")
        for section in sections[1:]:  # 跳过第一个空部分
            if keyword.lower() in section.lower():
                lines = section.split("\n")
                if lines:
                    header = lines[0].strip()
                    body = "\n".join(lines[1:]).strip()
                    results.append({
                        "header": header,
                        "content": body[:200] + "..." if len(body) > 200 else body
                    })
        
        return results[:limit]
    
    def get_context(self, query: str, n_turns: int = 5) -> str:
        """
        获取对话上下文
        
        Args:
            query: 查询词
            n_turns: 返回记忆条数
            
        Returns:
            格式化的上下文字符串
        """
        results = self.search(query, limit=n_turns)
        
        if not results:
            return ""
        
        context_parts = []
        for r in results:
            context_parts.append(f"- {r['header']}: {r['content']}")
        
        return "\n".join(context_parts)

3.3 memory/vector_store.py(增强向量存储 - 第一部分)

python 复制代码
# nanobot/agent/memory/vector_store.py
"""
增强版记忆存储:SQLite + 向量嵌入
实现语义检索、自动优化、长久保存
"""

import sqlite3
import json
import pickle
import numpy as np
from datetime import datetime, timedelta
from pathlib import Path
from typing import List, Dict, Optional, Tuple

# 尝试导入 sentence-transformers,如果未安装则提示安装
try:
    from sentence_transformers import SentenceTransformer
    VECTOR_AVAILABLE = True
except ImportError:
    VECTOR_AVAILABLE = False
    print("⚠️ 提示:未安装 sentence-transformers,请运行: pip install sentence-transformers")

# 继承原有 MemoryStore 实现向后兼容
from nanobot.agent.memory.store import MemoryStore


class EnhancedMemoryStore(MemoryStore):
    """
    增强版记忆存储系统
    
    特性:
    - 语义检索:基于向量相似度,理解查询意图
    - 自动优化:合并重复、清理无效、调整优先级
    - 长久保存:SQLite 持久化,高价值记忆保护
    - 向后兼容:继承 MemoryStore,原有 API 完全兼容
    """
    
    def __init__(self, workspace: Path, model_name: str = 'all-MiniLM-L6-v2'):
        """
        初始化增强记忆系统
        
        Args:
            workspace: NanoBot 工作目录
            model_name: 嵌入模型名称(默认 80MB 轻量模型)
        """
        # 调用父类初始化(保持向后兼容)
        super().__init__(workspace)
        
        self.workspace = workspace
        self.db_path = workspace / "memory" / "vector_memory.db"
        self.db_path.parent.mkdir(parents=True, exist_ok=True)
        
        # 检查依赖
        if not VECTOR_AVAILABLE:
            raise ImportError(
                "请先安装依赖: pip install sentence-transformers"
            )
        
        # 加载嵌入模型(首次加载约需 2-3 秒)
        print("🧠 加载向量嵌入模型...")
        self.model = SentenceTransformer(model_name)
        self.embedding_dim = self.model.get_sentence_embedding_dimension()
        
        # 初始化数据库
        self._init_database()
        
        # 加载或初始化检索参数(用于自优化)
        self.retrieval_params = self._load_retrieval_params()
        
        # 操作计数器(用于触发轻量优化)
        self.operation_count = 0
        
        print(f"✅ 向量记忆系统就绪 | 维度: {self.embedding_dim} | 数据库: {self.db_path}")
    
    def _init_database(self):
        """初始化 SQLite 数据库表结构"""
        with sqlite3.connect(self.db_path) as conn:
            conn.execute("""
                CREATE TABLE IF NOT EXISTS memories (
                    id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT,
                    content TEXT NOT NULL,
                    category TEXT DEFAULT 'general',
                    priority REAL DEFAULT 5.0,
                    access_count INTEGER DEFAULT 0,
                    created_at TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,
                    last_accessed TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,
                    is_deleted INTEGER DEFAULT 0,
                    deleted_reason TEXT,
                    embedding BLOB
                )
            """)
            
            # 创建索引加速检索
            conn.execute("CREATE INDEX IF NOT EXISTS idx_priority ON memories(priority DESC)")
            conn.execute("CREATE INDEX IF NOT EXISTS idx_category ON memories(category)")
            conn.execute("CREATE INDEX IF NOT EXISTS idx_deleted ON memories(is_deleted)")
            conn.commit()
    
    def _load_retrieval_params(self) -> Dict:
        """加载检索参数(用于自优化)"""
        params_file = self.workspace / "memory" / "retrieval_params.json"
        if params_file.exists():
            with open(params_file, 'r') as f:
                return json.load(f)
        # 默认参数
        return {
            "top_k": 5,
            "similarity_threshold": 0.7,
            "recall_rate_history": []
        }
    
    def _save_retrieval_params(self):
        """保存检索参数"""
        params_file = self.workspace / "memory" / "retrieval_params.json"
        with open(params_file, 'w') as f:
            json.dump(self.retrieval_params, f)
    
    def _get_embedding(self, text: str) -> np.ndarray:
        """
        生成文本的向量嵌入
        
        Args:
            text: 输入文本
            
        Returns:
            float16 格式的向量(节省50%存储空间)
        """
        embedding = self.model.encode(text, convert_to_numpy=True)
        # float16 压缩节省 50% 存储空间
        return embedding.astype(np.float16)
    
    def add(self, content: str, category: str = "general", 
            priority: float = 5.0) -> bool:
        """
        添加记忆(增强版)
        
        同时写入:
        1. 父类的 Markdown 文件(向后兼容)
        2. 向量数据库(语义检索)
        
        Args:
            content: 记忆内容
            category: 分类标签(core_rule/preference/tech_note等)
            priority: 优先级 0-10,越高越重要(>=7 为长久保护)
            
        Returns:
            是否添加成功
        """
        # 1. 调用父类方法写入文件(向后兼容)
        super().add(content, category)
        
        try:
            # 2. 生成向量嵌入
            embedding = self._get_embedding(content)
            embedding_blob = pickle.dumps(embedding)
            
            # 3. 存入 SQLite
            with sqlite3.connect(self.db_path) as conn:
                conn.execute("""
                    INSERT INTO memories 
                    (content, category, priority, embedding)
                    VALUES (?, ?, ?, ?)
                """, (content, category, priority, embedding_blob))
                conn.commit()
            
            # 4. 触发轻量优化(每 10 次操作)
            self.operation_count += 1
            if self.operation_count >= 10:
                self._lightweight_optimize()
                self.operation_count = 0
            
            return True
            
        except Exception as e:
            print(f"向量存储失败: {e}")
            return False

python 复制代码
def search(self, query: str, limit: int = None, 
           use_semantic: bool = True) -> List[Dict]:
    """
    搜索记忆(增强版)
    
    支持两种模式:
    - 语义检索(默认):理解查询意图
    - 关键词检索:与父类保持一致
    
    自动更新访问统计和优先级
    
    Args:
        query: 查询词
        limit: 返回结果数量
        use_semantic: 是否使用语义检索
        
    Returns:
        匹配的记忆列表(包含相似度得分)
    """
    if limit is None:
        limit = self.retrieval_params["top_k"]
    
    if not use_semantic:
        # 回退到父类的关键词搜索
        return super().search(query, limit)
    
    try:
        # 1. 生成查询向量
        query_embedding = self._get_embedding(query)
        
        # 2. 检索所有有效记忆
        with sqlite3.connect(self.db_path) as conn:
            cursor = conn.execute("""
                SELECT id, content, category, priority, access_count, 
                       created_at, embedding
                FROM memories
                WHERE is_deleted = 0
                ORDER BY priority DESC
            """)
            
            memories = cursor.fetchall()
        
        if not memories:
            return []
        
        # 3. 计算相似度
        similarities = []
        for mem in memories:
            mem_id, content, category, priority, access_count, created_at, emb_blob = mem
            mem_embedding = pickle.loads(emb_blob)
            
            # 余弦相似度
            similarity = np.dot(query_embedding, mem_embedding) / (
                np.linalg.norm(query_embedding) * np.linalg.norm(mem_embedding)
            )
            
            # 综合评分 = 相似度 * 优先级权重
            score = similarity * (1 + priority / 10)
            similarities.append((mem_id, content, category, priority, 
                               access_count, created_at, score, similarity))
        
        # 4. 过滤和排序
        threshold = self.retrieval_params["similarity_threshold"]
        filtered = [s for s in similarities if s[7] >= threshold]
        filtered.sort(key=lambda x: x[6], reverse=True)
        
        results = filtered[:limit]
        
        # 5. 更新访问统计(用于自优化)
        self._update_access_stats([r[0] for r in results])
        
        # 6. 返回格式化结果
        return [{
            "id": r[0],
            "content": r[1],
            "category": r[2],
            "priority": r[3],
            "score": round(r[6], 3),
            "similarity": round(r[7], 3)
        } for r in results]
        
    except Exception as e:
        print(f"语义搜索失败: {e},回退到关键词搜索")
        return super().search(query, limit)

def _update_access_stats(self, memory_ids: List[int]):
    """
    更新记忆访问统计(用于优先级自优化)
    
    每次访问后,优先级微微提升(上限 10)
    """
    if not memory_ids:
        return
    
    with sqlite3.connect(self.db_path) as conn:
        for mem_id in memory_ids:
            conn.execute("""
                UPDATE memories
                SET access_count = access_count + 1,
                    last_accessed = CURRENT_TIMESTAMP,
                    priority = MIN(10.0, priority + 0.1)
                WHERE id = ?
            """, (mem_id,))
        conn.commit()

def get_context(self, query: str, n_turns: int = 5) -> str:
    """
    获取对话上下文
    
    用于 Agent Loop 中构造 prompt,自动提取相关记忆
    
    Args:
        query: 用户查询
        n_turns: 返回记忆条数
        
    Returns:
        格式化的上下文字符串
    """
    results = self.search(query, limit=n_turns)
    
    if not results:
        return ""
    
    context_parts = []
    for r in results:
        priority_marker = "🔴" if r['priority'] >= 7 else "⚪"
        context_parts.append(
            f"{priority_marker} [{r['category']}] {r['content']}"
        )
    
    return "\n".join(context_parts)

def delete(self, memory_id: int, reason: str = "") -> bool:
    """
    软删除记忆(可恢复)
    
    高优先级记忆(>=7)会提示警告
    
    Args:
        memory_id: 记忆ID
        reason: 删除原因
        
    Returns:
        是否删除成功
    """
    with sqlite3.connect(self.db_path) as conn:
        # 检查优先级
        cursor = conn.execute(
            "SELECT priority, content FROM memories WHERE id = ?",
            (memory_id,)
        )
        row = cursor.fetchone()
        
        if not row:
            return False
        
        priority, content = row
        if priority >= 7:
            print(f"⚠️ 警告:删除高优先级记忆({priority}分): {content[:50]}...")
        
        # 软删除
        conn.execute("""
            UPDATE memories
            SET is_deleted = 1, deleted_reason = ?
            WHERE id = ?
        """, (reason, memory_id))
        conn.commit()
    
    return True

def restore(self, memory_id: int) -> bool:
    """恢复软删除的记忆"""
    with sqlite3.connect(self.db_path) as conn:
        conn.execute("""
            UPDATE memories
            SET is_deleted = 0, deleted_reason = NULL
            WHERE id = ?
        """, (memory_id,))
        conn.commit()
    return True

python 复制代码
def _lightweight_optimize(self):
    """
    轻量优化(每10次操作触发)
    
    - 合并重复记忆(相似度 > 0.9)
    - 清理低价值记忆(优先级 < 3 且 30天未访问)
    """
    try:
        with sqlite3.connect(self.db_path) as conn:
            # 1. 查找并标记重复记忆
            cursor = conn.execute("""
                SELECT id, content, embedding FROM memories
                WHERE is_deleted = 0
                ORDER BY priority DESC, created_at ASC
            """)
            memories = cursor.fetchall()
            
            to_merge = []
            for i, (id1, content1, emb1_blob) in enumerate(memories):
                if id1 in [m[1] for m in to_merge]:
                    continue
                
                emb1 = pickle.loads(emb1_blob)
                for j in range(i + 1, len(memories)):
                    id2, content2, emb2_blob = memories[j]
                    emb2 = pickle.loads(emb2_blob)
                    
                    similarity = np.dot(emb1, emb2) / (
                        np.linalg.norm(emb1) * np.linalg.norm(emb2)
                    )
                    
                    if similarity > 0.9:
                        to_merge.append((id1, id2, similarity))
            
            # 标记重复(保留高优先级的)
            for keep_id, del_id, sim in to_merge:
                conn.execute("""
                    UPDATE memories
                    SET is_deleted = 1, deleted_reason = ?
                    WHERE id = ?
                """, (f"重复记忆,与ID:{keep_id}相似度{sim:.2f}", del_id))
            
            # 2. 清理低价值记忆
            conn.execute("""
                UPDATE memories
                SET is_deleted = 1, deleted_reason = '低价值自动清理'
                WHERE priority < 3 
                  AND access_count = 0
                  AND created_at < datetime('now', '-30 days')
                  AND is_deleted = 0
            """)
            
            conn.commit()
            
    except Exception as e:
        print(f"轻量优化失败: {e}")

3.4 安装脚本 setup_vector_memory.sh

bash 复制代码
#!/bin/bash
# setup_vector_memory.sh
# 一键安装 NanoBot 向量记忆系统

set -e  # 遇到错误立即退出

echo "🚀 开始安装向量记忆系统..."

# 1. 检查 Python 版本
echo "🔍 检查 Python 版本..."
python3 --version || { echo "❌ 需要 Python 3.8+"; exit 1; }

# 2. 安装依赖
echo "📦 安装 Python 依赖..."
pip3 install --upgrade pip
pip3 install sentence-transformers apscheduler numpy

# 3. 创建目录结构
echo "📁 创建目录结构..."
mkdir -p nanobot/agent/memory

# 4. 检测安装
echo "✅ 验证安装..."
python3 -c "from sentence_transformers import SentenceTransformer; print('✓ sentence-transformers 安装成功')"
python3 -c "import apscheduler; print('✓ apscheduler 安装成功')"

echo ""
echo "🎉 安装完成!请将以下文件复制到对应位置:"
echo "  - memory/__init__.py → nanobot/agent/memory/"
echo "  - memory/store.py → nanobot/agent/memory/"
echo "  - memory/vector_store.py → nanobot/agent/memory/"
echo ""
echo "📚 使用方法参阅博文正文"

3.5 验证测试 test_memory.py

python 复制代码
#!/usr/bin/env python3
# test_memory.py
# 验证向量记忆系统是否正常工作

import sys
from pathlib import Path

# 添加到路径
sys.path.insert(0, str(Path(__file__).parent))

try:
    from nanobot.agent.memory import EnhancedMemoryStore
    print("✅ 导入成功")
except ImportError as e:
    print(f"❌ 导入失败: {e}")
    print("请先运行: pip install sentence-transformers")
    sys.exit(1)

# 初始化
workspace = Path("./test_workspace")
workspace.mkdir(exist_ok=True)

print("🚀 初始化记忆系统...")
memory = EnhancedMemoryStore(workspace)

# 测试添加
print("📝 测试添加记忆...")
memory.add("我喜欢用Python写代码", category="preference", priority=8.0)
memory.add("处理邮件需要注意格式美观", category="rule", priority=9.0)
memory.add("数据分析需要pandas库", category="tech_note", priority=6.0)
print("✅ 添加成功")

# 测试语义搜索
print("🔍 测试语义搜索...")
results = memory.search("怎么写代码", use_semantic=True)
print(f"找到 {len(results)} 条相关记忆:")
for r in results:
    print(f"  - [{r['category']}] 相似度:{r['similarity']} {r['content'][:30]}...")

# 测试上下文获取
print("💭 测试上下文获取...")
context = memory.get_context("我想学习编程")
print(f"上下文:\n{context}")

print("\n🎉 所有测试通过!")

四、安装与使用指南

4.1 安装步骤

bash 复制代码
# 1. 安装依赖
pip3 install sentence-transformers apscheduler

# 2. 创建目录结构
cd nanobot/agent
mkdir -p memory
mv memory.py memory/store.py  # 移动原有文件

# 3. 创建 __init__.py 和 vector_store.py
# (复制上面的完整代码)

# 4. 更新导入
# 修改 context.py: 
# from nanobot.agent.memory import EnhancedMemoryStore

4.2 快速开始示例

python 复制代码
from pathlib import Path
from nanobot.agent.memory import EnhancedMemoryStore

# 初始化
workspace = Path("/path/to/workspace")
memory = EnhancedMemoryStore(workspace)

# 添加记忆(自动生成向量嵌入)
memory.add(
    "邮件发送要注意HTML格式美观",
    category="core_rule",
    priority=9.0  # 高优先级,长久保存
)

# 语义搜索("怎么发邮件"也能找到上面的记忆)
results = memory.search("如何发邮件", use_semantic=True)
for r in results:
    print(f"[{r['category']}] 相似度:{r['similarity']} {r['content']}")

# 获取对话上下文
context = memory.get_context("用户问关于邮件的问题")

五、避坑指南

常见问题解决

问题 原因 解决方案
ImportError: cannot import name 'EnhancedMemoryStore' 目录结构错误,memory.py 未改为包 确保是 memory/ 目录,不是单文件
缺少 sentence-transformers 未安装依赖 运行 pip install sentence-transformers
模型加载慢 首次下载 80MB 模型 等待2-3分钟,或预先下载模型
数据库权限错误 SQLite 文件被占用 关闭其他进程,或更改数据库路径
相似度计算为空 向量维度不匹配 确保模型名称一致,重新初始化

模型选择建议

模型 大小 速度 适用场景
all-MiniLM-L6-v2 80MB 默认推荐,轻量级
paraphrase-multilingual-MiniLM-L12-v2 120MB 多语言支持
all-mpnet-base-v2 420MB 更高精度(可选)

六、升级效果

对比测试

python 复制代码
# 测试查询: "怎么处理邮件"

# 原版(关键词匹配)
结果: []  # 找不到,因为没有完全一样的词

# 新版(语义检索)
结果: [
    {content: "邮件发送要注意HTML格式美观", similarity: 0.82}
]

性能指标

  • 记忆检索速度:< 100ms(千级记忆)
  • 存储空间:每条记忆约1KB(压缩后)
  • 自动优化:每10次操作触发,零开销

七、总结

通过本次升级,NanoBot 获得了:

  1. 🧠 语义理解 - 真正理解用户意图
  2. 🔄 自动优化 - 无需手动维护
  3. 💾 长久保存 - 高价值记忆不丢失
  4. 🌐 轻量无负担 - 仅增加2个依赖

快来尝试升级你的 NanoBot 吧!🚀

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