SpringAI框架中的RAG知识库检索与增强生成模型详解

一、RAG简介

RAG（Retrieval-Augmented Generation）可以通过检索知识库，克服大模型训练完成后参数冻结的局限性，携带知识让大模型根据知识进行回答。

二、SpringAI框架支持的RAG模块

SpringAI框架提供了模块化的API来支持RAG，主要包括：

• QuestionAnswerAdvisor
• RetrievalArgumentAdvisor

1. QuestionAnswerAdvisor

提供简单便捷的RAG流功能，只需指定简单参数即可进行知识库检索。 示例代码：

QuestionAnswerAdvisor questionAnswerAdvisor = QuestionAnswerAdvisor.builder(vectorStore)
    .searchRequest(SearchRequest.builder()
        .similarityThreshold(0.5)  // 只返回相似度高于0.5的结果
        .topK(3)                  // 只返回前三个结果
        .filterExpression(newFilterExpressionBuilder().eq("a","b").build())  // 只检索a==b的文档
        .build())
    .build();

ChatClient chatClient = ChatClient.builder(openAiChatModel)
    .defaultOptions(OpenAiChatOptions.builder().model("gpt-3.5-turbo").build())
    .build();

ChatResponse response = chatClient.prompt().advisors(questionAnswerAdvisor)
    .user(u -> u.text("你好"))
    .call().chatResponse();

动态添加过滤条件示例：

chatClient.prompt().user(u -> u.text("hello"))
    .advisors(a -> a.param(QuestionAnswerAdvisor.FILTER_EXPRESSION, "a==b"))
    .call().chatResponse();

这里的lambda表达式中的a是AdvisorContext.Builder实例，param()用于共享参数，advisor自动完成检索和拼接。

2. RetrievalArgumentAdvisor

提供更丰富功能，支持自定义检索前预处理、检索、检索后处理及生成。

简单RAG实现示例：

Advisor retrievalAugmentationAdvisor = RetrievalAugmentationAdvisor.builder()
    .documentRetriever(VectorStoreDocumentRetriever.builder()
        .similarityThreshold(0.50)
        .vectorStore(vectorStore)
        .build())
    .build();

String answer = chatClient.prompt()
    .advisors(retrievalAugmentationAdvisor)
    .user(question)
    .call()
    .content();

检索前预处理

• CompressionQueryTransformer：压缩用户提问，适合长对话上下文。

  Query query = Query.builder()
      .text("And what is its second largest city?")
      .history(newUserMessage("What is the capital of Denmark?"),
               newAssistantMessage("Copenhagen is the capital of Denmark."))
      .build();
  
  QueryTransformer transformer = CompressionQueryTransformer.builder()
      .chatClientBuilder(chatClientBuilder)
      .build();
  
  Query transformedQuery = transformer.transform(query);
  

  也可让advisor自动完成：

  CompressionQueryTransformer compressionQueryTransformer = CompressionQueryTransformer.builder()
      .chatClientBuilder(ChatClient.builder(openAiChatModel))
      .build();
  
  RetrievalAugmentationAdvisor retrievalAugmentationAdvisor = RetrievalAugmentationAdvisor.builder()
      .documentRetriever(VectorStoreDocumentRetriever.builder().build())
      .queryTransformers(compressionQueryTransformer)
      .build();
  
  ChatClient.builder(openAiChatModel).build().prompt()
      .user(u -> u.text("中国第二大的城市是哪里"))
      .messages(newUserMessage("中国首都城市是哪里"))
      .messages(newAssistantMessage("北京"))
      .advisors(retrievalAugmentationAdvisor)
      .call().chatResponse();
  

• RewriteQueryTransformer：重写用户输入以优化检索。

  QueryTransformer queryTransformer = RewriteQueryTransformer.builder()
      .chatClientBuilder(chatClientBuilder)
      .build();
  

• TranslationQueryTransformer：翻译查询为目标语言。

  QueryTransformer transformer = TranslationQueryTransformer.builder()
      .chatClientBuilder(chatClientBuilder)
      .targetLanguage("english")
      .build();
  

• MultiQueryExpander：生成多个查询拓展以获取更多相关结果。

  MultiQueryExpander expander = MultiQueryExpander.builder()
      .chatClientBuilder(chatClientBuilder)
      .numberOfQueries(3)
      .includeOriginal(false)
      .build();
  

检索阶段

• VectorStoreDocumentRetriever：向量库检索相似文档。

  VectorStoreDocumentRetriever vectorStoreDocumentRetriever = VectorStoreDocumentRetriever.builder()
      .vectorStore(vectorStore)
      .topK(4)
      .filterExpression(newFilterExpressionBuilder().eq("a","b").build())
      .similarityThreshold(0.4)
      .build();
  
  List<Document> documents = vectorStoreDocumentRetriever.retrieve(newQuery("What is the main character of the story?"));
  

  也可以交给advisor自动完成。

检索后处理

• 重新排序文档
• 删除无关或重复文档
• 压缩文档内容减少干扰

生成阶段

• ContextualQueryAugmenter：将检索到的内容拼接到用户提问中。

  ContextualQueryAugmenter contextualQueryAugmenter = ContextualQueryAugmenter.builder()
      .allowEmptyContext(false) // 不允许空内容
      .build();
  

  主要功能：

  • 检查检索结果是否为空
  • 非空时拼接检索结果注入提示模板
  • 空且不允许空上下文时，设置空变量并指示模型不根据知识回答
  • 允许空上下文时直接放行

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以上即为SpringAI框架中RAG功能的详细介绍及示例代码，涵盖了从简单到复杂的知识库检索与增强生成流程。