RAG 架構圖解:從基礎到高級的 7 種模式
「RAG 技術通過在 AI 生成過程中引入外部知識檢索,從基礎的文檔查詢發展到多模態、Multi-Agent 體協同的智能架構,讓 AI 回答更準確、更全面」
「核心組件」
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嵌入模型: 將文本轉換爲向量表示
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生成模型: 負責最終的內容生成
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重排序模型: 優化檢索結果的相關性
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向量數據庫: 存儲和檢索向量化的內容
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提示模板: 規範化的查詢處理模板
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AI Agent: 智能決策和任務協調
圖例 1
Naive RAG
Naive RAG(Retrieval-Augmented Generation)是最基礎的一種架構,用於結合檢索和生成來處理複雜的任務,比如問答或內容生成。
其基本架構如下:
1. 檢索模塊(Retriever)
-
負責從知識庫(如文檔集合或數據庫)中找到與輸入查詢相關的上下文。
-
通常基於向量檢索技術,使用嵌入模型(如 Sentence Transformers 或 OpenAI Embeddings)將查詢和文檔嵌入到向量空間中,計算相似性並返回最相關的文檔。
2. 生成模塊(Generator)
-
接收用戶輸入和檢索到的上下文,生成最終的回答或內容。
-
通常使用大型語言模型(如 GPT 或 T5)來生成自然語言輸出。
3. 流程
-
用戶輸入一個查詢(如問題)。
-
檢索模塊從知識庫中找出與查詢相關的文檔片段。
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將檢索結果連同查詢一起傳遞給生成模塊。
-
生成模塊基於上下文生成回答或內容。
特點
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簡單高效:由於模塊化設計,容易實現和調試。
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可擴展性強:檢索模塊和生成模塊可以獨立優化或替換。
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存在侷限性:Naive RAG 通常假設檢索的上下文是完備的,這在知識庫更新不及時或檢索效果不佳時可能導致生成結果不準確。
應用場景
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文檔問答:基於企業內部文檔或外部知識庫回答用戶提問。
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內容生成:輔助生成新聞、摘要等需要結合外部信息的內容。
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技術支持:從常見問題解答(FAQ)庫中檢索答案並生成自然語言響應。
Naive RAG 是 RAG 系列架構的起點,更復雜的變種(如使用多輪交互或強化學習優化)通常在此基礎上擴展。
Retrieve-and-rerank
Retrieve-and-Rerank 是在基礎 RAG 架構上的增強版本,通過引入重排序(Reranking)步驟,進一步優化檢索結果的相關性。這種方法非常適合在需要高精度答案的任務中使用。
架構增強點:重排序步驟
在基礎 RAG 的檢索階段(Retriever)之後,加入一個額外的重排序模塊,以更好地篩選檢索結果,提高傳遞給生成模塊(Generator)上下文的質量。
核心流程
- 初步檢索(Initial Retrieval)
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檢索模塊從知識庫中找到一批初步相關的文檔(例如,前 50 個文檔)。
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使用向量檢索(如基於餘弦相似度或歐幾里得距離)快速生成候選文檔集合。
- 重排序(Rerank)
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傳統方法:BM25、TF-IDF 等。
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深度學習模型:基於 BERT 的交互式檢索模型(如 Cross-Encoder)。
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混合方法:將檢索分數與語義模型得分結合。
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將初步檢索到的候選文檔集合交給一個專門的重排序模型。
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重排序模型可以是:
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輸出一個按相關性排序的高質量文檔列表。
- 生成模塊(Generator)
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僅使用重排序後的前 N 個文檔作爲上下文,生成回答或內容。
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高相關性的上下文能顯著提升生成質量。
Retrieve-and-Rerank 優勢
- 提升檢索精度
- 初步檢索模塊通常快速但粗略,可能引入較多噪聲;重排序能更精準地選擇最相關的文檔。
- 減少生成錯誤
- 提供高相關性上下文,避免生成模塊在不相關或錯誤信息基礎上生成答案。
- 模塊靈活性
- 重排序模塊可以獨立優化,例如微調 BERT 模型,加入領域知識等。
- 適配長尾查詢
- 對於少見或複雜的查詢,重排序能進一步優化初步檢索效果。
應用場景
- 問答系統
- 在文檔問答中,Retrieve-and-Rerank 常用於優化檢索階段,確保提供與問題高度相關的上下文。
- 推薦系統
- 在搜索和推薦場景中,重排序步驟可以顯著提高最終推薦內容的相關性和用戶滿意度。
- 技術支持
- 從技術文檔或 FAQ 中篩選最相關的答案,減少生成模塊的錯誤回答率。
示例技術棧
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檢索模塊
:FAISS、ElasticSearch、BM25 等。
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重排序模塊
:BERT、MiniLM、ColBERT(使用 Cross-Encoder)等。
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生成模塊
:GPT、T5、LLaMA 等。
通過這種方式,Retrieve-and-Rerank 在原始 RAG 架構的基礎上增強了檢索的相關性,顯著提升了最終生成的質量。
Multimodal RAG
與基礎 RAG 類似,Multimodal RAG 也由檢索模塊(Retriever)和生成模塊(Generator)組成,但增強了對多模態數據的支持:
- 多模態檢索模塊
-
能處理和索引不同模態的數據,如圖像、視頻或音頻的特徵。
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通常利用預訓練模型將非文本模態(如圖像)轉換爲嵌入向量,存儲在統一的向量數據庫中。
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檢索時,將用戶輸入(文本或其他模態)編碼爲嵌入向量,與數據庫中的嵌入進行匹配。
- 多模態生成模塊
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接受多模態的上下文,例如文本和圖像的組合。
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利用專門設計的多模態生成模型(如 Flamingo、BLIP-2)生成回答或內容。
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能夠根據上下文模態靈活調整生成策略。
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流程
-
用戶輸入可以是文本(如問題)或其他模態(如圖像)。
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多模態檢索模塊找到與輸入相關的多模態上下文。
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將檢索結果傳遞給生成模塊,結合上下文生成多模態回答或內容。
關鍵技術點
- 模態對齊
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在多模態數據之間建立共同表示,例如將圖像特徵和文本特徵映射到同一個向量空間。
-
常用技術:CLIP、Align-before-Fuse、BLIP 等。
- 模態融合
-
將檢索到的不同模態的上下文信息進行有效融合,爲生成模塊提供統一的輸入。
-
方式:早期融合(將模態特徵直接拼接)、晚期融合(分別處理後再結合)。
- 生成模型支持
-
多模態生成需要具備同時處理文本和非文本模態的能力。
-
模型:Flamingo、BLIP-2、Visual ChatGPT 等。
Multimodal RAG 的優勢
- 支持多種輸入類型
- 不僅可以回答文本問題,還能處理圖像相關的查詢,如 “這張圖片中的物體是什麼?”。
- 豐富的信息來源
- 檢索和利用跨模態的信息,比如從圖片和相關描述中生成答案。
- 增強的上下文理解
- 將文本、圖像等模態上下文結合起來,生成更精確、更有深度的內容。
- 廣泛的應用場景
- 可用於醫學影像分析、教育、內容創作等需要多模態數據結合的任務。
應用場景
- 多模態問答
- 結合文本和圖像回答問題,例如 “這張 X 光片有什麼異常?”
- 圖像描述生成
- 爲圖像生成自然語言描述,適用於教育或輔助工具。
- 跨模態搜索
- 用戶輸入文本,系統從圖像庫中檢索相關圖像(或反之)。
- 醫療診斷
- 結合醫學文本和影像數據,生成診斷報告或建議。
- 內容生成
- 從視頻或音頻中提取關鍵信息並生成摘要或分析報告。
技術實現示例
- 檢索模塊
-
圖像:使用 CLIP、DINO 等模型提取圖像特徵。
-
文本:使用 Sentence Transformers 或 OpenAI Embeddings。
- 生成模塊
- 使用多模態生成模型,如 Flamingo、BLIP-2、Visual ChatGPT 等。
- 數據庫
- 存儲跨模態嵌入的向量數據庫,如 FAISS、Weaviate。
通過 Multimodal RAG,可以實現複雜的跨模態任務,爲各種應用提供更強大的解決方案。
Graph RAG
Graph RAG 是對基礎 RAG 架構的一種擴展,通過引入圖數據庫 來增強知識點之間的關聯和文檔間關係的理解。這種架構不僅提高了檢索的精準性,還能更好地利用知識的上下文和結構化信息。
Graph RAG 架構
Graph RAG 的核心思想是在知識檢索過程中利用圖數據庫(如 Neo4j、TigerGraph)來存儲和管理數據。通過將文檔、實體和它們之間的關係建模爲圖結構,可以更高效地處理複雜的知識連接和語義關係。
核心模塊
- 圖數據庫(Graph Database)
-
圖數據庫存儲文檔及其結構化關係(節點和邊),提供上下文的關係視圖。
-
節點:可以表示實體(如人名、地名)、文檔或知識片段。
-
邊:表示節點之間的關係(如 “引用”“從屬”“因果” 等)。
- 檢索模塊(Graph-based Retriever)
-
查詢不僅基於文檔內容,還利用圖的結構進行關係推理。
-
可通過圖查詢語言(如 Cypher)實現複雜的知識檢索。
- 生成模塊(Generator)
-
將檢索到的多層次上下文(文檔和其相關節點)輸入到生成模型。
-
生成模型結合圖關係信息,生成更精準、更上下文相關的輸出。
Graph RAG 工作流程
- 知識建模
-
文檔:“愛因斯坦提出了相對論。”
-
節點:
愛因斯坦
、相對論
-
邊:
提出
-
從知識庫或文檔集合中提取實體、關係和文本內容,構建圖數據庫。
-
示例:
- 用戶查詢
-
用戶輸入問題,如 “相對論的提出者是誰?”。
-
將查詢轉換爲圖查詢(例如,搜索與 “相對論” 相關的節點和邊)。
- 圖查詢
- 檢索與用戶問題相關的子圖,例如 “相對論” 節點及其直接連接的節點和關係。
- 上下文擴展
- 將檢索到的子圖中的信息轉化爲文本上下文,並傳遞給生成模塊。
- 內容生成
- 生成模塊結合用戶問題和擴展上下文,生成自然語言回答。
Graph RAG 的優勢
- 知識點間關係的深度挖掘
- 通過圖結構,捕捉文檔或知識點之間的複雜關係(如層次關係、因果關係等),提高檢索結果的質量。
- 上下文的精準擴展
- 在檢索階段,圖數據庫可以幫助找到更相關的上下文,而不僅僅依賴向量相似性。
- 增強推理能力
- 利用圖的結構化數據,可以進行關係推理,例如多跳檢索(從一個節點找到間接相關的節點)。
- 動態更新與維護
- 圖數據庫支持動態更新,易於在知識庫擴展時維護新數據的關係。
Graph RAG 應用場景
- 複雜問答
- 需要跨文檔或跨實體推理的問答任務,如法律問答或科技文獻分析。
- 知識管理
- 在企業或科研機構中,利用圖數據庫管理和查詢大量關聯文檔或研究成果。
- 內容推薦
- 基於用戶查詢,利用圖關係推薦相關內容或擴展知識。
- 因果推理
- 在科學或工程領域,回答因果關係複雜的問題(如 “某實驗的結果受到哪些因素的影響?”)。
示例技術棧
- 圖數據庫
- Neo4j、TigerGraph、ArangoDB 等。
- 關係提取
- 使用 NLP 模型提取實體和關係(如 spaCy、OpenIE、REBEL)。
- 生成模型
- GPT 系列、T5、BART 等。
- 檢索與查詢
- 使用 Cypher 查詢語言或專門的圖查詢 API。
Graph RAG 將知識管理和自然語言生成相結合,利用圖數據庫強大的關係建模能力,大幅提升了文檔間關係的理解和複雜問題的解決能力。
Hybrid RAG
Hybrid RAG 結合了多種技術的優勢,包含圖結構和傳統檢索方法
Graph RAG 是對基礎 RAG 架構的一種擴展,通過引入圖數據庫 來增強知識點之間的關聯和文檔間關係的理解。這種架構不僅提高了檢索的精準性,還能更好地利用知識的上下文和結構化信息。
Graph RAG 架構
Graph RAG 的核心思想是在知識檢索過程中利用圖數據庫(如 Neo4j、TigerGraph)來存儲和管理數據。通過將文檔、實體和它們之間的關係建模爲圖結構,可以更高效地處理複雜的知識連接和語義關係。
核心模塊
- 圖數據庫(Graph Database)
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圖數據庫存儲文檔及其結構化關係(節點和邊),提供上下文的關係視圖。
-
節點:可以表示實體(如人名、地名)、文檔或知識片段。
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邊:表示節點之間的關係(如 “引用”“從屬”“因果” 等)。
- 檢索模塊(Graph-based Retriever)
-
查詢不僅基於文檔內容,還利用圖的結構進行關係推理。
-
可通過圖查詢語言(如 Cypher)實現複雜的知識檢索。
- 生成模塊(Generator)
-
將檢索到的多層次上下文(文檔和其相關節點)輸入到生成模型。
-
生成模型結合圖關係信息,生成更精準、更上下文相關的輸出。
Graph RAG 工作流程
- 知識建模
-
文檔:“愛因斯坦提出了相對論。”
-
節點:
愛因斯坦
、相對論
-
邊:
提出
-
從知識庫或文檔集合中提取實體、關係和文本內容,構建圖數據庫。
-
示例:
- 用戶查詢
-
用戶輸入問題,如 “相對論的提出者是誰?”。
-
將查詢轉換爲圖查詢(例如,搜索與 “相對論” 相關的節點和邊)。
- 圖查詢
- 檢索與用戶問題相關的子圖,例如 “相對論” 節點及其直接連接的節點和關係。
- 上下文擴展
- 將檢索到的子圖中的信息轉化爲文本上下文,並傳遞給生成模塊。
- 內容生成
- 生成模塊結合用戶問題和擴展上下文,生成自然語言回答。
Graph RAG 的優勢
- 知識點間關係的深度挖掘
- 通過圖結構,捕捉文檔或知識點之間的複雜關係(如層次關係、因果關係等),提高檢索結果的質量。
- 上下文的精準擴展
- 在檢索階段,圖數據庫可以幫助找到更相關的上下文,而不僅僅依賴向量相似性。
- 增強推理能力
- 利用圖的結構化數據,可以進行關係推理,例如多跳檢索(從一個節點找到間接相關的節點)。
- 動態更新與維護
- 圖數據庫支持動態更新,易於在知識庫擴展時維護新數據的關係。
Graph RAG 應用場景
- 複雜問答
- 需要跨文檔或跨實體推理的問答任務,如法律問答或科技文獻分析。
- 知識管理
- 在企業或科研機構中,利用圖數據庫管理和查詢大量關聯文檔或研究成果。
- 內容推薦
- 基於用戶查詢,利用圖關係推薦相關內容或擴展知識。
- 因果推理
- 在科學或工程領域,回答因果關係複雜的問題(如 “某實驗的結果受到哪些因素的影響?”)。
示例技術棧
- 圖數據庫
- Neo4j、TigerGraph、ArangoDB 等。
- 關係提取
- 使用 NLP 模型提取實體和關係(如 spaCy、OpenIE、REBEL)。
- 生成模型
- GPT 系列、T5、BART 等。
- 檢索與查詢
- 使用 Cypher 查詢語言或專門的圖查詢 API。
Graph RAG 將知識管理和自然語言生成相結合,利用圖數據庫強大的關係建模能力,大幅提升了文檔間關係的理解和複雜問題的解決能力。
Agentic RAG Router
Agentic RAG Router 使用 AI Agent 來路由和處理查詢,可以選擇最適合的處理路徑
Agentic RAG Router 是一種更高級的 Retrieval-Augmented Generation (RAG) 架構,通過引入 AI Agent 作爲路由器,根據用戶的查詢動態選擇最合適的處理路徑或模塊。它在複雜、多任務場景中具有明顯優勢,因爲不同查詢可能需要不同的數據源或處理邏輯。
Agentic RAG Router 架構
Agentic RAG 的核心是一個智能路由器(Agent),負責理解用戶查詢並決定如何處理。整個系統通常由以下模塊組成:
- AI Router (Agent)
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使用大型語言模型(如 GPT 或其他 LLM)作爲路由器,分析查詢的意圖和類型。
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基於查詢選擇最合適的檢索模塊和生成模塊。
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可以動態配置執行邏輯,比如調用特定知識庫或外部 API。
- 多檢索模塊
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文本檢索:文檔、FAQ。
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圖像檢索:視覺數據庫。
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圖數據庫:複雜關係推理。
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不同的檢索模塊可以處理不同的數據源或模態:
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Router 決定調用哪種檢索模塊或多模塊組合。
- 多生成模塊
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自然語言生成(文本)。
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圖像生成或描述(視覺)。
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表格生成或數據分析(結構化數據)。
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針對不同任務優化的生成模塊:
- 執行路徑
-
直接回答(無需檢索)。
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檢索後回答(RAG 流程)。
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調用外部工具或 API(如計算器或代碼執行器)。
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Router 分析用戶查詢,可能的處理路徑包括:
工作流程
- 用戶查詢
-
“這張圖片中的內容是什麼?”
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“幫我從文檔中找出關於技術趨勢的摘要。”
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用戶輸入問題或任務描述,例如:
- 路由決策
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任務分類:問答、生成、推理等。
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數據模態識別:文本、圖像、表格等。
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優化目標:速度優先或準確性優先。
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Router 分析查詢的意圖和模態,可能包含:
- 模塊選擇
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文本問答:調用文本檢索模塊 + GPT 生成模塊。
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圖像問答:調用圖像嵌入模型(如 CLIP) + 圖像描述生成模塊。
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多模態組合:同時調用文本和圖像檢索模塊,結合生成。
-
根據分析結果,Router 調用最適合的檢索模塊和生成模塊。
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示例:
- 內容生成
- 通過生成模塊輸出結果,可能是單一模態的回答,也可能是多模態結合的內容。
Agentic RAG 的優勢
- 動態任務適配
- Router 能根據不同任務動態調整執行路徑,無需固定流程,適合複雜場景。
- 多模態支持
- 通過靈活調用不同模態的模塊(文本、圖像、視頻等),支持更廣泛的應用場景。
- 智能資源管理
- 僅在需要時調用複雜模塊,優化資源利用效率(如避免在簡單問題上使用冗餘計算)。
- 增強用戶體驗
- 通過選擇最適合的路徑,提供高質量、個性化的回答。
應用場景
- 多任務問答系統
- 支持用戶提出多模態、多領域問題,並動態調整處理邏輯。
- 企業知識管理
- 在大規模知識庫中,針對不同問題選擇最相關的數據源和處理方法。
- 醫療輔助
- 動態調用醫學圖像分析模塊、文獻檢索模塊或診斷生成模塊。
- 教育與內容生成
- 根據學生的問題選擇合適的資料來源並生成解釋。
- 自動化工作流
- 處理複雜查詢時,調用外部工具(如計算器、翻譯器、編程執行器)完成多步驟任務。
技術實現示例
- Router
- 使用大型語言模型(如 OpenAI GPT 系列、Claude、LLaMA)微調,理解用戶意圖。
- 檢索模塊
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文本:FAISS、ElasticSearch。
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圖像:CLIP、DINO。
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圖數據庫:Neo4j。
- 生成模塊
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文本生成:T5、BART、GPT。
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圖像生成:DALLE-2、Stable Diffusion。
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數據生成:Pandas、NumPy。
- 執行引擎
- 調用工具鏈(如 LangChain)動態組織不同模塊的調用。
Agentic RAG Router 的靈活性使其成爲解決複雜問題的強大工具。通過將智能路由與強大的檢索和生成能力相結合,它可以顯著提升處理多模態、多任務場景的效率和準確性。
Agentic RAG Multi-Agent
Agentic RAG Multi-Agent 使用多個專門的 AI Agent 協同工作,可以調用不同的工具(如向量搜索、網頁搜索、Slack、Gmail 等)
Agentic RAG Multi-Agent 是 Retrieval-Augmented Generation (RAG) 的進一步進化版本,它引入多個專門的 AI Agent,每個 Agent 負責不同的任務或工具調用。通過這些 Agent 的協同工作,系統能夠在複雜、多源數據環境中靈活高效地處理任務,比如同時檢索向量數據庫、執行網頁搜索、查詢第三方 API,甚至與工具(如 Slack、Gmail)交互。
Agentic RAG Multi-Agent 架構
Agentic RAG Multi-Agent 的核心特性是多個專用 Agent 的協作,每個 Agent 可以完成特定任務或調用特定工具。整個系統由以下組件組成:
- Central Orchestrator (主控 Agent)
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作爲中央調度器,負責解析用戶意圖、分派任務,並整合多個 Agent 的輸出。
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主控 Agent 可以使用 LLM(如 GPT-4)來執行復雜的任務規劃和路由。
- 專用 AI Agent
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向量搜索 Agent:從向量數據庫中檢索相關內容。
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網頁搜索 Agent:實時從互聯網獲取最新信息。
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通信工具 Agent:與 Slack、Gmail 等進行交互。
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數據處理 Agent:處理結構化數據(如表格或數據庫查詢)。
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模態特定 Agent:如圖像分析、語音識別等。
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每個 Agent 負責特定類型的任務或工具,例如:
- 工具與數據接口
- 每個 Agent 可調用專用工具或 API,比如向量檢索工具(FAISS)、Web 搜索引擎(如 Google API)、生產力工具(Slack、Notion)。
- 輸出整合模塊
- 主控 Agent 收集和整合來自各 Agent 的結果,將最終答案以自然語言或多模態形式輸出給用戶。
工作流程
- 用戶輸入
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“幫我分析這份文件的摘要,並用郵件發送給團隊。”
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“找出過去一週相關的行業趨勢,並通知 Slack 頻道。”
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用戶提出一個複雜的請求,例如:
- 任務分解
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提取摘要:調用向量檢索 Agent 或文本處理工具。
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搜索趨勢:調用網頁搜索 Agent。
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發送通知:調用 Slack 或 Gmail Agent。
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主控 Agent 將任務分解爲子任務:
- 任務分配
- 主控 Agent 將子任務分派給相關專用 Agent,按優先級並行處理。
- 執行任務
- 專用 Agent 調用相應工具或接口完成任務,返回結果。
- 整合與反饋
- 主控 Agent 收集所有 Agent 的結果,整合爲用戶可以理解的最終輸出。
Agentic RAG Multi-Agent 的優勢
- 模塊化設計
- 各 Agent 獨立工作,便於擴展和優化。例如,可新增圖像處理 Agent 或語音處理 Agent。
- 多任務並行處理
- 多個 Agent 可並行運行,大幅提高複雜任務的處理效率。
- 工具支持廣泛
- 能調用多種工具和 API,覆蓋從數據檢索到內容生成、任務執行等全流程。
- 動態任務適配
- 主控 Agent 可根據任務動態調整執行路徑和 Agent 調用順序。
- 複雜任務自動化
- 能自動化執行跨工具、跨數據源的多步驟任務,例如從檢索數據到生成報告併發送通知。
應用場景
- 企業知識管理
- 檢索企業文檔、結合網頁搜索實時更新信息,並將結果發送至團隊協作工具(如 Slack)。
- 內容創作與分發
- 從向量數據庫中檢索素材,生成文章或報告,並分發至郵箱或內容管理系統。
- 多模態問答
- 同時調用文本、圖像和視頻分析 Agent,生成多模態回答。
- 實時數據分析
- 從網頁和內部數據庫中收集實時數據,生成趨勢分析報告。
- 個人助理
- 處理日常任務,如查看郵件、管理日程、設置提醒等。
- 複雜客戶支持
- 檢索 FAQ、結合網頁搜索和實時工具調用,爲用戶提供高質量的支持。
示例技術棧
- 主控 Agent
- 使用 GPT 系列或其他大型語言模型。
- 專用 Agent
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向量檢索:FAISS、Weaviate。
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網頁搜索:Google API、Bing Search API。
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通信工具:Slack API、Gmail API。
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數據分析:Pandas、NumPy。
- 協作框架
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LangChain:支持 Agent 編排。
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Tools SDK:實現與外部工具的接口。
示例場景:行業趨勢通知
用戶輸入: “幫我從數據庫和互聯網找出過去一週的行業趨勢,並用摘要發郵件給團隊。”
系統執行:
- 主控 Agent 分解任務:
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檢索數據庫:調用向量搜索 Agent。
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搜索互聯網:調用網頁搜索 Agent。
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生成摘要:調用文本生成 Agent。
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發送郵件:調用 Gmail Agent。
- 各 Agent 獨立工作並返回結果:
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向量搜索 Agent:檢索內部數據庫的行業報告。
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網頁搜索 Agent:爬取過去一週的行業新聞。
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文本生成 Agent:將數據整合爲摘要。
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Gmail Agent:將摘要發送給團隊。
- 主控 Agent 整合結果並完成任務。
通過 Agentic RAG Multi-Agent,複雜任務可以自動化完成,顯著提升效率和用戶體驗,尤其在需要跨模態、跨工具協作的場景中表現尤爲出色。
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