从RAG的本质和RAG Pipeline的编排展开，把不使用RAG的坏处、使用RAG的好处、RAG系统里各个环节的思考。
从一个不可分的、隐含在同一大模型的内部过程，拆分为两个各自可独立优化的模块。被解开的耦合不仅是检索功能和生成功能，更在于它带来的知识更新与模型训练的分离。
在不使用 RAG 的情况下，大模型需要将所有知识都存储在模型参数中。而知识更新的速度远高于模型训练，可能以小时甚至分钟级变化。如果每次知识更新都要重新训练模型，那成本就太高了，而且还可能引入新的问题。
a）训练周期长和训练成本高：每次知识更新都可能需要对整个大模型进行重新训练或微调，这是一个耗时且昂贵的过程。RAG 通过将知识存储在外部知识库中，避免了频繁的重新训练，只需要大语言模型通过特定的检索机制 (例如，基于语义相似度的向量检索) 从知识库中按需获取相关信息，从而降低了成本。
b）数据合规性和引入新噪声： 新数据可能包含不合规内容或噪声，直接用于训练会将这些问题固化在模型参数中。RAG 允许对外部知识库进行更严格的质量控制和合规性审查，从而降低了风险。
在使用 RAG 的情况下，知识更新无需频繁改变模型参数，知识直接存储在外部知识库，会带来这些好处：
a）减少资源的消耗：模型通常会将知识直接编码到模型的参数中，知识越多，参数越多，计算量越大，就需要更多计算资源来进行部署和推理 (在部署时，需要大量的内存来加载模型参数，就需要高性能服务器和 GPU；在推理时，模型需要对每个参数进行计算，相应基础设施的调度会消耗大量电力)。
b）知识管理更灵活：轻松地添加、删除或修改知识库中的信息，而无需更改或重新训练大语言模型。这使得系统更容易适应不断变化的知识需求，例如，可以快速地添加最新的行业报告、法规更新或产品信息，确保模型始终提供最准确和最新的答案。
c）信息的可追溯性：大语言模型被认为是黑盒，因为很难理解它为什么会做出这样的回答，这使得它在医疗、金融、法律的关键应用中的应用受到限制。通过 RAG 可以追踪模型在生成答案的知识来源，验证模型是否使用了可靠的信息，为人类的决策提供具体依据。
(总的来说分为：离线知识库的构建+在线检索增强生成)
a）数据收集：从各种数据源获取原始数据，并对数据进行预处理，涉及不同类型数据的解析策略 (word、pdf、ppt、跨页表格)。
b）数据分块：将长文档切割成语义相对完整的文本块 (Chunk)，涉及不同类型数据的分块策略 (比如结构化数据与非结构化数据、长文段与短文段)。
c）向量嵌入：将上一步的文本块转换为向量。需要用向量嵌入模型 (Embedding Model) 将文本信息嵌入到向量空间中，涉及模型的选型。
d）存储与索引：将上一步的向量化的文本块存储进向量数据库中 (存储)，并将文本块按照一定规则排列好 (创建索引)，便于查询时快速检索，涉及索引结构的选择 (摘要索引、树状索引、知识图谱、向量索引)。
注意：使用向量索引时，无论是离线文本的向量化，还是在线的用户查询的编码，都必须使用同一个向量模型，保证它们编码在同一个向量空间。
e）检索与重排：系统收到用户查询 (query) 后将其向量化，并在数据空中进行相似度检索，得到大量相关的文本块并进行排序，找出与查询语义最相关的 Top-K 的文本块 (比如 Top-3 就相关性前三的资料) 作为参考。
f）答案生成：模型仔细阅读用户查询和参考资料，依据提示词生成一个有依据的回答，涉及增强提示词的设计。
注意：返回给用户之前需要进行后处理，保证生成答案的美观度和可信度，同时过滤掉不必要的信息。
虽然向量嵌入主要在数据存储时使用，但在检索重排时也会涉及。只是为了方便读者理解，在前文将向量嵌入单独作为一步进行说明，接下来将其合并为：数据收集→数据分块→创建索引→检索重排→答案生成。
对文档进行搬运（不同类型的文档解析方式不同），并用模型进行预处理 (打标签、生成摘要)，优质的数据收集需要满足以下特点：
a）内容完整：不能漏掉任何有价值的信息，包括文字、图片、表格等。
b）内容准确：提取内容不能有错误，比如 OCR 识别出来的文本，就要尽可能地避免识别错误。
c）关系完整：数据内部存在关联性，比如主干段落与分支段落的层级关系、图片与图片说明的对应关系，能够帮助 RAG 系统更好地理解数据。
d）元数据完整：元数据就是数据的数据，数据本身具有标题、标签、大小、生成时间等信息，能够帮助 RAG 系统更好地管理和利用数据。
Word 解析方案
a）文本信息解析：使用"python-docx"库对".doc"文档进行解析，提取出保留结构层级的信息（标题、正文、编号、列表等）
# ChatGPT 使用说明
## 简介
ChatGPT 是一个大型语言模型，由 OpenAI 训练，它可以用于各种自然语言处理任务。
（解析前）
<h1>ChatGPT 使用说明</h1>
<h2>简介</h2>
<p>ChatGPT 是一个大型语言模型，由 OpenAI 训练，它可以用于各种自然语言处理任务。</p>
（解析后）
b）图片标签生成：将 word 里的图片导出到指定文件夹 (image_folder)，建立映射字典 (image_map) 表示 key 和 value 的关系（key 就是图片的身份证号，value 就是图片的身份证信息，包含图片路径 scr 和文字说明 alt)
比如：<img src="image_folder/image1.png" alt="Image 1 Description">
c）图文内容整合：将文本内容和图片标签按照原文档的顺序组合成一个完整的 HTML 字符串。
若检测到图片引用 ID (例如 "image123"）。
在 image_map 中查找这个 ID 作为 Key。
image_map 返回对应的 Value。
将这个 HTML 标签插入到最终生成的 HTML 文档中。
d）HTML文档导出：输出包含富文本结构的 HMTL 内容块，它的标准化结构和易于渲染的特性，方便了后续的分块、向量化、检索。
# ChatGPT 使用说明
## 简介
ChatGPT 是一个大型语言模型，由 OpenAI 训练。 它可以用于各种自然语言处理任务，例如：
- 文本生成
- 机器翻译
- 问答
[图片ID: chatgpt_architecture]
（解析前）
<h1>ChatGPT 使用说明</h1>
<h2>简介</h2>
<p>ChatGPT 是一个大型语言模型，由 OpenAI 训练。 它可以用于各种自然语言处理任务，例如：</p>
<ul>
<li>文本生成</li>
<li>机器翻译</li>
<li>问答</li
</ul>
<img src='images/chatgpt_architecture.png' alt='ChatGPT 架构图' title='ChatGPT 内部结构'>
（解析后）
PDF 解析方案：
Word、HTML、Markdown 是结构化文档，内部带有结构化标签，例如段落、列表、表格等，这些标签如同文档的"骨架"，方便计算机直接解析和理解。而 PDF 的设计初衷是为了在不同设备上完美展示文档，内容以页面流的形式呈现，缺乏内在的语义结构信息，是按照坐标进行绘制的，大大增加了提取难度。
PDF文档中的文本在提取出来时，排版是混乱的，不具有可读性。需要根据字符坐标 (x 和 y)、排版特征 (页码、字体、粗细、行间距)、结构信息 (标题、正文、编号、列表)，像拼图一样，把这些碎片重新组合成完整的富文本结构的段落。
a）文本提取：使用工具 pdfplumber 和 PyMuPDF，或 OCR 解析PDF文件，为后续文本重组做铺垫。
文本内容："1. Introduction"
位置坐标：(100, 50)
字体大小：14pt
字体：Arial
加粗：True
结构：一级标题
b）文本重组：基于字符坐标、排版特征、结构信息，重建包含标题、正文、序号等结构的页面。
c）修复错误：在重新组织文本时，容易出现换行错误（一段话被错误地分成两行），这是由于坐标精度不足导致的字符位置关系不确定（公式、表格、特殊符号、字体的变化等，会导致字符间距变小，程序识别精度不够，可能会认为是字符重叠的），进而采取”强制换行“和”插入空格“这样最常见、也最保守的策略。
d）图片标签生成
e）图文内容整合
f）HTML文档导出
文本分块是自然语言处理 (NLP) 中的一项关键技术,其作用是将较长的文本切割成更小、更易于处理的片段。
为什么需要对文档进行分块？而不是直接进入下一步，提取文档的嵌入向量。
分块过大： 降低检索精度，增加计算成本，易超出模型上下文窗口导致信息截断。
分块过小： 造成上下文缺失（如论点论据分离、数据分析脱节），影响模型对信息的完整理解。
分块大小需要考虑几个维度：
a) 数据本身的结构特点：学术论文需要长段的完整的分块，视频文案天然适合较短的分块。
b）用户提问的长度和复杂性：用户输入的文段长度和问题的复杂程度，影响结果需要参考的上下文长度。
c）Embedding 模型的适配：不同的嵌入模型，对文本块颗粒度的适应性不同，影响检索的效果。
d）计算成本和响应时间：分块越大，意味着生成内容时发给 LLM 的内容越多，成本和延迟都会增加。
Token 切片 (滑动窗口)
滑动窗口是实现 Token 切片的一种常见方式，你可以把它想象成一个在文本序列上滑动的尺子，它有固定的长度 (chunk_size)，每次滑动一定的距离，就从尺子框住的头和尾切下一块。
举个例子，假设我们有一段文本：
[A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L、M、N、O、P、Q、R、S、T、U、V、W、X、Y、Z]
如果我们设置 chunk_size = 5，chunk_overlap= 2，那么切出来的效果就是：
切片 1： [A， B， C， D， E]
切片 2： [D， E， F， G， H]
切片 3： [G， H， I， J， K]
分块时使用配套的分词器 (Tokenizer) 可以确保分词方式与模型训练时使用的方式一致，从而获得最佳性能。LLM 模型的官方文档会明确指出推荐使用的 Tokenizer，或者有自己的 Tokenizer (例如 BERT、GPT 有自己专门的 Tokenizer，与模型一起发布)。同时，也需要考虑语言和任务，在 Hugging Face Transformers 库中寻找合适的分词器，并进行效果评估。
一句话总结：Token 切片是目标，就像我们要把蛋糕切成小块；滑动窗口是手段，就像切蛋糕的刀，决定了怎么切、切多大。它的特点是简单粗暴，但是也容易破坏语义完整性。
句子切片
使用正则表达式识别中文标点符号（句号、问号、感叹号等）是一种简单直接的中文文本分句方法，虽然不如语义切片精确，但足以满足基本需求。
递归分割
递归分割按照预设的优先级顺序 (段落分隔符/两个换行符 → 换行符 → 句子分隔符 → 空格)，依次尝试使用这些分隔符将文本分割成更小的块，直到文本块的大小都满足预设的限制。就像一个要减肥的人吃蛋糕，一次不能吃太多，不然卡路里超标。先切一大块，发现切多了，热量高了，就再补一刀，直到大小合适，热量正常为止。
-最高优先级：按照段落 (两个换行符/单个换行符) 切割。
-再次：按照句子分隔符 (句号、问号、感叹号) 切割。
-接着：按照空格切割 (尽量保证单词完整)。
-最低优先级：如果以上方法都不行，就强制按照字符切割 (最坏的情况)。
专门分块（数据本身有特定规则）
根据 Markdown 语法规则（标题、加粗、代码块等）进行分块。
根据 LaTeX 命令（如 \section, \subsection）来创建逻辑块，如章节和小节。
语义切片
通过 LLM 理解语义后，依据上下文精准灵活地进行分割。切片的精度高，但计算成本也高。
滑动窗口+语义切片
语义切分优先 (首先将文本分割成具有完整语义的块)，超过限制的块用滑动窗口 (如果语义块仍然过大超出 token 限制，则对该块使用滑动窗口切分)。
a）大模型理解语义：将原始文本切分成语义段落 (例如，有"原始语义段落 1"和"原始语义段落 2")。
b）判断每个段落的大小：如果段落大小合适 (比如 ≤50 tokens)，则直接采纳。
c）滑动窗口并进行切片：针对过长段落进行 token 切片，生成含重叠的子切块。
举个例子，原始段落如下：
"RAG 框架是一种将检索和生成相结合的技术。它首先从大规模知识库中检索相关信息，然后利用这些信息来生成更准确、更有针对性的回复。与传统的生成式模型相比，RAG 框架能够显著提升生成内容的质量和可信度。本段主要介绍 RAG 的基本概念和优势。要搭建一个基于 RAG 框架的智能客服，你需要准备以下几个关键组件。”
a）大模型语义理解
原始语义段落1："RAG 框架是一种将检索和生成相结合的技术。它首先从大规模知识库中检索相关信息，然后利用这些信息来生成更准确、更有针对性的回复。"
原始语义段落2："与传统的生成式模型相比，RAG 框架能够显著提升生成内容的质量和可信度。本段主要介绍 RAG 的基本概念和优势。要搭建一个基于 RAG 框架的智能客服，你需要准备以下几个关键组件。"
b）判断每个段落的大小
原始语义段落1： 45 个 token，小于 50 token 的阈值，因此直接采纳。
原始语义段落2： 70 个 token，大于 50 token 的阈值，需要进一步切分。
c）滑动窗口并进行切片（含重叠部分）
子切块2.1："与传统的生成式模型相比，RAG 框架能够显著提升生成内容的质量和可信度。本段主要介绍 RAG 的基本概念和优势。"
子切块2.2："本段主要介绍 RAG 的基本概念和优势。要搭建一个基于 RAG 框架的智能客服。你需要准备以下几个关键组件。"
普通分块的问题在于，直接切分可能会破坏语义的完整性，但如果整个文档太大，又会超出 token 数量的限制。而滑动窗口+语义切片的优势就在于，既能保证语义完整性，又不会让单个文本块过大：先做语义切分 (保证语义完整性)，若语义切分后的块还是很大，超出token限制，再对这个块做滑动窗口切分 (解决chunk大小问题)。
分块策略的选择
a）先结构化后语义
面对 word、ppt、markdown 这种结构化的文档，优先采用专门切块，按照目录/章节/列表的格式进行切片，再视情况而定是否要追加语义切片。可以最大化的保留文档的语义，结构化部分也可作为检索特征。
b）非结构化就语义
面对小说、散文、哲学这种典型的结构化文档，就需要采用语义切块。可以避免整段语义的分割，便于模型理解抽象概念。
工作流：
- 句子级拆分：将文档按句子进行划分。
- 组块构建：连续多个句子组合成一个“句子组”。
- 语义嵌入生成：使用指定嵌入模型为每个句子组，生成向量表示。
- 语义相似度计算：通过余弦距离衡量相邻句子组之间的语义差异。
- 动态切分决策：当语义差异超过设定的阈值，则在此处进行切分。
c）窗口重叠来补救
token 切片和递归切片，这种固定规则的切片方式，容易破坏语义结构，有时需要采用窗口重叠来补充上下文。重叠比例一般在 10%-20%之间，宁愿多消耗算力，也要保证语义信息的完整。
索引是检索增强 LLM 中的一个核心组件，用于组织和存储向量化后的文本内容 (chunk)，以便用户能够快速找到所需的信息。简单来说，它就像书的目录一样，可以帮助你快速定位到书中的相关章节。
以下是几种常见的索引结构：
a）摘要索引：将节点按照顺序链接起来。检索时，可以顺序遍历所有节点或根据关键词进行过滤。
b）树索引：将节点组织成树状结构，检索时可以从根节点向下遍历，也可以直接利用根节点的信息。
c）关键词表索引：从每个节点中提取关键词，并建立关键词与节点的多对多映射关系。适用于查找包含特定关键词的文档，但在处理多关键字查询时效率较低 (过于复杂)。
d）向量索引：使用文本嵌入模型将文本块转换为固定长度的向量，并存储在向量数据库中。检索时，将用户查询文本也转换为向量，并通过向量相似度计算来查找最相似的节点 (这是目前最流行的方法)。
e）知识图谱索引：知识图谱是不同知识之间的关系图。
f）多层表示索引：通过创建多个向量来表示每个文档，例如：
通过较小的表示（摘要或块）进行检索，但将它们链接到完整的文档/上下文中进行生成，核心思想是在保证检索效率的同时，尽可能提供完整的上下文信息。
传统的搜索技术，要么因为过于依赖关键词而忽略了用户的真实意图，要么就是因为信息处理能力有限而遗漏了关键信息。而在RAG中需要检索相关资料作为上下文，发给大模型。但是，如果一股脑地把Top50 的资料都塞给大模型，显然会带来一些问题 (token 消耗过大、模型受窗口限制无法读取全文)。
所以，在向量查询 (ANN) 后，通常使用 Rerank模型1 进行重排序，精选 TOP5 甚至 TOP3 的相关资料。
注意：既然通过 embedding 可以理解语义，为什么还要使用 rerank？前者可以检索到相似语义的结果，但后者可以通过打分区找到最相关的结果，减少提示词上下文窗口的占用。
检索到参考资料，接下来由模型组装答案，需要使用提示词进行引导，最基础的 rag 提示词模板：
参考资料（检索到的文本快）：xxx
用户查询（用户输入的指令）：xxx
请你根据参考资料回答用户查询。
备注：更详细的提示词的模板可以查看《AI产品经理必修课：RAG（2）》的"三个 RAG 提示词模板——精准地引导 RAG 进行信息检索与生成"。
RAG（检索增强生成）技术在不断发展，为各种应用场景带来了新的可能性。在实际的RAG编排中，难免会遇到各种问题，如何用逆向排查的方式定位问题，可以从哪几个角思考解决方案。可以参考：RAG 系统的问题排查可以查看《AI产品经理必修课：RAG（1）》的"RAG的数据源从哪里来，出现错误信息，结果不合预期怎么办？"。
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