AI Agent 全日制30天速成｜Day7 教学笔记

今日总学习目标

1. 替换Day3内存FAISS，掌握Chroma持久化向量库（本地磁盘落地、支持元数据过滤、MMR去重检索）
2. 搭建多模态RAG：图文统一向量空间、SigLIP图文嵌入、图片+文本混合知识库检索
3. 扩展统一工具网关，新增「图文检索工具」，接入Day6 ReAct动态Agent
4. 打通完整多模态智能体链路：文本对话+图片检索+计算器+分层Redis记忆
   每日时长分配（全天8h）

• 理论笔记阅读：2.5h
• 代码编写调试：4h
• 复盘面试背诵：1.5h

一、核心理论教学笔记

1. Chroma向量库全解析（替代FAISS）

1.1 FAISS痛点 & Chroma优势

Day3 FAISS仅内存存储，重启丢失向量、无元数据、不支持过滤、无内置去重逻辑；
Chroma专为LLM RAG设计，核心优势：

1. 持久化本地磁盘：程序重启向量不丢失，开箱即用无需部署服务
2. 内置三层客户端：内存临时、本地持久、远程服务异步客户端
3. 原生支持元数据过滤：按文档来源、类型、上传时间筛选检索
4. MMR最大边际相关性检索：避免返回高度重复片段，提升多样性
5. 统一Collection集合隔离：文本库、图片库分开存储互不干扰
6. 同步/异步双API，完美适配项目全异步架构

1.2 Chroma三大客户端模式

1.3 核心检索能力

1. 基础相似度检索：返回文本/图片片段+距离分数
2. Metadata条件过滤：filter={"type":"image","source":"产品手册"}
3. MMR去重检索：平衡相似度与多样性，适合长文档问答
4. 批量增删改查：支持文档/图片批量入库、指定ID删除

2. 多模态RAG基础（MM-RAG）

2.1 跨模态嵌入核心原理（SigLIP）

传统文本Embedding只能编码文字；SigLIP/CLIP构建统一共享向量空间：

• 图片输入 → 视觉编码器 → 图片向量
• 文字描述/用户提问 → 文本编码器 → 文本向量
  语义相近的图文向量距离更近，实现以文搜图、以图搜文双向检索

2.2 多模态RAG完整流程

1. 知识库预处理：文本分块、图片提取SigLIP向量，存入同一Chroma集合，附加type=text/image元数据
2. 用户输入（文字/图片）生成多模态向量
3. Chroma跨模态相似度召回，可过滤只返回图片或文本
4. 图文检索结果统一拼接进Prompt，交由大模型结合图文信息回答

2.3 多模态RAG解决的业务痛点

1. 手册截图、流程图、产品配图无法被纯文本RAG检索
2. 用户描述图片内容，无法匹配对应图文资料
3. 图文混合知识库统一存储、统一检索，不用两套向量库

3. 多模态工具网关扩展

在Day6网关基础上新增multimodal_search工具，标准化输入：

• query：文字检索词（图文通用）
• search_type：all/text/image 三种检索模式
• top_k：返回片段数量
• use_mmr：是否开启去重检索

网关统一封装SigLIP向量化、Chroma检索、元数据过滤逻辑，上层ReAct Agent无需关心图文底层差异。

4. 今日完整串联链路（整合前6天全部能力）

用户提问（支持图文描述）

1. Redis读取分层记忆，自动滑动窗口+摘要压缩
2. ReAct循环Thought-Action-Observation：
   • Thought判断是否需要检索图文知识库/数学计算
   • Action调用统一工具网关（计算器/多模态检索）
   • 网关执行Chroma图文检索或计算，返回Observation
   • 自我反思判断信息是否充足，循环迭代
3. 汇总所有工具结果输出最终回答
4. 对话持久化存入Redis记忆

二、今日学习重点

1. Chroma持久化向量库增删改查、元数据过滤、MMR去重检索
2. SigLIP本地图文嵌入模型调用，实现跨模态向量生成
3. 扩展工具网关，封装统一图文检索工具
4. 改造ReAct Agent，支持自动调用多模态知识库
5. 对比FAISS与Chroma落地差异，掌握生产级本地向量库选型

三、今日难点 & 解决方案

难点1：SigLIP本地模型下载慢、CPU推理卡顿

解决方案：

1. 提前缓存模型权重到本地，离线加载
2. 推理开启torch.no_grad()关闭梯度，大幅提速
3. 学习阶段缩小图片尺寸，降低算力消耗

难点2：图文向量混在一起，检索大量无关图片/文本

解决方案：

1. 入库时添加type元数据区分图文
2. 工具支持search_type过滤，按需只查文本/图片
3. 设置相似度分数阈值，过滤低相关结果

难点3：Chroma持久化后向量膨胀、查询变慢

解决方案：

1. 按业务拆分多个Collection（文本库、图片库分离）
2. 定期清理过期无用文档，释放向量存储
3. 检索开启MMR减少重复冗余片段

难点4：ReAct分不清何时该查文本、何时查图片

解决方案：

1. System提示词明确规则：描述图表/截图/产品配图调用image检索；理论知识调用text检索
2. Few-shot示例演示图文区分调用逻辑
3. 工具返回时区分图文来源，模型下一轮可精准判断

四、完整练习代码（基于Day1~Day6扩展）

新增依赖安装

pip install chromadb torch transformers pillow scikit-learn

1. 多模态向量库 chroma_mm_store.py

import asyncio
import chromadb
from chromadb.utils.embedding_functions import create_langchain_embedding
import torch
from PIL import Image
from transformers import AutoProcessor, AutoModel
import numpy as np
from typing import List, Dict, Optional

# ========== 1. SigLIP多模态嵌入本地模型 ==========
device = "cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu"
processor = AutoProcessor.from_pretrained("google/siglip-so400m-patch14-384")
siglip_model = AutoModel.from_pretrained("google/siglip-so400m-patch14-384").to(device).eval()

def text_to_vector(text: str) -> List[float]:
    """文本转多模态向量"""
    with torch.no_grad():
        inputs = processor(text=text, return_tensors="pt").to(device)
        vec = siglip_model.get_text_embedding(**inputs)
        return vec.squeeze().cpu().numpy().tolist()

def image_to_vector(img_path: str) -> List[float]:
    """图片转多模态向量"""
    img = Image.open(img_path).convert("RGB")
    with torch.no_grad():
        inputs = processor(images=img, return_tensors="pt").to(device)
        vec = siglip_model.get_image_embedding(**inputs)
        return vec.squeeze().cpu().numpy().tolist()

# ========== 2. 持久化Chroma多模态向量库封装 ==========
class MultiModalChromaStore:
    def __init__(self, persist_path="./chroma_mm_db", coll_name="mm_kb"):
        # 本地持久化客户端
        self.client = chromadb.PersistentClient(path=persist_path)
        self.collection = self.client.get_or_create_collection(
            name=coll_name,
            metadata={"hnsw:space": "cosine"}  # 使用余弦相似度
        )

    # 批量插入文本
    async def add_text(self, text_list: List[str], source: str = "文档"):
        ids = [f"txt_{i}" for i in range(len(text_list))]
        vecs = [text_to_vector(t) for t in text_list]
        metas = [{"type": "text", "source": source} for _ in text_list]
        self.collection.add(
            embeddings=vecs,
            documents=text_list,
            metadatas=metas,
            ids=ids
        )

    # 插入单张图片
    async def add_image(self, img_path: str, desc: str, source: str = "图片库"):
        vec = image_to_vector(img_path)
        self.collection.add(
            embeddings=[vec],
            documents=[desc],
            metadatas=[{"type": "image", "source": source, "img_path": img_path}],
            ids=[f"img_{img_path.replace('/','_')}"]
        )

    # 多模态检索
    async def search(self, query: str, search_type: str = "all", top_k=3, use_mmr=False):
        query_vec = text_to_vector(query)
        where_filter = {}
        if search_type == "text":
            where_filter = {"type": "text"}
        elif search_type == "image":
            where_filter = {"type": "image"}

        if use_mmr:
            res = self.collection.max_marginal_relevance_search(
                query_embeddings=[query_vec],
                n_results=top_k,
                where=where_filter
            )
        else:
            res = self.collection.query(
                query_embeddings=[query_vec],
                n_results=top_k,
                where=where_filter
            )
        output = []
        for doc, meta, dist in zip(res["documents"][0], res["metadatas"][0], res["distances"][0]):
            output.append({
                "content": doc,
                "meta": meta,
                "distance": round(float(dist), 4)
            })
        return output

# 测试多模态库
async def test_chroma_mm():
    mm_store = MultiModalChromaStore()
    # 写入文本知识库
    await mm_store.add_text([
        "多模态RAG使用SigLIP实现图文统一向量检索",
        "Chroma支持本地持久化，重启不丢失向量数据",
        "ReAct Agent可以自主调用图文检索工具"
    ], source="Day7学习文档")
    # 文字检索全部内容
    ret = await mm_store.search("什么是多模态RAG", search_type="all")
    print("检索结果：", ret)

if __name__ == "__main__":
    asyncio.run(test_chroma_mm())

2. 扩展工具网关 tool_gateway_mm.py（复用Day6网关）

import asyncio
from pydantic import BaseModel, Field
from tool_gateway import gateway, ToolMeta
from chroma_mm_store import MultiModalChromaStore

# 全局多模态向量库实例
mm_chroma = MultiModalChromaStore()

# 多模态检索参数模型
class MultiModalSearchParams(BaseModel):
    query: str = Field(description="检索关键词/图片描述")
    search_type: str = Field(description="检索类型 all/text/image")
    top_k: int = Field(default=2, description="返回条数")
    use_mmr: bool = Field(default=False, description="是否开启去重检索")

# 新增图文检索异步工具
async def multimodal_search(query: str, search_type: str, top_k: int, use_mmr: bool):
    res = await mm_chroma.search(query, search_type, top_k, use_mmr)
    if not res:
        return "未检索到相关图文资料"
    out_text = ""
    for item in res:
        t = item["meta"]["type"]
        src = item["meta"]["source"]
        out_text += f"【{t}|{src}】相似度距离：{item['distance']}\n内容：{item['content']}\n\n"
    return out_text

# 注册新工具到网关
gateway.register_tool(ToolMeta(
    name="multimodal_search",
    description="多模态知识库检索，可查询文本资料、产品截图、流程图等图片信息；描述图表/图片使用image类型，查询理论知识使用text类型",
    params_model=MultiModalSearchParams,
    run_func=multimodal_search
))

3. 多模态ReAct智能体 react_mm_agent.py

import asyncio
from react_agent import ReActAgent
from tool_gateway_mm import gateway

class MultiModalReActAgent(ReActAgent):
    def __init__(self, model_name="qwen-turbo"):
        super().__init__(model_name)
        # 更新系统提示词，新增多模态工具规则
        self.system_prompt = """
你是多模态ReAct智能体，遵循Thought -> Action -> Observation循环。
可用工具：
1. calculator：数学加减乘除运算
2. multimodal_search：图文混合知识库检索
   - 查询理论、课程文字资料：search_type="text"
   - 查询流程图、产品截图、图表描述：search_type="image"
   - 全部资料一起查：search_type="all"
规则：
1. 涉及图片、图表类问题必须调用multimodal_search并指定image类型
2. 数学计算禁止心算，必须调用calculator
3. 知识库无内容禁止编造信息
4. 每轮执行工具后自动反思信息是否充足
"""
        self.tools_schema = gateway.get_openai_tools_schema()

# 测试多模态Agent
async def test_mm_agent():
    agent = MultiModalReActAgent()
    await agent.init_memory()
    # 写入测试图文知识库
    from chroma_mm_store import mm_chroma
    await mm_chroma.add_text(["SigLIP是跨模态图文嵌入模型，用于多模态RAG检索"], source="AI知识库")
    # 复合型问题：先计算，再查询多模态RAG知识
    query = "计算 (50+10)*3，再介绍多模态RAG和SigLIP作用"
    res = await agent.chat(session_id="mm_test_001", user_query=query)
    print("最终回答：\n", res["answer"])
    await agent.close_memory()

if __name__ == "__main__":
    asyncio.run(test_mm_agent())

4. FastAPI多模态接口 main_mm_react.py

from fastapi import FastAPI, Query
import asyncio
from react_mm_agent import MultiModalReActAgent

app = FastAPI(title="Day7 多模态ReAct Agent｜Chroma图文知识库")
agent = MultiModalReActAgent()

@app.on_event("startup")
async def startup():
    await agent.init_memory()

@app.on_event("shutdown")
async def shutdown():
    await agent.close_memory()

@app.get("/agent/mm_chat")
async def mm_chat(
    session_id: str = Query(..., description="会话ID"),
    prompt: str = Query(..., description="用户提问，可描述图片、数学、理论知识")
):
    result = await agent.chat(session_id, prompt)
    return result

if __name__ == "__main__":
    import uvicorn
    uvicorn.run("main_mm_react:app", reload=True)

五、今日必做练习任务

1. 运行chroma_mm_store.py，测试文本入库、跨模态检索、元数据过滤功能，重启程序验证向量持久化
2. 新增本地图片，调用add_image存入向量库，用文字描述实现以文搜图
3. 修改search_type分别为text/image/all，对比检索返回内容差异
4. 运行多模态ReAct Agent，提交「计算+图文知识库」复合问题，观察自动调用multimodal_search工具
5. 开启MMR去重检索，对比普通检索返回片段重复度差异
6. 对比Day3 FAISS代码，总结Chroma持久化、过滤、去重优势

六、今日配套面试题（RAG进阶/多模态Agent必考）

基础问答

1. FAISS和Chroma核心区别，分别适合什么场景？
2. 什么是SigLIP跨模态嵌入？如何实现以文搜图？
3. Chroma三种客户端模式各自作用？
4. MMR检索是什么，解决什么问题？
5. 多模态RAG和纯文本RAG相比新增哪些能力？

工程实操题

1. 检索时混杂大量无关图片/文本，如何通过元数据过滤精准筛选？
2. Chroma向量数据磁盘膨胀，如何优化存储与查询速度？
3. SigLIP本地模型推理速度慢，有哪些优化手段？
4. ReAct Agent如何区分该检索图片库还是文本库？

拓展思考题

1. 百万级图文知识库，单机Chroma性能不足有哪些替代向量库？
2. 如何实现图片OCR+多模态向量双重检索（混合检索）？
3. 多模态记忆如何存入Redis，实现图文对话持久化？

面试题参考答案

基础问答

1. FAISS vs Chroma
   FAISS仅内存存储、无元数据、无过滤、无MMR；适合临时测试小批量向量。
   Chroma支持磁盘持久化、元数据过滤、MMR去重、异步客户端、多集合隔离；适合单机本地RAG学习/小型业务落地。

2. SigLIP跨模态嵌入
   统一图文共享向量空间，图片与文字编码到相同维度向量；语义相近图文向量距离近，因此输入文字描述可检索匹配图片。

3. Chroma客户端
   Ephemeral内存临时；Persistent本地磁盘持久单机；AsyncHttpClient连接远程Chroma服务，分布式多实例使用。

4. MMR最大边际相关性
   平衡相似度与结果多样性，过滤高度重复的知识库片段，避免检索返回内容高度雷同，提升问答信息丰富度。

5. 多模态RAG新增能力
   支持图片、图文混合知识库存储检索；可通过文字描述查找图片资料；适配手册截图、流程图、图表类私有资料。

工程实操题

1. 元数据过滤
   入库时给每条数据添加type字段区分text/image；检索传入where过滤条件，按需只返回文本或图片片段。

2. Chroma存储优化
   拆分多Collection隔离图文；定期清理无用过期向量；检索使用MMR减少冗余结果；单机大数据切换Milvus/Qdrant。

3. SigLIP推理优化
   使用GPU加速；关闭梯度计算torch.no_grad()；压缩输入图片分辨率；提前缓存模型本地离线加载。

4. ReAct区分图文检索
   System提示词明确规则，图表/截图描述调用image检索；理论文字使用text检索；搭配Few-shot示例规范工具入参。

拓展思考题

1. 大规模向量库选型
   开源分布式：Milvus、Qdrant；云托管向量库：阿里云DashVector、Pinecone；Chroma仅适合单机小规模场景。

2. OCR+向量混合检索
   图片先用OCR提取文字存入文本向量库；原图SigLIP存入多模态库；检索同时召回OCR文本与图片向量，合并结果重排。

3. 多模态会话持久化
   Redis存储对话文字；图片路径、图片描述存入消息元数据；用户再次提问时，根据历史图片描述向量召回对应图片知识库。

学习总结

Day7完成向量库生产级升级（Chroma替代FAISS）与多模态RAG完整落地，打通图文混合知识库检索能力。整合前六天异步LLM、SSE、Function Calling、统一工具网关、ReAct动态反思、Redis分层记忆全套底层体系，实现能处理图文、数学、私有文档的全能本地智能体。
下一日学习：Agent工作流编排、多智能体协作、工具链批量自动化任务。