（RAG）是指检索信息并使用其为生成式 AI 提供上下文信息的各种技术。最常见的形式是针对文本块进行操作，包括： 检索增强生成 从原始文档（HTML、PDF、Markdown 等）中提取文本。 根据文档结构和语义将文本分块为特定大小。 将块存储在以块嵌入为键的向量数据库中。 检索与问题相关的块，以用作生成答案时的上下文。 然而，基于向量相似度的 RAG 也存在一些缺点。由于它关注与问题类似的信息，因此很难回答涉及多个主题和/或需要多次跳跃的问题。此外，它还限制了检索到的块数。 每个块来自不同的来源，因此在多个地方存在大量相似信息的情况下，它需要在检索信息的多个副本（可能错过其他信息）或仅选择一份副本以获得更多不同的块之间进行选择，然后就会错过其他来源的细微差别。 可以用作基于向量的块检索的替代或补充。在知识图谱中，节点对应于特定实体，边表示实体之间的关系。当用于 RAG 时，会提取与问题相关的实体，然后检索包含这些实体及其相关信息的知识子图。  知识图谱 与基于相似性的方法相比，这种方法有几个优点： 可以从单一来源提取许多事实，并将其与知识图谱中的各种实体相关联。这样就可以从给定来源中检索相关事实，而不是检索整个块（包括不相关的信息）。 如果多个来源说的是同一件事，它们会产生相同的节点或边。它们可以被视为相同的节点或边，只检索一次，而不是将它们视为不同的事实（并检索多个副本）。这样就可以检索更广泛的事实和/或只关注出现在多个来源中的事实。 该图谱可能经过多个步骤 — 不仅检索与问题中的实体直接相关的信息，而且还会提取 2 或 3 步之外的内容。在传统的 RAG 方法中，这需要多轮查询。 除了使用知识图谱进行 RAG 的好处之外，LLM 还使创建知识图谱变得更加容易。LLM 和提示可用于从文档中提取信息，而不需要主题专家精心制作知识图谱。 这篇文章探讨了知识图谱在 RAG 中的应用，使用 用于存储。示例代码位于此处 使用一些原型代码，通过 Astra DB 存储和检索知识图谱 我们将利用 LangChain 的“LLMGraphTransformer”从文档中提取知识图谱，将其写入 Astra，并讨论调整用于知识提取的提示的技术。 数据Stax Astra 数据库 笔记本 这个存储库 然后，我们将创建 LangChain Runnable，用于从问题中提取实体并检索相关子图。我们将看到，使用知识图谱实现 RAG 所需的操作不需要图形数据库或图形查询语言，因此可以使用您可能已经在使用的典型数据存储来应用该方法。 知识图谱 如前所述，知识图谱将不同的实体表示为节点。例如，一个节点可能表示“居里夫人”这个人，或“法国人”这个语言。在 LangChain 中，每个节点都有一个名称和一个类型。在唯一标识节点时，我们会同时考虑两者，以区分“法国人”这个语言和“法国人”这个国籍。 实体之间的关系对应于图中的边。每条边包括源（例如，居里夫人这个人）、目标（诺贝尔奖奖项）和类型，指示源与目标的关系（例如，“获奖”）。 下面是使用 LangChain 从关于居里夫人的一段话中提取的示例知识图谱：  根据您的目标，您可以选择向节点和边添加属性。例如，您可以使用属性来识别诺贝尔奖的获奖时间和类别。在检索过程中遍历图时，这些属性可用于过滤边和节点。 提取：创建知识图谱 知识图谱中的实体和关系可以直接创建，也可以从现有的已知良好数据源导入。当您希望仔细整理知识时，这种方法很有用，但它很难快速整合新信息或处理大量信息。 幸运的是，LLM 可以轻松地从内容中提取信息，因此我们可以使用它们来提取知识图谱。 下面，我使用 来自 LangChain，从有关居里夫人的一些信息中提取图表。这使用提示来指示 LLM 从文档中提取节点和边。它可以与 LangChain 可以加载的任何文档一起使用，从而轻松添加到现有的 LangChain 项目中。 LLMGraphTransformer  LangChain 支持其他选项，例如 你也可以看看一些可用的知识提取模型，比如 区分机器人 。 反叛   from langchain_experimental.graph_transformers import LLMGraphTransformer from langchain_openai import ChatOpenAI from langchain_core.documents import Document # Prompt used by LLMGraphTransformer is tuned for Gpt4. llm = ChatOpenAI(temperature=0, model_name="gpt-4") llm_transformer = LLMGraphTransformer(llm=llm) text = """ Marie Curie, was a Polish and naturalised-French physicist and chemist who conducted pioneering research on radioactivity. She was the first woman to win a Nobel Prize, the first person to win a Nobel Prize twice, and the only person to win a Nobel Prize in two scientific fields. Her husband, Pierre Curie, was a co-winner of her first Nobel Prize, making them the first-ever married couple to win the Nobel Prize and launching the Curie family legacy of five Nobel Prizes. She was, in 1906, the first woman to become a professor at the University of Paris. """ documents = [Document(page_content=text)] graph_documents = llm_transformer.convert_to_graph_documents(documents) print(f"Nodes:{graph_documents[0].nodes}") print(f"Relationships:{graph_documents[0].relationships}") 这展示了如何使用 LangChain 的 提取知识图谱。您可以使用存储库中的 来呈现 LangChain  以供目视检查。 LLMGraphTransformer render_graph_document GraphDocument 在以后的文章中，我们将讨论如何检查整个知识图谱以及从每个文档中提取的子图，以及如何应用提示工程和知识工程来改进自动提取。 检索：使用子知识图谱进行回答 使用知识图谱回答问题需要几个步骤。我们首先确定从哪里开始遍历知识图谱。在这个例子中，我将提示 LLM 从问题中提取实体。然后，遍历知识图谱以检索这些起点给定距离内的所有关系。默认遍历深度为 3。检索到的关系和原始问题用于为 LLM 回答问题创建提示和上下文。 从问题中提取实体 与知识图谱的提取一样，可以使用特殊模型或具有特定提示的 LLM 来提取问题中的实体。为简单起见，我们将使用具有以下提示的 LLM，其中包含问题和有关要提取的格式的信息。我们使用具有名称和类型的 Pydantic 模型来获取正确的结构。   QUERY_ENTITY_EXTRACT_PROMPT = ( "A question is provided below. Given the question, extract up to 5 " "entity names and types from the text. Focus on extracting the key entities " "that we can use to best lookup answers to the question. Avoid stopwords.\n" "---------------------\n" "{question}\n" "---------------------\n" "{format_instructions}\n" ) def extract_entities(llm): prompt = ChatPromptTemplate.from_messages([keyword_extraction_prompt]) class SimpleNode(BaseModel): """Represents a node in a graph with associated properties.""" id: str = Field(description="Name or human-readable unique identifier.") type: str = optional_enum_field(node_types, description="The type or label of the node.") class SimpleNodeList(BaseModel): """Represents a list of simple nodes.""" nodes: List[SimpleNode] output_parser = JsonOutputParser(pydantic_object=SimpleNodeList) return ( RunnablePassthrough.assign( format_instructions=lambda _: output_parser.get_format_instructions(), ) | ChatPromptTemplate.from_messages([QUERY_ENTITY_EXTRACT_PROMPT]) | llm | output_parser | RunnableLambda( lambda node_list: [(n["id"], n["type"]) for n in node_list["nodes"]]) ) 运行上面的例子我们可以看到提取的实体：   # Example showing extracted entities (nodes) extract_entities(llm).invoke({ "question": "Who is Marie Curie?"}) # Output: [Marie Curie(Person)] 当然，LangChain Runnable 可以在链中使用，从问题中提取实体。 将来，我们将讨论改进实体提取的方法，例如考虑节点属性或使用向量嵌入和相似性搜索来识别相关的起点。为了让这篇第一篇文章保持简单，我们将坚持上述提示，然后继续遍历知识图谱以检索 并将其作为提示中的上下文。 knowledge-subgraph 检索子知识图谱 上一个链为我们提供了相关节点。我们可以使用这些实体和图形存储来检索相关知识三元组。与 RAG 一样，我们将它们作为上下文的一部分放入提示中并生成答案。   def _combine_relations(relations): return "\n".join(map(repr, relations)) ANSWER_PROMPT = ( "The original question is given below." "This question has been used to retrieve information from a knowledge graph." "The matching triples are shown below." "Use the information in the triples to answer the original question.\n\n" "Original Question: {question}\n\n" "Knowledge Graph Triples:\n{context}\n\n" "Response:" ) chain = ( { "question": RunnablePassthrough() } # extract_entities is provided by the Cassandra knowledge graph library # and extracts entitise as shown above. | RunnablePassthrough.assign(entities = extract_entities(llm)) | RunnablePassthrough.assign( # graph_store.as_runnable() is provided by the CassandraGraphStore # and takes one or more entities and retrieves the relevant sub-graph(s). triples = itemgetter("entities") | graph_store.as_runnable()) | RunnablePassthrough.assign( context = itemgetter("triples") | RunnableLambda(_combine_relations)) | ChatPromptTemplate.from_messages([ANSWER_PROMPT]) | llm ) 可以执行上述链来回答问题。例如：   chain.invoke("Who is Marie Curie?") # Output AIMessage( content="Marie Curie is a Polish and French chemist, physicist, and professor who " "researched radioactivity. She was married to Pierre Curie and has worked at " "the University of Paris. She is also a recipient of the Nobel Prize.", response_metadata={ 'token_usage': {'completion_tokens': 47, 'prompt_tokens': 213, 'total_tokens': 260}, 'model_name': 'gpt-4', ... } ) 遍历，不要查询 虽然使用图形数据库来存储知识图谱似乎很直观，但实际上并非如此。检索几个节点周围的子知识图谱是一个简单的图形遍历，而图形数据库则设计用于更复杂的查询，搜索具有特定属性序列的路径。此外，遍历通常只有 2 或 3 个深度，因为距离较远的节点很快就会与问题无关。这可以表示为几轮简单查询（每个步骤一个）或 SQL 连接。 无需单独的图形数据库，知识图谱的使用就更加简单。此外，使用 Astra DB 或 Apache Cassandra 可以简化对图形和存储在同一位置的其他数据的事务写入，并且可能具有更好的扩展性。只有当您计划使用 Gremlin 或 Cypher 或类似工具生成和执行图形查询时，这种开销才是值得的。 但这对于检索子知识图谱来说只是过度了，并且会引发许多其他问题，例如查询在性能方面脱轨。 这种遍历在 Python 中很容易实现。使用 CQL 和 Cassandra 驱动程序实现此操作（同步和异步）的完整代码可以在 异步遍历的核心如下图所示： 存储库   def fetch_relation(tg: asyncio.TaskGroup, depth: int, source: Node) -> AsyncPagedQuery: paged_query = AsyncPagedQuery( depth, session.execute_async(query, (source.name, source.type)) ) return tg.create_task(paged_query.next()) results = set() async with asyncio.TaskGroup() as tg: if isinstance(start, Node): start = [start] discovered = {t: 0 for t in start} pending = {fetch_relation(tg, 1, source) for source in start} while pending: done, pending = await asyncio.wait(pending, return_when=asyncio.FIRST_COMPLETED) for future in done: depth, relations, more = future.result() for relation in relations: results.add(relation) # Schedule the future for more results from the same query. if more is not None: pending.add(tg.create_task(more.next())) # Schedule futures for the next step. if depth < steps: # We've found a path of length `depth` to each of the targets. # We need to update `discovered` to include the shortest path. # And build `to_visit` to be all of the targets for which this is # the new shortest path. to_visit = set() for r in relations: previous = discovered.get(r.target, steps + 1) if depth < previous: discovered[r.target] = depth to_visit.add(r.target) for source in to_visit: pending.add(fetch_relation(tg, depth + 1, source)) return results 结论 本文介绍了如何构建和使用知识图谱提取和检索来进行问答。关键点在于，您现在不需要使用 Gremlin 或 Cypher 等图形查询语言的图形数据库来执行此操作。像 Astra 这样能够高效并行处理许多查询的优秀数据库已经可以处理此问题。 事实上，您只需编写一个简单的查询序列即可检索回答特定查询所需的子知识图。这使您的架构保持简单（不添加依赖项），并允许您 ！ 立即开始 我们利用这些相同的想法为 Cassandra 和 Astra DB 实现了 GraphRAG 模式。我们将把它们贡献给 LangChain，并致力于在未来为 LLM 的知识图谱使用带来其他改进！ 作者：Ben Chambers，DataStax

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該音頻是用故事的原始語言製作的！

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如何使用知识图谱进行检索增强生成（无需图形数据库）

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