一篇模塊化RAG之最新全面系統性綜述
RAG訪問外部知識庫增強了LLMs處理知識密集型任務的能力，隨著應用場景需求的增加，RAG系統變得更加復雜。傳統的RAG依賴于簡單的相似性檢索，面對復雜查詢和變化多端的文本塊時表現不佳：對查詢的淺層理解、檢索冗余和噪聲。
樸素RAG和高級RAG的案例。面對復雜問題時，兩者都遇到了限制，難以提供令人滿意的答案。盡管高級RAG通過分層索引、檢索前和檢索后的過程提高了檢索精度，但這些相關文檔并沒有被正確使用。
提出了一種新的模塊化RAG框架，通過將復雜的RAG系統分解為三層架構設計（模塊、子模塊和操作符）以統一和結構化的方式定義RAG系統，增強了系統的靈活性和可擴展性，這種框架超越了傳統的線性架構，采用了集成路由、調度和融合機制的更先進設計。
當前模塊化RAG的案例。該系統整合了多樣化的數據和更多功能性組件。過程不再局限于線性，而是由多個控制組件控制檢索和生成，使整個系統更加靈活和復雜。
模塊化RAG框架與符號
- RAG系統組成：典型的RAG系統主要由三個關鍵部分組成：索引（Indexing）、檢索（Retrieval）和生成（Generation）。
- 索引（Indexing）：文檔被分割成可管理的塊（chunks），并通過嵌入模型轉換成向量，存儲在向量數據庫中。這一步驟是系統組織的關鍵。
- 檢索（Retrieval）：使用相同的編碼模型將查詢轉換成向量，然后根據向量相似度篩選出最相關的文檔塊。
- 生成（Generation）：獲取相關文檔后，將查詢和檢索到的文檔一起輸入到大型語言模型（LLM）中，生成最終答案。
- 模塊化RAG框架：隨著RAG技術的發展，系統整合了越來越多的功能組件。模塊化RAG框架包括三個層次，從大到小分別是：
L1 模塊（Module）：RAG系統的核心過程。
L2 子模塊（Sub-module）：模塊內的功能模塊。
L3 操作符（Operator）：模塊或子模塊中具體的功能實現。
- RAG Flow：模塊和操作符的排列構成了RAG Flow，這是RAG系統的工作流程。RAG Flow可以分解為子功能的圖形表示，在最簡單的情況下，圖形是線性鏈。
- 符號描述：文中提供了一個重要符號的表格，定義了如下符號：
模塊化RAG模塊和操作符
詳細介紹了模塊化RAG框架下的六個主要模塊以及所使用的的具體技術：索引、檢索前處理、檢索、檢索后處理、生成和編排。
三種RAG范式的比較。模塊化RAG從之前的范式中發展而來，并與當前RAG系統的實際需求相一致。
- 索引（Indexing）：
將文檔分割成易于管理的塊，是系統組織的關鍵步驟。
面臨的挑戰包括內容表示不完整、塊相似度搜索不準確和引用軌跡不清晰。
解決方案包括塊優化（如調整塊大小和重疊）、元數據附加和結構化組織。
技術包括：
- 塊優化（Chunk Optimization）：調整塊的大小和重疊以優化語義信息的捕獲和噪聲的控制。
- 元數據附加（Metadata Attachment）：為塊附加元數據，如頁碼、文件名等，以增強檢索的過濾能力。
- 結構化組織（Structure Organization）：建立文檔的層次結構，如段落和句子的分割，以提高檢索效率。
- 知識圖譜索引（KG Index）：使用知識圖譜來組織文檔，明確概念和實體之間的關系。
- 檢索前處理（Pre-retrieval）：
- 改進原始查詢以提高檢索效果，解決諸如查詢表述不清、語言復雜性和歧義等問題。
- 方法包括查詢擴展、查詢轉換和查詢構造。
- 技術包括：
查詢擴展（Query Expansion）：通過擴展查詢來豐富上下文，提高檢索的相關性。
查詢轉換（Query Transformation）：對原始查詢進行改寫或轉換以提高檢索的準確性。
查詢構建（Query Construction）：根據需要將查詢轉換為不同的查詢語言，如SQL或Cypher，以訪問結構化數據。
- 檢索（Retrieval）：
- 利用強大的嵌入模型在潛在空間中高效表示查詢和文本，建立問題與文檔之間的語義相似性。
- 考慮因素包括檢索器的選擇、檢索器微調以及檢索效率和質量。
- 技術包括：
檢索器選擇（Retriever Selection）：根據任務需求選擇合適的檢索器，包括稀疏檢索器、密集檢索器和混合檢索器。
檢索器微調（Retriever Fine-tuning）：對檢索器進行微調以適應特定領域的數據和術語。
- 檢索后處理（Post-retrieval）：
- 對檢索到的文檔塊進行后處理，以更好地利用上下文信息。
- 包括重新排序、壓縮和選擇操作，以提高最終生成答案的質量。
- 技術包括：
重排（Rerank）：根據相關性對檢索到的文檔塊進行重新排序。
壓縮（Compression）：壓縮檢索到的內容，以減少噪聲并提高LLM對關鍵信息的識別。
選擇（Selection）：直接移除不相關或冗余的文檔塊。
- 生成（Generation）：
- 使用大型語言模型基于用戶的查詢和檢索到的上下文信息生成答案。
- 考慮因素包括生成器微調和答案的驗證。
- 技術包括：
生成器微調（Generator Fine-tuning）：根據特定領域或數據特性對生成器進行微調，以提高生成答案的質量。
驗證（Verification）：通過知識庫或模型基礎的方法對生成的答案進行驗證，以減少錯誤信息。
- 編排（Orchestration）：
- 控制RAG過程的模塊，包括路由、調度和融合。
- 動態選擇后續步驟，根據前一個結果進行決策。
- 技術包括：
路由（Routing）：根據查詢的類型或內容將查詢定向到不同的處理流程。
調度（Scheduling）：管理RAG流程中的決策點，如何時進行檢索或生成。
融合（Fusion）：整合來自多個分支的信息，以形成一個全面且一致的響應。
模塊化RAG流程及其模式
詳細探討了模塊化RAG系統中的工作流模式，即RAG流程（RAG Flow）及其模式（Flow Pattern）。
RAG Flow的定義：
RAG Flow是模塊和操作符之間的協作，形成模塊化RAG系統中的工作流程。
通過控制邏輯，操作符可以按照預定的管道執行，也可以在必要時執行條件、分支或循環操作。
RAG Flow Pattern：
識別并定義了一組常見的RAG流程模式，這些模式跨越不同的應用領域，展現出高度的一致性和可重用性。
RAG流程模式可以定義為一系列模塊的有序連接，每個模塊包含一組操作符。
- 線性模式（Linear Pattern）：
最簡單且最常用的模式，模塊按照固定的順序執行。
線性RAG流程模式。每個模塊按固定的順序依次處理。
技術包括查詢轉換（Query Transform Module）、檢索（Retrieval）、重排（Rerank）、生成（Generation）。
例如，RRR（RewriteRetrieve-Read）模型，它在檢索前引入了一個可學習的查詢改寫模塊。
RRR是一種典型的線性流程，它在檢索之前引入了一個可學習的查詢重寫模塊。該模塊基于大型語言模型（LLM）的輸出結果進行強化學習。
- 條件模式（Conditional Pattern）
根據不同的條件選擇不同的RAG管道。
通過路由模塊決定流程的下一個模塊。
條件流程模式。存在一個路由模塊，它控制查詢被導向哪個 RAG 流程。通常，不同的流程用于不同的配置，以滿足 RAG 系統的一般要求。
- 分支模式（Branching Pattern）
RAG流程可能有多個并行運行的分支，通常是為了增加生成結果的多樣性。
分為檢索前分支（Pre-retrieval Branching）和檢索后分支（Post-retrieval Branching）。
檢索前分支模式（Pre-retrieval Branching Pattern）:
技術包括查詢擴展（Query Expansion）、并行檢索（Parallel Retrieval）、生成（Generation）、合并（Merge）。
檢索前分支流程模式。每個分支分別執行檢索和生成，然后在最后進行聚合。
檢索后分支模式（Post-retrieval Branching Pattern）:
技術包括單一查詢檢索（Single Query Retrieval）、并行生成（Parallel Generation）、合并（Merge）。
檢索后分支流程模式。只執行一次檢索，然后對每個檢索到的文檔塊分別進行生成，隨后進行聚合。
REPLUG中的 RAG 流程，遵循典型的檢索后分支模式。每個檢索到的塊都經歷并行生成，然后使用加權概率集合進行聚合。
- 循環模式（Loop Pattern）
涉及檢索和生成步驟的相互依賴，通常包括一個調度模塊來控制流程。
包括迭代檢索（Iterative Retrieval）、遞歸檢索（Recursive Retrieval）、自適應檢索（Adaptive Retrieval）。
循環流程模式。通常，RAG 系統執行多輪檢索和生成。它可以被分類為三種形式：迭代、遞歸和自適應。
ITER-RETGEN是一種典型的迭代結構。在最大迭代次數的限制內執行多輪檢索和生成。
ToC的 RAG 流程。這個過程的一個典型特點是，每次遞歸檢索都使用前一步生成的新查詢，從而逐步深化對原始復雜查詢的分析。
自適應檢索：FLARE的RAG流程。生成的臨時答案將進行置信度評估。如果它未達到所需的置信度水平，流程將返回到檢索階段并重新生成。評估標準是通過提示實現的。
自適應檢索：SELF-RAG的RAG流程。首先，它提示 GPT-4 獲取一個合適的指令微調數據集，以微調部署的開源大型語言模型（LLM）。這允許模型在生成過程中輸出四個特定的令牌，這些令牌用于控制 RAG 流程。
- 調優模式（Tuning Pattern）
RAG不斷整合更多的LLM相關技術，其中許多組件由可訓練的語言模型組成。
通過微調，可以進一步優化組件的性能和與整體流程的兼容性。
包括檢索器微調（Retriever Fine-tuning）、生成器微調（Generator Fine-tuning）、雙重微調（Dual Fine-tuning）。
檢索器微調模式，主要包括直接的直接微調（SFT）、添加可訓練的適配器、受語言模型監督的檢索和基于大型語言模型（LLM）獎勵的強化學習（RL）。
生成器微調模式，主要方法包括直接微調（SFT）、蒸餾以及來自大型語言模型（LLM）/人類反饋的強化學習（RL）。
雙重微調模式。在這種模式下，檢索器和生成器都參與微調，它們的偏好將被對齊。
最后，PaperAgent團隊也根據在RAG方面的實踐經驗，梳理了一張模塊化RAG全景框架圖，共計8個模塊，36種技術：
PaperAgent-RAG專欄試看：
??https://docs.qq.com/aio/DR0dBWm9WYlJNckxw??
https://arxiv.org/abs/2407.21059
Modular RAG: Transforming RAG Systems into LEGO-like Reconfigurable Frameworks本文轉載自??PaperAgent??，作者：PaperAgent ????
