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lesson3 搭建你的知识库笔记.md

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lesson3 搭建你的知识库

知识库搭建

数据收集

首先需要将远程开源仓库 Clone 到本地,可以使用以下命令:

接着,为语料处理方便,将选用上述仓库中所有的 markdown、txt 文件作为示例语料库。注意,也可以选用其中的代码文件加入到知识库中,但需要针对代码文件格式进行额外处理(因为代码文件对逻辑联系要求较高,且规范性较强,在分割时最好基于代码模块进行分割再加入向量数据库)。

首先将上述仓库中所有满足条件的文件路径找出来,定义一个函数,该函数将递归指定文件夹路径,返回其中所有满足条件(即后缀名为 .md 或者 .txt 的文件)的文件路径:

加载数据

得到所有目标文件路径之后,可以使用 LangChain 提供的 FileLoader 对象来加载目标文件,得到由目标文件解析出的纯文本内容。由于不同类型的文件需要对应不同的 FileLoader,判断目标文件类型,并针对性调用对应类型的 FileLoader,同时,调用 FileLoader 对象的 load 方法来得到加载之后的纯文本对象

构建向量数据库

得到该列表之后,就可以将它引入到 LangChain 框架中构建向量数据库。由纯文本对象构建向量数据库,需要先对文本进行分块,接着对文本块进行向量化。

整体代码

将上述代码整合在一起为知识库搭建的脚本:

# 首先导入所需第三方库
from langchain.document_loaders import UnstructuredFileLoader
from langchain.document_loaders import UnstructuredMarkdownLoader
from langchain.text_splitter import RecursiveCharacterTextSplitter
from langchain.vectorstores import Chroma
from langchain.embeddings.huggingface import HuggingFaceEmbeddings
from tqdm import tqdm
import os

# 获取文件路径函数
def get_files(dir_path):
    # args:dir_path,目标文件夹路径
    file_list = []
    for filepath, dirnames, filenames in os.walk(dir_path):
        # os.walk 函数将递归遍历指定文件夹
        for filename in filenames:
            # 通过后缀名判断文件类型是否满足要求
            if filename.endswith(".md"):
                # 如果满足要求,将其绝对路径加入到结果列表
                file_list.append(os.path.join(filepath, filename))
            elif filename.endswith(".txt"):
                file_list.append(os.path.join(filepath, filename))
    return file_list

# 加载文件函数
def get_text(dir_path):
    # args:dir_path,目标文件夹路径
    # 首先调用上文定义的函数得到目标文件路径列表
    file_lst = get_files(dir_path)
    # docs 存放加载之后的纯文本对象
    docs = []
    # 遍历所有目标文件
    for one_file in tqdm(file_lst):
        file_type = one_file.split('.')[-1]
        if file_type == 'md':
            loader = UnstructuredMarkdownLoader(one_file)
        elif file_type == 'txt':
            loader = UnstructuredFileLoader(one_file)
        else:
            # 如果是不符合条件的文件,直接跳过
            continue
        docs.extend(loader.load())
    return docs

# 目标文件夹
tar_dir = [
    "/root/data/InternLM",
    "/root/data/InternLM-XComposer",
    "/root/data/lagent",
    "/root/data/lmdeploy",
    "/root/data/opencompass",
    "/root/data/xtuner"
]

# 加载目标文件
docs = []
for dir_path in tar_dir:
    docs.extend(get_text(dir_path))

# 对文本进行分块
text_splitter = RecursiveCharacterTextSplitter(
    chunk_size=500, chunk_overlap=150)
split_docs = text_splitter.split_documents(docs)

# 加载开源词向量模型
embeddings = HuggingFaceEmbeddings(model_name="/root/data/model/sentence-transformer")

# 构建向量数据库
# 定义持久化路径
persist_directory = 'data_base/vector_db/chroma'
# 加载数据库
vectordb = Chroma.from_documents(
    documents=split_docs,
    embedding=embeddings,
    persist_directory=persist_directory  # 允许将persist_directory目录保存到磁盘上
)
# 将加载的向量数据库持久化到磁盘上
vectordb.persist()

可以在 /root/data 下新建一个 demo目录,将该脚本和后续脚本均放在该目录下运行。运行上述脚本,即可在本地构建已持久化的向量数据库,后续直接导入该数据库即可,无需重复构建。

InternLM 接入 LangChain

from langchain.llms.base import LLM
from typing import Any, List, Optional
from langchain.callbacks.manager import CallbackManagerForLLMRun
from transformers import AutoTokenizer, AutoModelForCausalLM
import torch

class InternLM_LLM(LLM):
    # 基于本地 InternLM 自定义 LLM 类
    tokenizer : AutoTokenizer = None
    model: AutoModelForCausalLM = None

    def __init__(self, model_path :str):
        # model_path: InternLM 模型路径
        # 从本地初始化模型
        super().__init__()
        print("正在从本地加载模型...")
        self.tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(model_path, trust_remote_code=True)
        self.model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(model_path, trust_remote_code=True).to(torch.bfloat16).cuda()
        self.model = self.model.eval()
        print("完成本地模型的加载")

    def _call(self, prompt : str, stop: Optional[List[str]] = None,
                run_manager: Optional[CallbackManagerForLLMRun] = None,
                **kwargs: Any):
        # 重写调用函数
        system_prompt = """You are an AI assistant whose name is InternLM (书生·浦语).
        - InternLM (书生·浦语) is a conversational language model that is developed by Shanghai AI Laboratory (上海人工智能实验室). It is designed to be helpful, honest, and harmless.
        - InternLM (书生·浦语) can understand and communicate fluently in the language chosen by the user such as English and 中文.
        """
        
        messages = [(system_prompt, '')]
        response, history = self.model.chat(self.tokenizer, prompt , history=messages)
        return response
        
    @property
    def _llm_type(self) -> str:
        return "InternLM"

在上述类定义中,分别重写了构造函数和 _call 函数:对于构造函数,在对象实例化的一开始加载本地部署的 InternLM 模型,从而避免每一次调用都需要重新加载模型带来的时间过长;_call 函数是 LLM 类的核心函数,LangChain 会调用该函数来调用 LLM,在该函数中,调用已实例化模型的 chat 方法,从而实现对模型的调用并返回调用结果。

在整体项目中,将上述代码封装为 LLM.py,后续将直接从该文件中引入自定义的 LLM 类。

构建检索问答链

加载向量数据库

首先需要将上文构建的向量数据库导入进来,可以直接通过 Chroma 以及上文定义的词向量模型来加载已构建的数据库:

from langchain.vectorstores import Chroma
from langchain.embeddings.huggingface import HuggingFaceEmbeddings
import os

# 定义 Embeddings
embeddings = HuggingFaceEmbeddings(model_name="/root/data/model/sentence-transformer")

# 向量数据库持久化路径
persist_directory = 'data_base/vector_db/chroma'

# 加载数据库
vectordb = Chroma(
    persist_directory=persist_directory, 
    embedding_function=embeddings
)

上述代码得到的 vectordb 对象即为已构建的向量数据库对象,该对象可以针对用户的 query 进行语义向量检索,得到与用户提问相关的知识片段。

实例化自定义 LLM 与 Prompt Template

接着,实例化一个基于 InternLM 自定义的 LLM 对象:

from LLM import InternLM_LLM
llm = InternLM_LLM(model_path = "/root/data/model/Shanghai_AI_Laboratory/internlm-chat-7b")
llm.predict("你是谁")

构建检索问答链,还需要构建一个 Prompt Template,该 Template 其实基于一个带变量的字符串,在检索之后,LangChain 会将检索到的相关文档片段填入到 Template 的变量中,从而实现带知识的 Prompt 构建。可以基于 LangChain 的 Template 基类来实例化这样一个 Template 对象:

from langchain.prompts import PromptTemplate

# 所构造的 Prompt 模板
template = """使用以下上下文来回答用户的问题。如果你不知道答案,就说你不知道。总是使用中文回答。
问题: {question}
可参考的上下文:
···
{context}
···
如果给定的上下文无法让你做出回答,请回答你不知道。
有用的回答:"""

# 调用 LangChain 的方法来实例化一个 Template 对象,该对象包含了 context 和 question 两个变量,在实际调用时,这两个变量会被检索到的文档片段和用户提问填充
QA_CHAIN_PROMPT = PromptTemplate(input_variables=["context","question"],template=template)

部署 Web Demo

在完成上述核心功能后,可以基于 Gradio 框架将其部署到 Web 网页,从而搭建一个小型 Demo,便于测试与使用。

首先将上文的代码内容封装为一个返回构建的检索问答链对象的函数,并在启动 Gradio 的第一时间调用该函数得到检索问答链对象,后续直接使用该对象进行问答对话,从而避免重复加载模型:

from langchain.vectorstores import Chroma
from langchain.embeddings.huggingface import HuggingFaceEmbeddings
import os
from LLM import InternLM_LLM
from langchain.prompts import PromptTemplate
from langchain.chains import RetrievalQA

def load_chain():
    # 加载问答链
    # 定义 Embeddings
    embeddings = HuggingFaceEmbeddings(model_name="/root/data/model/sentence-transformer")

    # 向量数据库持久化路径
    persist_directory = 'data_base/vector_db/chroma'

    # 加载数据库
    vectordb = Chroma(
        persist_directory=persist_directory,  # 允许将persist_directory目录保存到磁盘上
        embedding_function=embeddings
    )

    # 加载自定义 LLM
    llm = InternLM_LLM(model_path = "/root/data/model/Shanghai_AI_Laboratory/internlm-chat-7b")

    # 定义一个 Prompt Template
    template = """使用以下上下文来回答最后的问题。如果你不知道答案,就说你不知道,不要试图编造答
    案。尽量使答案简明扼要。总是在回答的最后说“谢谢你的提问!”。
    {context}
    问题: {question}
    有用的回答:"""

    QA_CHAIN_PROMPT = PromptTemplate(input_variables=["context","question"],template=template)

    # 运行 chain
    qa_chain = RetrievalQA.from_chain_type(llm,retriever=vectordb.as_retriever(),return_source_documents=True,chain_type_kwargs={"prompt":QA_CHAIN_PROMPT})
    
    return qa_chain

接着定义一个类,该类负责加载并存储检索问答链,并响应 Web 界面里调用检索问答链进行回答的动作:

class Model_center():
    """
    存储检索问答链的对象 
    """
    def __init__(self):
        # 构造函数,加载检索问答链
        self.chain = load_chain()

    def qa_chain_self_answer(self, question: str, chat_history: list = []):
        """
        调用问答链进行回答
        """
        if question == None or len(question) < 1:
            return "", chat_history
        try:
            chat_history.append(
                (question, self.chain({"query": question})["result"]))
            # 将问答结果直接附加到问答历史中,Gradio 会将其展示出来
            return "", chat_history
        except Exception as e:
            return e, chat_history

Gradio导入

import gradio as gr

# 实例化核心功能对象
model_center = Model_center()
# 创建一个 Web 界面
block = gr.Blocks()
with block as demo:
    with gr.Row(equal_height=True):   
        with gr.Column(scale=15):
            # 展示的页面标题
            gr.Markdown("""<h1><center>InternLM</center></h1>
                <center>书生浦语</center>
                """)

    with gr.Row():
        with gr.Column(scale=4):
            # 创建一个聊天机器人对象
            chatbot = gr.Chatbot(height=450, show_copy_button=True)
            # 创建一个文本框组件,用于输入 prompt。
            msg = gr.Textbox(label="Prompt/问题")

            with gr.Row():
                # 创建提交按钮。
                db_wo_his_btn = gr.Button("Chat")
            with gr.Row():
                # 创建一个清除按钮,用于清除聊天机器人组件的内容。
                clear = gr.ClearButton(
                    components=[chatbot], value="Clear console")
                
        # 设置按钮的点击事件。当点击时,调用上面定义的 qa_chain_self_answer 函数,并传入用户的消息和聊天历史记录,然后更新文本框和聊天机器人组件。
        db_wo_his_btn.click(model_center.qa_chain_self_answer, inputs=[
                            msg, chatbot], outputs=[msg, chatbot])

    gr.Markdown("""提醒:<br>
    1. 初始化数据库时间可能较长,请耐心等待。
    2. 使用中如果出现异常,将会在文本输入框进行展示,请不要惊慌。 <br>
    """)
gr.close_all()
# 直接启动
demo.launch()