使用OpenVINO和LlamaIndex構(gòu)建Agentic-RAG系統(tǒng)

作者：楊亦誠英特爾 AI 軟件工程師

背景

RAG 系統(tǒng)的全稱是 Retrieval-augmented Generation，本質(zhì)上是 Prompt Engineering，通過在 Prompt 中注入檢索得到的外部數(shù)據(jù)，可以有效地解決大語言模型在知識時效性和專業(yè)性上的不足。但同時傳統(tǒng)的 RAG 系統(tǒng)也有它的缺陷，例如靈活性較差，由于 RAG 會過分依賴于向量數(shù)據(jù)庫的檢索結(jié)果，導(dǎo)致其在解決一些復(fù)雜問題的時候，只是一味地 “搬運” 檢索結(jié)果，無法通過推理找到更優(yōu)的解決途徑，此外隨著向量數(shù)據(jù)庫的規(guī)模增大，傳統(tǒng) RAG 也無法高效對輸入請求進行分類和過濾，導(dǎo)致檢索過程猶如“大海撈針”，費時費力。

圖：Agentic-RAG系統(tǒng)示例

而基于 AI 智能體的 RAG 系統(tǒng)（以下簡稱 Agentic-RAG ）恰好可以解決傳統(tǒng) RAG 在靈活性上的不足，它通過將多個不同類別的 RAG 檢測器，以工具的形式集成在 AI 智能體中，讓 AI 智能體根據(jù)用戶的請求，判斷是否需要調(diào)用 RAG 搜索上下文，以及調(diào)用哪個 RAG 工具進行檢索，例如在回答一個歷史相關(guān)的問題時，Agentic-RAG 就會優(yōu)先在歷史類的 RAG 檢索器中搜索答案，又或是在回答一個涉及數(shù)學(xué)計算的問題時，Agentic-RAG 則不會使用 RAG，而是調(diào)用數(shù)據(jù)計算相關(guān)的工具，甚至如果 LLM 本身具備一定的數(shù)據(jù)運算能力話，則完全不需要調(diào)用外部工具，直接輸出答案。當然我們也可以將 RAG 和其他外部工具結(jié)合起來，協(xié)同解決更復(fù)雜的問題，如上圖所示，在這個過程中，AI智能 體會將任務(wù)拆解后，在每個步驟中分別調(diào)用不同的工具，或是 RAG 組件來輸出最終答案。接下來我們就一起看下如何利用 OpenVINO 和 LlamaIndex 工具來構(gòu)建一個 Agentic-RAG 系統(tǒng)。

完整示例：

https://github.com/openvinotoolkit/openvino_notebooks/blob/latest/notebooks/llm-rag-llamaindex/llm-rag-llamaindex.ipynb

第一步模型轉(zhuǎn)換與量化

LLM 和 Embedding 模型是 RAG系統(tǒng)中必要的組件，這里我們可以通過 Optimum-intel CLI 分別把他們轉(zhuǎn)化為 OpenVINO 的 IR 格式，并進行量化壓縮。

安裝方法：

pip install optimum[openvino]

LLM：

optimum-cli export openvino --model {llm_model_id} --task text-generation-with-past --trust-remote-code --weight-format int4 {llm_model_path}

Embedding：

pip install optimum[openvino]

第二步 模型任務(wù)初始化

目前基于 OpenVINO 的 LLM，Embedding 以及 Reranker 任務(wù)均已被集成在 LlamaIndex 框架中，開發(fā)者可以非常方便地利用導(dǎo)出的 LLM 和 Embedding 模型，將這兩類任務(wù)在 LlamaIndex 中進行初始化。

安裝方法：

pip install llama-index llama-index-llms-openvino llama-index-embeddings-openvino

LLM：

from llama_index.llms.openvino import OpenVINOLLM


llm = OpenVINOLLM(  
  model_name=str(llm_model_path),  
  tokenizer_name=str(llm_model_path),  
  context_window=3900,  
  max_new_tokens=1000,  
  model_kwargs={"ov_config": ov_config},  
  device_map=llm_device.value,  
  completion_to_prompt=completion_to_prompt,
  )

Embedding：

from llama_index.embeddings.huggingface_openvino import OpenVINOEmbedding


embedding = OpenVINOEmbedding(folder_name=embedding_model_path, device=embedding_device.value)

第三步 構(gòu)建RAG工具

接下來我們可以利用初始化后的 LLM 以及 Embedding 組件來構(gòu)建 RAG 工具。第一步需要在 LlamaIndex 創(chuàng)建一個標準的 RAG 檢索引擎，為了方便演示，該檢索器僅使用默認的向量相似度搜索方式進行上下文過濾，如果想了解更完整的 RAG 搭建方法，可以參考 OpenVINO notebooks 倉庫中的另一個示例：

https://github.com/openvinotoolkit/openvino_notebooks/tree/latest/notebooks/llm-rag-llamaindex

from llama_index.readers.file import PyMuPDFReader
from llama_index.core import VectorStoreIndex, Settings
from llama_index.core.tools import FunctionTool


Settings.embed_model = embedding
Settings.llm = llm
loader = PyMuPDFReader()
documents = loader.load(file_path=text_example_en_path)
index = VectorStoreIndex.from_documents(documents)
query_engine = index.as_query_engine(similarity_top_k=2)

在完成 RAG 檢索引擎創(chuàng)建后，可以直接調(diào)用 LlamaIndex 的接口將它包裝為一個 Agent 的工具，如下所示，同時需要添加對該工具的描述，以便 LLM 判斷在什么時候調(diào)用什么工具。

from llama_index.core.tools import QueryEngineTool


budget_tool = QueryEngineTool.from_defaults(  
  query_engine,  
  name="Xeon6",  
  description="A RAG engine with some basic facts about Intel Xeon 6 processors with E-cores",
)

此外，為了演示 Agentic-RAG 對于復(fù)雜任務(wù)的拆解與多工具間的路由能力，我們還可以再準備兩個單獨的數(shù)學(xué)運算工具，供 LLM 選擇。

def multiply(a: float, b: float) -> float:  
  """Multiply two numbers and returns the product"""  
  return a * b


multiply_tool = FunctionTool.from_defaults(fn=multiply)


def add(a: float, b: float) -> float:  
  """Add two numbers and returns the sum"""  
  return a + b


add_tool = FunctionTool.from_defaults(fn=add)

第四步 構(gòu)建 Agent 任務(wù)流水線

因為該示例中用到的 Llama3 還不支持 Function-call，所以這里我們可以創(chuàng)建了一個基于 ReAct 的 Agent 。在 LlamaIndex中搭建 Agent 流水線只需要一行代碼，通過 ReAct Agent.from_tools 接口可以創(chuàng)建一個基礎(chǔ)的 ReAct Agent ，并將剛才定義好的工具及 LLM 組件綁定到該 Agent 中。

agent = ReActAgent.from_tools([multiply_tool, add_tool, budget_tool], llm=llm, verbose=True)

接下來可以測試下效果，我們向 Agent 咨詢了關(guān)于“4顆第六代 Xeon CPU 最大線程數(shù)“的問題，可以看到 Agent 首先會調(diào)用 Xeon 6 的 RAG 系統(tǒng)查詢單顆 CPU 支持的最大線程數(shù)，然后再調(diào)用數(shù)學(xué)運算工具將獲得的線程數(shù)乘以4，最后將得到的數(shù)字反饋給用戶。

response = agent.chat("What's the maximum number of cores in an Intel Xeon 6 processor server with 4 sockets ? Go step by step, using a tool to do any math.")

Thought: The current language of the user is English. I need to use a tool to help me answer the question.

Action: Xeon6

Action Input: {'input': 'maximum cores in a single socket'}

Observation:

According to the provided context information, the maximum cores in a single socket is 144.

Thought: The current language of the user is English. I need to use a tool to help me answer the question.

Action: multiply

Action Input: {'a': 144, 'b': 4}

Observation: 576

Thought: The current language of the user is English. I can answer without using any more tools. I'll use the user's language to answer

Answer: The maximum number of cores in an Intel Xeon 6 processor server with 4 sockets is 576.

總結(jié)和展望

通過將 Agent 和 RAG 進行結(jié)合，我們直接提升 LLM 在解決復(fù)雜任務(wù)時的能力，相較于傳統(tǒng)的 RAG，Agentic-RAG 更具產(chǎn)業(yè)落地價值。同時隨著多智能體方法的引入，基于 Agent 的 RAG 將逐步取代傳統(tǒng) RAG 系統(tǒng)，實現(xiàn)更靈活，更精確的大語言模型應(yīng)用業(yè)務(wù)體系。