书生大模型实战营闯关记录----第五关：LlamaIndex+Internlm2 RAG实践Demo：效果对比，文档加载，向量库构建，检索器，模型推理

本文将分为以下几个部分来介绍，如何使用 LlamaIndex 来部署 InternLM2 1.8B并实现RAG功能。

• 前置知识
• 环境、模型准备
• LlamaIndex HuggingFaceLLM
• LlamaIndex RAG

1. 前置知识

RAG背景

给模型注入新知识的方式，可以简单分为两种方式，一种是内部的，即更新模型的权重，另一个就是外部的方式，给模型注入格外的上下文或者说外部信息，不改变它的的权重。
第一种方式，改变了模型的权重即进行模型训练，这是一件代价比较大的事情，大语言模型具体的训练过程，可以参考InternLM2技术报告。第二种方式，并不改变模型的权重，只是给模型引入额外的信息。

对比两种注入知识方式，第二种更容易实现。RAG正是这种方式。它能够让基础模型实现非参数知识更新，无需训练就可以掌握新领域的知识。本次课程选用了LlamaIndex框架。LlamaIndex 是一个上下文增强的 LLM 框架，旨在通过将其与特定上下文数据集集成，增强大型语言模型（LLMs）的能力。它允许您构建应用程序，既利用 LLMs 的优势，又融入您的私有或领域特定信息。

在RAG中有五个关键阶段，这些阶段将成为你构建的任何更大应用程序的一部分。这些阶段包括：

• 加载：这指的是从数据源（无论是文本文件、PDF、另一个网站、数据库或API）获取你的数据并将其放入你的流水线中。LlamaHub 提供了数百个可供选择的连接器。

• 索引：这意味着创建一个允许查询数据的数据结构。对于LLM来说，这几乎总是意味着创建向量嵌入，即你的数据含义的数值表示，以及许多其他元数据策略，使其易于准确找到上下文相关的数据。

• 存储：一旦你的数据被索引，你几乎总是希望存储你的索引，以及其他元数据，以避免重新对其进行索引。

• 查询：对于任何给定的索引策略，你可以利用LLM和LlamaIndex数据结构进行查询的许多方式，包括子查询、多步查询和混合策略。

• 评估：在任何流水线中的一个关键步骤是检查它相对于其他策略的有效性，或者当你进行更改时。评估提供了关于你对查询的响应有多准确、忠实和快速的客观度量。

RAG 效果比对

如图所示，由于xtuner是一款比较新的框架， InternLM2-Chat-1.8B 训练数据库中并没有收录到它的相关信息。左图中问答均未给出准确的答案。右图未对 InternLM2-Chat-1.8B 进行任何增训的情况下，通过 RAG 技术实现的新增知识问答。

2. 环境、模型准备

2.1 配置基础环境

这里以在 Intern Studio 服务器上部署LlamaIndex为例。

进入开发机后，创建新的conda环境，命名为 llamaindex，在命令行模式下运行：

conda create -n llamaindex python=3.10

复制完成后，在本地查看环境。

conda env list

结果如下所示。

# conda environments:
#
base                  *  /root/.conda
llamaindex               /root/.conda/envs/llamaindex

运行 conda 命令，激活 llamaindex 然后安装相关基础依赖
python 虚拟环境:

conda activate llamaindex
conda install pytorch==2.0.1 torchvision==0.15.2 torchaudio==2.0.2 pytorch-cuda=11.7 -c pytorch -c nvidia

安装python 依赖包

pip install einops
pip install  protobuf

环境激活。

2.2 安装 Python环境和依赖包

安装Python3.10版本的Anaconda虚拟环境和相关的包

conda create -n llamaindex python=3.10
conda activate llamaindex
conda install pytorch==2.0.1 torchvision==0.15.2 torchaudio==2.0.2 pytorch-cuda=11.7 -c pytorch -c nvidia
pip install einops
pip install  protobuf
pip install llama-index==0.10.38 llama-index-llms-huggingface==0.2.0 "transformers[torch]==4.41.1" "huggingface_hub[inference]==0.23.1" huggingface_hub==0.23.1 sentence-transformers==2.7.0 sentencepiece==0.2.0

2.3 下载 Sentence Transformer 模型

源词向量模型 Sentence Transformer:（我们也可以选用别的开源词向量模型来进行 Embedding，目前选用这个模型是相对轻量、支持中文且效果较好的，同学们可以自由尝试别的开源词向量模型）
运行以下指令，新建一个python文件，贴入以下代码
然后，执行该脚本即可自动开始下载：

cd /root/llamaindex_demo
conda activate llamaindex
python download_hf.py

更多关于镜像使用可以移步至 HF Mirror 查看。

2.4 下载 NLTK 相关资源

我们在使用开源词向量模型构建开源词向量的时候，需要用到第三方库 nltk 的一些资源。正常情况下，其会自动从互联网上下载，但可能由于网络原因会导致下载中断，此处我们可以从国内仓库镜像地址下载相关资源，保存到服务器上。
我们用以下命令下载 nltk 资源并解压到服务器上：

cd /root
git clone https://gitee.com/yzy0612/nltk_data.git  --branch gh-pages
cd nltk_data
mv packages/*  ./
cd tokenizers
unzip punkt.zip
cd ../taggers
unzip averaged_perceptron_tagger.zip

之后使用时服务器即会自动使用已有资源，无需再次下载

3. LlamaIndex HuggingFaceLLM

运行以下指令，把 InternLM2 1.8B 软连接出来

cd ~/model
ln -s /root/share/new_models/Shanghai_AI_Laboratory/internlm2-chat-1_8b/ ./

运行以下指令，新建一个python文件

cd ~/llamaindex_demo
touch llamaindex_internlm.py

打开llamaindex_internlm.py 贴入以下代码

from llama_index.llms.huggingface import HuggingFaceLLM
from llama_index.core.llms import ChatMessage
llm = HuggingFaceLLM(model_name="/root/model/internlm2-chat-1_8b",tokenizer_name="/root/model/internlm2-chat-1_8b",model_kwargs={"trust_remote_code":True},tokenizer_kwargs={"trust_remote_code":True}
)rsp = llm.chat(messages=[ChatMessage(content="什么是丛集性头痛?")])
print(rsp)

运行结果为：

回答的效果并不好，并不是我们想要的xtuner。

4. LlamaIndex RAG

安装 LlamaIndex 词嵌入向量依赖

conda activate llamaindex
pip install llama-index-embeddings-huggingface llama-index-embeddings-instructor

加载文档

LlamaIndex提供了两种方式创建文档，文档可以通过数据加载器自动创建，也可以手动构建。
默认情况下，我们所有的数据加载器（包括 LlamaHub 上提供的）都通过 load_data 函数返回 Document 对象。
详细使用方法建议看官方文档：http://www.aidoczh.com/llamaindex/module_guides/loading/documents_and_nodes/usage_documents/

from llama_index.core import SimpleDirectoryReaderdocuments = SimpleDirectoryReader("./data").load_data()

您也可以选择手动构建文档。LlamaIndex 提供了 Document 结构。

from llama_index.core import Documenttext_list = [text1, text2, ...]
documents = [Document(text=t) for t in text_list]

数据加载器由LlamaHub提供，支持pdf, docs, pptx, epub等格式的数据。数据连接器使用指南建议看官方文档：
http://www.aidoczh.com/llamaindex/module_guides/loading/connector/。
部分如下：

这里使用的了丁香医生网站丛集性头痛内容作为知识库，原链接为：丛集性头痛
导出为markdown文件。然后在项目目录下创建data目录，将md文件存入data目录中。通过配置，LlamaIndex会自动加载这个目录中的文件存入知识库中。

mkdir data
cd data

构建向量存储索引库

建议阅读LlamaIndex官方文档介绍：http://www.aidoczh.com/llamaindex/module_guides/indexing/vector_store_index/
要构建向量索引库，首先需要完成第一步的加载文档。向量库可以接收SimpleDirectoryReader().load_data()返回的documents对象，构建成vector store，并提供相似度查询的接口。
使用 Vector Store 的最简单方法是使用 from_documents 加载一组文档并从中构建索引：

from llama_index.core import VectorStoreIndex, SimpleDirectoryReader# 加载文档并构建索引
documents = SimpleDirectoryReader("../../examples/data/paul_graham"
).load_data()
index = VectorStoreIndex.from_documents(documents)

VectorStoreIndex构建向量库时会自动对文档进行分片。

检索器

检索器定义了如何在给定查询时有效地从索引中检索相关上下文。检索策略对于检索到的数据的相关性和效率至关重要。检索器主要建立在向量库索引之上，被用作查询引擎，用于从向量库中检索出相关的上下文。
最简单的方式是使用向量索引库提供的默认检索器，也就是直接进行相似度检索。

retriever = index.as_retriever()
nodes = retriever.retrieve("Who is Paul Graham?")

使用检索器检索到与用户query相关的结果之后，便可以将检索结果交给LLM来进行回答。

RAG代码

完整的RAG代码如下，包含了模型加载，文档加载，向量索引库构建，检索器构建和模型输出。
运行以下指令，新建一个python文件，打开llamaindex_RAG.py贴入以下代码

from llama_index.core import VectorStoreIndex, SimpleDirectoryReader, Settingsfrom llama_index.embeddings.huggingface import HuggingFaceEmbedding
from llama_index.llms.huggingface import HuggingFaceLLM#初始化一个HuggingFaceEmbedding对象，用于将文本转换为向量表示
embed_model = HuggingFaceEmbedding(
#指定了一个预训练的sentence-transformer模型的路径model_name="/root/model/sentence-transformer"
)
#将创建的嵌入模型赋值给全局设置的embed_model属性，
#这样在后续的索引构建过程中就会使用这个模型。
Settings.embed_model = embed_modelllm = HuggingFaceLLM(model_name="/root/model/internlm2-chat-1_8b",tokenizer_name="/root/model/internlm2-chat-1_8b",model_kwargs={"trust_remote_code":True},tokenizer_kwargs={"trust_remote_code":True}
)
#设置全局的llm属性，这样在索引查询时会使用这个模型。
Settings.llm = llm#从指定目录读取所有文档，并加载数据到内存中
documents = SimpleDirectoryReader("/root/Demo/LlamaIndex/data").load_data()
#创建一个VectorStoreIndex，并使用之前加载的文档来构建索引。
# 此索引将文档转换为向量，并存储这些向量以便于快速检索。
index = VectorStoreIndex.from_documents(documents)
# 创建一个查询引擎，这个引擎可以接收查询并返回相关文档的响应。
query_engine = index.as_query_engine()
response = query_engine.query("什么是丛集性头痛?")print(response)

运行结果为：

借助RAG技术后，就能获得我们想要的答案了。可以看到回答得比没有加RAG要好很多。

5. LlamaIndex web

运行之前首先安装依赖

pip install streamlit==1.36.0

运行以下指令，新建一个python文件

cd ~/llamaindex_demo
touch app.py

打开app.py贴入以下代码

import streamlit as st
from llama_index.core import VectorStoreIndex, SimpleDirectoryReader, Settings
from llama_index.embeddings.huggingface import HuggingFaceEmbedding
from llama_index.llms.huggingface import HuggingFaceLLMst.set_page_config(page_title="llama_index_demo", page_icon="🦜🔗")
st.title("llama_index_demo")# 初始化模型
@st.cache_resource
def init_models():embed_model = HuggingFaceEmbedding(model_name="/root/model/sentence-transformer")Settings.embed_model = embed_modelllm = HuggingFaceLLM(model_name="/root/model/internlm2-chat-1_8b",tokenizer_name="/root/model/internlm2-chat-1_8b",model_kwargs={"trust_remote_code": True},tokenizer_kwargs={"trust_remote_code": True})Settings.llm = llmdocuments = SimpleDirectoryReader("/root/llamaindex_demo/data").load_data()index = VectorStoreIndex.from_documents(documents)query_engine = index.as_query_engine()return query_engine# 检查是否需要初始化模型
if 'query_engine' not in st.session_state:st.session_state['query_engine'] = init_models()def greet2(question):response = st.session_state['query_engine'].query(question)return response# Store LLM generated responses
if "messages" not in st.session_state.keys():st.session_state.messages = [{"role": "assistant", "content": "你好，我是你的助手，有什么我可以帮助你的吗？"}]    # Display or clear chat messages
for message in st.session_state.messages:with st.chat_message(message["role"]):st.write(message["content"])def clear_chat_history():st.session_state.messages = [{"role": "assistant", "content": "你好，我是你的助手，有什么我可以帮助你的吗？"}]st.sidebar.button('Clear Chat History', on_click=clear_chat_history)# Function for generating LLaMA2 response
def generate_llama_index_response(prompt_input):return greet2(prompt_input)# User-provided prompt
if prompt := st.chat_input():st.session_state.messages.append({"role": "user", "content": prompt})with st.chat_message("user"):st.write(prompt)# Gegenerate_llama_index_response last message is not from assistant
if st.session_state.messages[-1]["role"] != "assistant":with st.chat_message("assistant"):with st.spinner("Thinking..."):response = generate_llama_index_response(prompt)placeholder = st.empty()placeholder.markdown(response)message = {"role": "assistant", "content": response}st.session_state.messages.append(message)

之后运行

streamlit run app.py

然后在命令行点击，红框里的url。

即可进入以下网页，然后就可以开始尝试问问题了。

询问结果为：