离线 RAG 索引构建系统 (Offline RAG Indexer)
该模块负责 RAG 系统的阶段一:离线索引构建。它将外部的非结构化数据(如文档、PDF、网页等)清洗、切分并转化为向量,最终存入向量数据库中。
🎯 演进路线与核心算法 (Roadmap)
Level 1: 基础暴力切分 (Basic Recursive Splitting)
- 核心算法: 递归字符切分。它按照预定义的分隔符列表(如
["\n\n", "\n", "。", "!", "?", " ", ""])从大到小尝试切分文本,直到每块的大小满足最大长度限制。 - 优缺点: 实现极简单,速度快。但非常容易将一句话拦腰截断,导致上下文语义丢失。
- 实现指南:
- 从
langchain_text_splitters导入RecursiveCharacterTextSplitter。 - 实例化时设置
chunk_size(如 500)和chunk_overlap(如 50),直接调用.split_documents(raw_docs)方法。
- 从
Level 2: 语义动态切分 (Semantic Chunking)
- 核心算法: 句子级相似度阈值算法。
- 将文章按标点符号按句子拆分。
- 使用轻量级 Embedding 模型将每一句向量化。
- 计算相邻两句之间的余弦相似度 (Cosine Similarity)。
- 当相似度低于设定阈值时(说明两句话讲的不是同一件事,语义发生了转折),在此处"切断"形成一个新的块。
- 优缺点: 极大程度保留了段落内语义的连贯性,对 LLM 回答非常友好。但由于在切分阶段就需要调用向量模型,耗时略长。
- 实现指南:
- 从
langchain_text_splitters导入TextSplitter作为基类。 - 从
langchain_experimental.text_splitter导入SemanticChunker。 - 实现
SemanticChunkerAdapter继承TextSplitter,解决类型不兼容问题。 - 实例化时需要传入你已经配置好的 Embedding 模型实例(如基于
LlamaCppEmbedder封装的本地模型)。
- 从
Level 3: 高级父子块策略 (Parent-Child / Auto-merging)
- 核心算法: 层次化双重存储与映射。
- 切分机制: 首先将文档粗切为较大的"父块 (Parent Chunk, 约 1000 字符)",随后将父块细切为较小的"子块 (Child Chunk, 约 200 字符)"。
- 存储机制: 仅仅将子块的向量存入 Qdrant 用于精准计算距离;将父块的原始内容存在 PostgreSQL DocStore 中,通过 UUID 相互映射。
- 核心思路: 解决 RAG 领域经典的矛盾——检索时块越小越容易精确命中(去除噪声);但生成回答时,块越大越能给大模型提供充足的上下文背景。
- 实现指南:
- 使用
langchain_classic.retrievers中的ParentDocumentRetriever模块。 - 在写入时,你需要同时准备一个底层的
VectorStore(即 Qdrant) 和一个BaseStore。 - 推荐方案: 使用
PostgresDocStore作为 docstore,支持持久化存储。 - 将两种不同的
TextSplitter分别赋值给检索器的child_splitter和parent_splitter,然后调用.add_documents()即可让系统自动完成映射。
- 使用
Level 3.1: PostgreSQL DocStore 集成
-
核心优势: 利用 PostgreSQL 作为持久化存储,适合生产环境。使用异步连接池,支持高并发。
-
实现步骤:
- 配置连接: 设置
DB_URI环境变量或通过docstore_conn_string参数指定 - 创建 docstore: 使用
rag_indexer.store.create_docstore()工厂函数 - 注入到 IndexBuilder: 通过构造函数参数注入
- 配置连接: 设置
-
使用示例:
from rag_indexer.builder import IndexBuilder, SplitterType # 创建 IndexBuilder builder = IndexBuilder( collection_name="rag_documents", splitter_type=SplitterType.PARENT_CHILD, parent_chunk_size=1000, child_chunk_size=200, docstore_conn_string="postgresql://user:pass@host:5432/db", )
Level 3.2: 语义切分与父子块策略结合
- 核心优势: 结合语义切分的连贯性和父子块策略的层次化存储优势,实现更精准的检索和更丰富的上下文。
- 实现原理:
- 父块切分: 使用
RecursiveCharacterTextSplitter创建大块(约1000字符),提供完整的上下文背景 - 子块切分: 使用
SemanticChunkerAdapter创建小块,根据语义连贯性动态切分,提高检索精度 - 存储机制: 子块向量存入 Qdrant 用于精准检索,父块内容存入 PostgreSQL 提供完整上下文
- 父块切分: 使用
- 使用示例:
from rag_indexer.builder import IndexBuilder, SplitterType # 创建 IndexBuilder,结合语义切分与父子块策略 builder = IndexBuilder( collection_name="rag_documents", splitter_type=SplitterType.PARENT_CHILD, # 父子块配置 parent_chunk_size=1000, child_chunk_size=200, # 子块使用语义切分 child_splitter_type=SplitterType.SEMANTIC, # PostgreSQL 存储配置 docstore_conn_string="postgresql://user:pass@host:5432/db", ) - 配置参数:
child_splitter_type: 子块切分器类型,可选SplitterType.RECURSIVE(默认)或SplitterType.SEMANTIC- 当使用语义切分时,系统会自动使用已配置的 Embedding 模型进行句子级相似度计算
Level 4: GraphRAG(基于图和关系的 RAG)
- 核心算法: LLM 实体关系抽取 (NER & Relation Extraction)。
- 核心思路: 解决传统纯向量检索难以处理"跨文档复杂关系推理"的痛点(如:A公司的CEO是谁?他名下的B公司主要业务是什么?这种需要横跨多页 PDF 的跳跃性问题)。
- 实现原理:
- 实体提取: 利用 LLM 从文档中提取实体(如人物、组织、地点、事件等)
- 关系抽取: 识别实体之间的关系(如"CEO of"、"founded by"、"located in"等)
- 图构建: 将实体作为节点,关系作为边,构建知识图谱
- 混合检索: 结合向量检索和图查询,同时利用语义相似性和结构关系
- 技术栈:
- 图数据库: Neo4j 或 RedisGraph
- LLM 工具:
LLMGraphTransformer或自定义 Prompt - 集成方式: 与向量存储并行,形成混合检索系统
- 实现指南:
- 使用
langchain_community.graphs模块 - 配置本地大模型(如
Gemma-4-E2B)用于实体关系抽取 - 构建包含实体和关系的图结构,存储到图数据库
- 实现混合检索逻辑,结合向量相似度和图路径分析
- 使用
Level 5: 多模态 RAG (Multi-modal RAG)
- 核心算法: 跨模态嵌入和多模态融合。
- 核心思路: 突破纯文本限制,支持图像、表格、音频等多种数据类型的理解和检索。
- 实现原理:
- 多模态嵌入: 使用 CLIP 等模型将不同模态数据映射到统一向量空间
- 多模态索引: 为不同类型的内容创建专用索引
- 跨模态检索: 支持以文搜图、以图搜文等跨模态查询
- 技术栈:
- 多模态模型: CLIP、BLIP 等
- 存储: 向量数据库 + 对象存储
- 检索: 混合向量检索
📂 架构与文件结构设计
rag_indexer/
├── __init__.py
├── loaders.py # 负责调用 unstructured 解析不同类型文件
├── splitters.py # 负责实现 Recursive、Semantic 切分逻辑及适配器
├── embedders.py # 封装本地 llama.cpp 交互的 Embedding 接口
├── vector_store.py # 封装 Qdrant 写入、Upsert、Collection 初始化操作
├── builder.py # 核心编排文件,将上述模块串联成 Pipeline
├── cli.py # 命令行入口
└── store/
├── __init__.py
├── factory.py # docstore 工厂函数
└── postgres.py # PostgreSQL DocStore 实现
🔄 工作流程详解
数据流向总览
┌─────────────────────────────────────────┐
│ builder.py │
│ IndexBuilder 入口 │
└─────────────────┬───────────────────────┘
│
┌─────────────────▼───────────────────────┐
│ loaders.py │
│ DocumentLoader.load_file() │
│ → 返回 List[Document] │
└─────────────────┬───────────────────────┘
│
┌─────────────────▼───────────────────────┐
│ ParentDocumentRetriever │
│ ┌─────────────────────────────────┐ │
│ │ parent_splitter (粗切) │ │
│ │ 父块 ~1000 字符 │ │
│ └────────────┬────────────────────┘ │
│ │ │
│ ┌────────────▼────────────────────┐ │
│ │ child_splitter (细切) │ │
│ │ 子块 ~200 字符 │ │
│ └────────────┬────────────────────┘ │
│ │ │
│ ┌──────────┴──────────┐ │
│ ▼ ▼ │
│ 子块向量 父块原始内容 │
│ │ │ │
│ ▼ ▼ │
│ ┌────────────┐ ┌─────────────────┐ │
│ │vector_store│ │ store/ │ │
│ │ (Qdrant) │ │ (PostgreSQL) │ │
│ └────────────┘ └─────────────────┘ │
└─────────────────────────────────────────┘
文件职责详解
| 文件 | 职责 | 关键类/函数 |
|---|---|---|
| builder.py | 核心编排,负责串联整个流程 | IndexBuilder |
| loaders.py | 解析各种文档格式(PDF、Word、TXT等) | DocumentLoader |
| splitters.py | 文本切分策略(Recursive/Semantic)及适配器 | SplitterType, get_splitter(), SemanticChunkerAdapter |
| embedders.py | 向量化(封装 llama.cpp embedding 接口) | LlamaCppEmbedder |
| vector_store.py | Qdrant 向量数据库操作 | QdrantVectorStore |
| store/postgres.py | PostgreSQL DocStore 实现 | PostgresDocStore |
| store/factory.py | docstore 工厂函数 | create_docstore() |
核心实现细节
1. 文本切分
- 递归切分: 使用
langchain_text_splitters.RecursiveCharacterTextSplitter,支持中文分隔符 - 语义切分: 使用
langchain_experimental.text_splitter.SemanticChunker,通过SemanticChunkerAdapter适配TextSplitter接口 - 父子块策略: 父块使用递归切分(1000字符),子块可选择递归或语义切分(200字符)
2. 向量化
- Embedding API: 使用
LlamaCppEmbedder封装本地 llama.cpp 服务,支持embed_documents和embed_query方法 - 向量维度: 自动检测模型维度(默认 2560),创建对应大小的 Qdrant 集合
3. 向量存储
- Qdrant 集成: 使用
langchain_qdrant.QdrantVectorStore作为底层存储 - 集合管理: 自动创建/复用集合,支持
force_recreate参数 - 批量写入: 支持
batch_size参数,避免单次请求过大
4. 文档存储
- PostgreSQL: 使用
PostgresDocStore持久化存储父块,支持异步连接池 - 数据映射: 通过 UUID 将子块与父块关联,检索时返回完整父块
调用顺序
1. 创建 IndexBuilder(入口)
from rag_indexer.builder import IndexBuilder, SplitterType
builder = IndexBuilder(
collection_name="my_docs",
splitter_type=SplitterType.PARENT_CHILD,
parent_chunk_size=1000,
child_chunk_size=200,
docstore_conn_string="postgresql://user:pass@host:5432/db",
)
2. 构建索引
import asyncio
# 方式A:从单个文件构建
async def main():
count = await builder.build_from_file("/path/to/document.pdf")
print(f"已索引 {count} 个块")
# 方式B:从目录批量构建
async def main():
count = await builder.build_from_directory("/path/to/docs/")
print(f"已索引 {count} 个块")
asyncio.run(main())
3. 检索(获取完整父块上下文)
import asyncio
async def main():
# 检索时返回完整父块
results = await builder.search_with_parent_context("查询内容", k=5)
for doc in results:
print(doc.page_content)
asyncio.run(main())
检索流程
1. vector_store.similarity_search() → 从 Qdrant 找到相关子块
2. retriever.get_relevant_documents() → 根据子块 ID 获取对应父块
3. 返回完整父块给用户
串联与触发方式
使用 cli.py 入口脚本:
# 设置环境变量
export QDRANT_URL="http://115.190.121.151:6333"
export QDRANT_API_KEY="your-api-key"
export DB_URI="postgresql://postgres:password@host:5432/langgraph_db?sslmode=disable"
# 执行索引构建
python -m rag_indexer.cli --path data/user_docs/tech_manual.pdf
这相当于系统后台的**"离线学习阶段"**,你可以随时挂载定时任务去扫描文件夹,增量更新知识库。