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高级检索增强生成系统:LongRAG、Self-RAG 和 GraphRAG 的实现与选择

检索增强生成(RAG)早已不是简单的向量相似度匹配加 LLM 生成这一套路。LongRAG、Self-RAG 和 Gra

检索增强生成(RAG)早已不是简单的向量相似度匹配加 LLM 生成这一套路。LongRAG、Self-RAG 和 GraphRAG 代表了当下工程化的技术进展,它们各可以解决不同的实际问题。

'传统 RAG 的核心限制

标准的 RAG 流程大概是这样的:把文档分割成小块、向量化、通过余弦相似度检索、喂给 LLM。这套路对很多场景确实够用,但会遇到很多问题,比如:

跨越式的上下文依赖。一个完整的逻辑链条可能横跨几千个词,而小块划分会把它们切散。其次是检索的盲目性,系统拉回来的内容有没有真正用处,完全没有办法自检。最后就是关系的表达能力。向量相似度再相关,也就是找找"感觉差不多"的内容,实体间的复杂联系它看不见。

高级 RAG 的这几种变体正是为了解决这些问题而设计的。

LongRAG:保持上下文的连贯性

LongRAG 的核心想法其实不复杂:既然现在的 LLM 支持更长的上下文窗口(32K、100K,甚至 1M 个 token),为什么还要固执于 512 token 这样的小块呢?与其切割成碎片,不如用分层的方式来组织。

这套方案做了三件事:1、对整个文档或很大的部分进行整体嵌入,保留其整体语义;2、要分块的话,块要大得多(4K-8K token)并且保持 20-30% 的重叠,这样能维持叙述的流畅性;3、检索回来的不是零散的片段,而是完整的、连贯的段落或文档。

来看个原型级别的 Python 实现:

from typing import List, Dict  import numpy as npclass LongRAGRetriever:      def __init__(self, model, chunk_size=8000, overlap=1600):          self.model = model          self.chunk_size = chunk_size          self.overlap = overlap          self.doc_embeddings = []          self.documents = []            def create_long_chunks(self, text: str) -> List[str]:          """Create overlapping large chunks"""          chunks = []          start = 0          while start < len(text):              end = start + self.chunk_size              chunk = text[start:end]              chunks.append(chunk)              start += (self.chunk_size - self.overlap)          return chunks            def index_document(self, doc: str, metadata: Dict):          """Index document with hierarchical embedding"""          # 嵌入整个文档          doc_embedding = self.model.embed(doc)                    # 用重叠方式创建大块          chunks = self.create_long_chunks(doc)          chunk_embeddings = [self.model.embed(c) for c in chunks]                    self.doc_embeddings.append({              'doc_id': len(self.documents),              'doc_embedding': doc_embedding,              'chunk_embeddings': chunk_embeddings,              'chunks': chunks,              'full_text': doc,              'metadata': metadata          })          self.documents.append(doc)            def retrieve(self, query: str, top_k: int = 3) -> List[Dict]:          """Retrieve relevant long-form content"""          query_embedding = self.model.embed(query)                    # 先在文档层级做匹配          doc_scores = [              np.dot(query_embedding, doc['doc_embedding'])              for doc in self.doc_embeddings          ]                    # 拿到最相关的几个文档          top_doc_indices = np.argsort(doc_scores)[-top_k:][::-1]                    results = []          for idx in top_doc_indices:              doc_data = self.doc_embeddings[idx]                            # 在每份文档内找最佳的块              chunk_scores = [                  np.dot(query_embedding, emb)                  for emb in doc_data['chunk_embeddings']              ]              best_chunk_idx = np.argmax(chunk_scores)                            # 返回最佳块周围的扩展上下文              context_chunks = self._get_extended_context(                  doc_data['chunks'],                  best_chunk_idx              )                            results.append({                  'text': ''.join(context_chunks),                  'score': doc_scores[idx],                  'metadata': doc_data['metadata']              })                    return results            def _get_extended_context(self, chunks: List[str],                               center_idx: int) -> List[str]:          """Get extended context around relevant chunk"""          start = max(0, center_idx - 1)          end = min(len(chunks), center_idx + 2)          return chunks[start:end]

这套方案在几类问题上表现不错。法律文档分析中因为合同条款和法律论述往往环环相扣跨度很长。研究论文检索也受益明显,方法论通常需要整段的连贯阅读才能理解。代码库搜索也一样,函数和类只有放到模块的完整上下文才能用。

但是我呢提就是延迟会上升 2-5 倍,因为处理的数据量摆在那儿。但准确率有 15-25% 的提升。内存需求会翻三四倍。所以这招合适的场景是准确率比速度更值钱的地方。

Self-RAG:让检索有自我意识

Self-RAG 有点不同。它在系统里埋入了反思的能力,不是盲目地拉数据然后生成,而是在关键点上进行判断,这些判断点用特殊的反思标记来表现:

检索标记(Retrieve Token)决定这个查询到底需不需要去检索。有些问题 LLM 直接能答,没必要多此一举;相关性标记(Relevance Token)评估检索回来的内容有没有用;支持标记(Support Token)检查生成的答案有没有真正建立在检索内容的基础上;批评标记(Critique Token)对整个回答做个质量评分。

这套系统可以分为三个互相穿插的环节:

class SelfRAGSystem:      def __init__(self, retriever, generator, critic):          self.retriever = retriever          self.generator = generator          self.critic = critic            def generate_with_reflection(self, query: str,                                   max_iterations: int = 3):          """Generate answer with self-reflection"""                    # 第一步:判断是否需要检索          retrieve_decision = self.critic.should_retrieve(query)                    if not retrieve_decision:              # 不需要检索就直接生成              return self.generator.generate(query)                    # 第二步:检索并评估相关性          retrieved_docs = self.retriever.retrieve(query)          relevant_docs = []                    for doc in retrieved_docs:              relevance_score = self.critic.assess_relevance(                  query, doc              )              if relevance_score > 0.7:  # 阈值                  relevant_docs.append(doc)                    if not relevant_docs:              # 没找到相关的也回退到直接生成              return self.generator.generate(query)                    # 第三步:生成并验证          best_answer = None          best_score = -1                    for _ in range(max_iterations):              # 生成候选答案              answer = self.generator.generate(                  query, context=relevant_docs              )                            # 评估这个答案有多少支持度,质量如何              support_score = self.critic.check_support(                  answer, relevant_docs              )              quality_score = self.critic.assess_quality(answer)                            # 综合评分              total_score = 0.6 * support_score + 0.4 * quality_score                            if total_score > best_score:                  best_score = total_score                  best_answer = answer                            # 分数够高就不用再试了              if total_score > 0.9:                  break                    return {              'answer': best_answer,              'confidence': best_score,              'sources': relevant_docs,              'reflections': {                  'retrieved': retrieve_decision,                  'relevance': len(relevant_docs),                  'support': support_score              }          }

这里面的批评组件需要好好训练,通常的做法是用有相关性标注的数据进行监督微调,然后结合强化学习用准确预测作为奖励,对比学习用来区分什么是支持的、什么是不支持的声明。

反思标记可以有几种实现路径:在模型词汇表里加特殊标记(比如 [RETRIEVE]、[RELEVANT]),或者在模型的分类器头上操作,甚至用外部的评估模型组成一个集成。

上线的时候要考虑几个问题:每多一轮反思就多增加 20-40% 的推理成本,所以要根据业务要求来平衡;对于法律、医疗这类高风险场景,反思的阈值要设高一点;普通聊天应用可以宽松一些。另外就是监控也很关键,要看系统多久会触发检索,这能告诉你是否用复杂了还是没用够。

GraphRAG:从向量相似度到关系图谱

GraphRAG 则换了个思路:与其比较向量的相似度,不如用图的方式来表示文档间的关系。实体成了节点,它们的关系成了边。查询时不是找"最像"的内容,而是找连接最紧密的子图。

这个过程分为几步。首先是实体提取,从文本里识别出人名、地名、概念等;然后是关系抽取,找出它们之间的时间、因果、层级等关联;再是图构建,把这些信息组织成一个知识图谱;最后在查询时,从这个图里拉出相关的子图。

图的构建和查询

class GraphRAGBuilder:      def __init__(self, entity_extractor, relation_extractor):          self.entity_extractor = entity_extractor          self.relation_extractor = relation_extractor          self.graph = NetworkGraph()            def build_graph(self, documents: List[str]):          """Build knowledge graph from documents"""          for doc in documents:              # 提取实体              entities = self.entity_extractor.extract(doc)                            # 把实体加成节点              for entity in entities:                  self.graph.add_node(                      entity['text'],                      entity_type=entity['type'],                      context=entity['surrounding_text']                  )                            # 提取关系              relations = self.relation_extractor.extract(                  doc, entities              )                            # 把关系加成边              for rel in relations:                  self.graph.add_edge(                      rel['source'],                      rel['target'],                      relation_type=rel['type'],                      confidence=rel['score'],                      evidence=rel['text_span']                  )            def enrich_graph(self):          """Add derived relationships and metadata"""          # 计算节点的重要性(PageRank 等)          self.graph.compute_centrality()                    # 发现社群和聚类          self.graph.detect_communities()                    # 如果有时间戳就加上时间序列          self.graph.add_temporal_edges()

查询时需要做多跳推理:

class GraphRAGRetriever:      def __init__(self, graph, embedder):          self.graph = graph          self.embedder = embedder            def retrieve_subgraph(self, query: str,                           max_hops: int = 2,                           max_nodes: int = 50):          """Retrieve relevant subgraph for query"""                    # 识别查询里涉及的实体          query_entities = self.entity_extractor.extract(query)                    # 在图里找对应的节点          seed_nodes = []          for entity in query_entities:              matches = self.graph.find_similar_nodes(                  entity['text'],                  similarity_threshold=0.85              )              seed_nodes.extend(matches)                    # 从这些节点出发扩展子图          subgraph = self.graph.create_subgraph()          visited = set()                    for seed in seed_nodes:              self._expand_from_node(                  seed,                  subgraph,                  visited,                  current_hop=0,                  max_hops=max_hops              )                    # 按相关性给节点排序          ranked_nodes = self._rank_subgraph_nodes(              subgraph, query          )                    # 提取并格式化成文本          context = self._format_graph_context(              ranked_nodes[:max_nodes],              subgraph          )                    return context            def _expand_from_node(self, node, subgraph, visited,                           current_hop, max_hops):          """Recursively expand subgraph"""          if current_hop >= max_hops or node in visited:              return                    visited.add(node)          subgraph.add_node(node)                    # 获取邻接节点          neighbors = self.graph.get_neighbors(node)                    for neighbor, edge_data in neighbors:              # 把边加到子图里              subgraph.add_edge(node, neighbor, edge_data)                            # 继续递归扩展              self._expand_from_node(                  neighbor,                  subgraph,                  visited,                  current_hop + 1,                  max_hops              )            def _format_graph_context(self, nodes, subgraph):          """Convert subgraph to textual context"""          context_parts = []                    for node in nodes:              # 加上节点本身的信息              context_parts.append(f"Entity: {node.text}")              context_parts.append(f"Type: {node.entity_type}")                            # 加上和其他节点的关系              edges = subgraph.get_edges(node)              for edge in edges:                  context_parts.append(                      f"- {edge.relation_type} -> {edge.target.text}"                  )                    return "\n".join(context_parts)

微软的 GraphRAG 实现加了一层摘要的机制:先从文档里用 LLM 提取实体和关系构建初始图,然后用 Leiden 算法这类方法识别出社群,为每个社群生成摘要,形成多层级的抽象结构。查询时先定位到相关社群,再往下钻到具体实体。

这套方式特别擅长处理三类问题:探索性的查询("这批文档的主要话题是什么"),需要多跳推理的查询("A 通过 B 怎么连到 C"),还有时间序列的分析("这个实体的关系怎么演变的")。

如何选择

说了这么多,到底该用哪个?这取决于你的具体情况。

用 LongRAG 的前提是文档本身就有很强的内部关联性,你的 LLM 支持足够长的上下文(32K 起),而且准确性比响应速度更值钱。它特别适合报告、论文、书籍这类结构化文档。

Self-RAG 则适合对答案的准确性和可信度有较高要求的场景。假如检索出错带来的损失很大,或者查询的复杂度差异很大(有些直接能答,有些得查资料),Self-RAG 的反思机制就显出价值。用推理速度会慢一些的代价换来的是更可控的质量。

GraphRAG 适合领域里实体关系很丰富的情况。如果查询通常需要理解多个实体间的联系,或者涉及时间演变、层级关系这类复杂的关联,用图来表示就能发挥威力。

但是这三个方案可以组合使用:比如 LongRAG 加 GraphRAG,先用图结构定位到相关的文档集群,然后取完整的文档而不是片段。或者 Self-RAG 加 GraphRAG,用反思能力来决定图遍历的路径,什么时候往深处走,什么时候停止。甚至可以设计三阶段的流程:先用 GraphRAG 做基于实体的初步检索,再用 Self-RAG 筛选相关性,最后用 LongRAG 组织上下文。

工程考量嵌入模型的选择

不同的 RAG 变体对嵌入能力的需求有差异。LongRAG 需要嵌入在文档和块两个层级都能工作,最好选用在长序列上用对比学习训练过的模型;Self-RAG 需要嵌入能够捕捉细粒度的语义差异,用于精准的相关性评估;GraphRAG 则需要对实体有特殊的理解,在实体链接任务上微调的模型会表现更好。

分块策略

传统的等长分块对于高级 RAG 太粗糙了。语义分块在段落、章节、话题转换的自然边界处切割;递归分块能建立父子关系的层级结构;滑动窗口用重叠的块在边界保留上下文;结构感知分块要尊重 Markdown 标题、XML 标签、代码块这些结构信息。

Python 的 LangChain 和 LlamaIndex 库都内置了这些分块策略的支持。

重排序的价值

在初步检索后加一层重排序模型,根据查询-文档的交互特征重新评分,这能显著提升效果。通常能带来 10-20% 的准确率提升并且延迟增加很少。

总结

RAG 的进化路径已经很清楚了:LongRAG 解决的是信息碎片化,当你有计算资源处理长上下文、需要保留完整语义的时候就用它;Self-RAG 带来了反思能力,减少假阳性,提高可信度,特别适合高风险应用;GraphRAG 则是针对关系密集的领域,能发现向量方法完全看不到的连接。

随着 LLM 和上下文窗口的继续进化,RAG 的形态也会不断调整。关键是要理解自己的业务约束:文档特点、查询模式、容错度、算力成本,然后有针对性地选择技术组合。

https://avoid.overfit.cn/post/20ba0abf1ad148998a5adf7fcc521c8f

作者:Rost Glukhov