使用 LlamaIndex、Neo4j 和 Llama 3 构建具有知识图谱的高级 RAG 聊天机器人

1. 引言

随着自然语言处理技术的发展，RAG（Retrieval-Augmented Generation）模型在很多场景中获得了广泛应用，特别是聊天机器人领域。RAG 模型能够结合外部知识库进行信息检索并生成相关的回答，这使得它们在面对开放域问题时表现得更加智能。LlamaIndex（原名 GPT Index）是一款基于 Llama 3 的文本索引库，它可以帮助我们实现高效的信息检索。而 Neo4j 是一款广泛使用的图数据库，它能以图形化的方式存储和查询知识，特别适用于知识图谱的构建。

在本文中，我们将介绍如何结合 LlamaIndex、Neo4j 和 Llama 3 构建一个具备知识图谱的高级 RAG 聊天机器人。我们将通过以下步骤构建聊天机器人：

1. 使用 Neo4j 构建知识图谱。
2. 使用 LlamaIndex 创建高效的文本索引。
3. 集成 Llama 3 模型，提升检索和生成能力。
4. 构建 RAG 聊天机器人的应用。

2. 环境准备

为了实现这个项目，我们需要准备以下环境：

1. 操作系统：Linux 或 Windows。
2. Python 版本：3.8 或更高。

3. 依赖库：

   • LlamaIndex：用于构建和管理文档索引。
   • Neo4j：用于存储和查询知识图谱。
   • Transformers：用于加载和使用 Llama 3 模型。
   • py2neo：Python 与 Neo4j 的接口。

安装依赖：

pip install llamaindex neo4j transformers py2neo

3. 构建知识图谱（Neo4j）

在构建聊天机器人之前，首先需要构建一个知识图谱。我们将使用 Neo4j 来构建图数据库，并将知识结构化存储在图中。

3.1 安装 Neo4j 并启动服务

你可以通过 Docker 启动 Neo4j：

docker run \
  --name neo4j \
  -d \
  -p 7474:7474 \
  -p 7687:7687 \
  -e NEO4J_AUTH=neo4j/password \
  neo4j:latest

在浏览器中访问 http://localhost:7474，使用用户名 neo4j 和密码 password 登录 Neo4j 的 Web 控制台。

3.2 创建知识图谱

假设我们有一个关于 电影 的知识图谱，其中包含电影的基本信息（如导演、演员、类型等）。我们将通过以下方式在 Neo4j 中创建节点和关系：

CREATE (m:Movie {title: 'Inception', year: 2010})
CREATE (d:Director {name: 'Christopher Nolan'})
CREATE (a:Actor {name: 'Leonardo DiCaprio'})
CREATE (m)-[:DIRECTED_BY]->(d)
CREATE (m)-[:FEATURES]->(a)

上面的 Cypher 查询语句创建了一个名为 "Inception" 的电影节点，并与导演和演员节点建立了关系。你可以根据需要创建更多的电影节点和关系。

4. 使用 LlamaIndex 构建文本索引

在我们构建了知识图谱后，接下来需要使用 LlamaIndex 来构建文本索引，这样可以快速地检索相关的文本信息并将其作为上下文传递给生成模型。

4.1 创建 LlamaIndex 文本索引

首先，我们需要加载和处理从知识图谱中提取的信息。假设我们从 Neo4j 中查询出了一些电影的描述信息，将其存储到 LlamaIndex 中：

from llama_index import SimpleDirectoryReader, GPTSimpleVectorIndex, ServiceContext
from llama_index import load_index_from_storage

# 假设我们已经将电影信息存储在一个文本文件中
document_path = './movie_descriptions'  # 包含电影描述的文件夹

# 使用 SimpleDirectoryReader 读取文件
reader = SimpleDirectoryReader(document_path)
documents = reader.load_data()

# 创建一个索引
index = GPTSimpleVectorIndex.from_documents(documents)

# 保存索引以便后续使用
index.save_to_disk('movie_index.json')

在上面的代码中，SimpleDirectoryReader 从文件夹中加载文本文件，GPTSimpleVectorIndex 创建一个向量索引。你可以将 Neo4j 中的相关信息导出为文本文件，并通过这种方式创建索引。

5. 集成 Llama 3 模型

接下来，我们将使用 Llama 3 生成模型来结合 RAG，将从索引中检索到的相关信息与模型生成的回答融合，以提高问答质量。

5.1 加载 Llama 3 模型

首先，我们需要加载 Llama 3 模型。通过 Hugging Face 的 Transformers 库，可以轻松加载预训练的 Llama 模型：

from transformers import LlamaTokenizer, LlamaForCausalLM

# 加载 Llama 3 模型和分词器
model = LlamaForCausalLM.from_pretrained('huggingface/llama-3-7b')
tokenizer = LlamaTokenizer.from_pretrained('huggingface/llama-3-7b')

# 示例文本
text = "Who directed the movie Inception?"

# 分词并生成回答
inputs = tokenizer(text, return_tensors="pt")
outputs = model.generate(inputs["input_ids"], max_length=100)

# 解码生成的回答
generated_text = tokenizer.decode(outputs[0], skip_special_tokens=True)
print(generated_text)

这里我们加载了 Llama 3 模型，并通过 generate 方法生成一个回答。

5.2 RAG（Retrieval-Augmented Generation）

RAG 模型通过从索引中检索相关文档，并将这些文档作为上下文传递给生成模型，提升了模型生成的准确性。我们将检索与用户问题相关的电影描述信息，并将其与 Llama 3 一起生成回答。

from llama_index import GPTSimpleVectorIndex

# 从磁盘加载索引
index = GPTSimpleVectorIndex.load_from_disk('movie_index.json')

# 用户问题
question = "Who directed Inception?"

# 检索相关文档
response = index.query(question)

# 提取相关文档的内容
retrieved_text = response.response

# 将检索到的文本与用户问题一起输入到 Llama 3 模型
query_with_context = question + " " + retrieved_text
inputs = tokenizer(query_with_context, return_tensors="pt")
outputs = model.generate(inputs["input_ids"], max_length=100)

# 解码生成的回答
generated_text = tokenizer.decode(outputs[0], skip_special_tokens=True)
print(generated_text)

在这个示例中，index.query() 方法根据用户提问检索相关文档，并将其作为上下文传递给 Llama 3 模型生成最终的答案。

6. 构建 RAG 聊天机器人

现在，我们已经具备了检索和生成的能力，接下来构建一个简单的聊天机器人，它可以实时响应用户的问题，并从知识图谱中检索相关信息来生成答案。

6.1 聊天机器人示例代码

def chat_with_bot(question):
    # 检索相关文档
    response = index.query(question)

    # 提取相关文档内容
    retrieved_text = response.response

    # 将问题与检索到的文本结合
    query_with_context = question + " " + retrieved_text

    # 生成回答
    inputs = tokenizer(query_with_context, return_tensors="pt")
    outputs = model.generate(inputs["input_ids"], max_length=100)

    # 解码并返回生成的文本
    generated_text = tokenizer.decode(outputs[0], skip_special_tokens=True)
    return generated_text

# 示例对话
question = "Who is the director of the movie Inception?"
answer = chat_with_bot(question)
print("Bot Answer:", answer)

通过 chat_with_bot 函数，我们能够让聊天机器人在与用户互动时从知识图谱中检索相关信息，并生成回答。

7. 结语

在本文中，我们介绍了如何使用 LlamaIndex、Neo4j 和 Llama 3 构建一个具有知识图谱的高级 RAG 聊天机器人。通过结合知识图谱的结构化数据和 Llama 3 模型的强大生成能力，我们能够构建一个智能、精准的聊天机器人，可以回答开放域的问题并结合上下文生成相关的答案。

希望这个教程能够帮助你掌握如何利用 LlamaIndex 和 Neo4j 构建强大的知识图谱，并与生成模型结合，打造更加智能的聊天机器人。