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LangChain+WebBaseLoader实现基于网页内容的问答系统

本文将详细介绍一个基于LangChain和Ollama、WebBaseLoader读取指定网页实现的RAG对话系统，从技术原理到实际代码，全面解析如何构建一个具有上下文感知能力的智能问答系统。

核心框架与库

LangChain

LangChain是一个用于构建LLM应用的框架，它提供了丰富的组件和抽象，使开发者能够轻松地将各种模型、数据源和处理逻辑连接起来。在我们的项目中，LangChain是连接各组件的核心框架。

主要使用的LangChain组件：

• • langchain_core
  : 提供了基础抽象和接口
• • langchain_community
  : 包含连接各种外部服务的集成
• • langchain_ollama
  : 与Ollama模型的集成
• • langchain_chroma
  : 与Chroma向量数据库的集成
• • langchain_text_splitters
  : 提供文本切分功能

Ollama

Ollama是一个强大的本地运行大型语言模型的工具，它允许我们在自己的硬件上运行各种开源模型，而无需依赖云服务。这提供了更好的隐私控制和降低了运行成本。

我们将使用Ollama来运行：

• • qwen2.5:7b
  : 一个强大的大语言模型，用于生成最终回答
• • bge-m3
  : 一个高性能的嵌入模型，用于将文本转换为向量

Chroma DB

Chroma是一个专为AI应用设计的开源向量数据库。它提供了高效的向量存储和检索功能，是RAG系统中存储和检索文档向量的关键组件。

其他重要库

• • bs4
   (BeautifulSoup4): 用于解析和处理HTML内容
• • logging
  : 提供日志记录功能
• • typing
  : 提供类型注解支持

模型选择说明

在本项目中，我们选择了以下模型：

1. 1. 大语言模型 - Qwen2.5 7B:
• • Qwen（通义千问）是阿里云开源的强大模型系列
• • 7B参数规模在性能和资源需求间取得了良好平衡
• • 支持中英文双语，特别适合中文应用场景
• • 具有较强的指令理解和上下文处理能力
2. 2. 嵌入模型 - BGE-M3:
• • BGE (BAAI General Embedding) 是智源研究院开发的开源嵌入模型
• • M3是其多语言版本，对中文支持优秀
• • 在各种向量检索基准测试中表现出色
• • 通过Ollama可以方便地本地部署

环境准备与依赖安装

在开始实现RAG系统之前，我们需要先准备好开发环境和安装必要的依赖。本节将引导你完成这些准备工作。

安装依赖包

创建一个requirements.txt
文件，包含以下内容：

langchain-core
langchain-community
langchain-ollama
langchain-chroma
langchain-text-splitters
beautifulsoup4
requests
pydantic
chromadb

然后使用pip安装这些依赖：

pip install -r requirements.txt

完整代码实现

首先，我们来看整个项目的结构和必要的导入：

"""
基于检索增强生成(RAG)的对话系统
实现功能：从网页加载数据，构建向量存储，实现具有上下文感知的问答功能
作者：编程与架构
"""

import os
import logging
from typing importDict, Any, Optional

# 网页处理相关库
import bs4
from langchain_community.document_loaders import WebBaseLoader

# Langchain核心组件
from langchain_core.prompts import ChatPromptTemplate, MessagesPlaceholder
from langchain_core.runnables import RunnableWithMessageHistory
from langchain_core.documents import Document

# Langchain模型和数据处理
from langchain_ollama import ChatOllama
from langchain_community.embeddings import OllamaEmbeddings
from langchain_text_splitters import RecursiveCharacterTextSplitter

# Langchain向量存储
from langchain_chroma import Chroma

# Langchain链和检索器
from langchain.chains.combine_documents import create_stuff_documents_chain
from langchain.chains.history_aware_retriever import create_history_aware_retriever
from langchain.chains.retrieval import create_retrieval_chain

# 聊天历史记录
from langchain_community.chat_message_histories import ChatMessageHistory

# 配置日志
logging.basicConfig(level=logging.INFO, format='%(asctime)s - %(name)s - %(levelname)s - %(message)s')
logger = logging.getLogger(__name__)

# 如果需要使用代理，可以取消下面两行的注释并配置代理
os.environ['http_proxy'] = '127.0.0.1:7890'
os.environ['https_proxy'] = '127.0.0.1:7890'

代码解析：

1. 1. 顶部注释：清晰说明了项目的目的、功能和作者信息，这是良好的代码文档实践。
2. 2. 标准库导入：引入基本的Python功能
3. 3. 标准库导入：引入基本的Python功能，如操作系统接口、日志记录和类型注解。
4. 4. 网页处理库：用于加载和解析网页内容，bs4
   是BeautifulSoup库，用于HTML解析。
5. 5. Langchain组件导入：
• • 核心组件：提示模板、可运行对象、文档数据结构
• • 模型集成：Ollama模型和嵌入接口
• • 数据处理：文本分割器
• • 向量存储：Chroma数据库
• • 链和检索器：文档组合、历史感知检索、检索链
• • 消息历史：管理对话上下文
6. 6. 日志配置：设置日志级别和格式，有助于调试和监控系统运行状态。
7. 7. 代理设置：针对网络受限环境的配置选项，特别是在中国大陆等地区访问外部资源时非常有用。

RAGChatbot类定义

我们采用面向对象的方式组织代码，将RAG系统封装为一个类：

class RAGChatbot:
    """
    基于检索增强生成(RAG)的对话机器人
    
    该类实现了一个完整的RAG对话系统，包括：
    1. 从网页加载知识库
    2. 文本切分与向量化存储
    3. 基于历史的检索增强
    4. 多轮对话记忆
    """
    
    def__init__(
        self,
        ollama_base_url: str = "http://localhost:11434",
        llm_model: str = "qwen2.5:7b",
        embedding_model: str = "bge-m3:latest",
        chunk_size: int = 1000,
        chunk_overlap: int = 200
    ):
        """
        初始化RAG聊天机器人
        
        参数:
            ollama_base_url (str): Ollama API的基础URL
            llm_model (str): 用于生成回答的语言模型名称
            embedding_model (str): 用于文本嵌入的模型名称
            chunk_size (int): 文本切片的大小
            chunk_overlap (int): 文本切片的重叠大小
        """
        self.ollama_base_url = ollama_base_url
        self.llm_model = llm_model
        self.embedding_model = embedding_model
        self.chunk_size = chunk_size
        self.chunk_overlap = chunk_overlap
        
        # 存储会话历史的字典
        self.session_store = {}
        
        # 初始化模型和组件
        self._initialize_components()

代码解析：

1. 1. 类文档字符串：清晰描述了类的功能和主要组件，这是优秀的代码文档习惯。
2. 2. 初始化方法：
• • 接受多个可配置参数，设置默认值便于快速上手
• • 参数包括模型URL、模型选择和文本处理配置
• • 所有参数都有类型注解，增强代码可读性和IDE支持
• • 使用会话存储字典实现多用户支持
3. 3. 会话存储：session_store
    字典用于存储不同用户的对话历史，键是会话ID，值是聊天历史对象。
4. 4. 模块化设计：通过 _initialize_components()
    方法分离初始化逻辑，使代码更整洁。

组件初始化

接下来看看组件初始化方法的实现：

def _initialize_components(self) -> None:
    """初始化所有必要的组件，包括LLM模型、嵌入模型等"""
    logger.info(f"初始化LLM模型: {self.llm_model}")
    self.llm = ChatOllama(
        model=self.llm_model, 
        base_url=self.ollama_base_url
    )
    
    logger.info(f"初始化嵌入模型: {self.embedding_model}")
    self.embeddings = OllamaEmbeddings(
        model=self.embedding_model, 
        base_url=self.ollama_base_url
    )
    
    # 初始化文本分割器
    self.text_splitter = RecursiveCharacterTextSplitter(
        chunk_size=self.chunk_size, 
        chunk_overlap=self.chunk_overlap
    )

代码解析：

1. 1. LLM初始化：创建ChatOllama
   实例，配置模型名称和API地址，用于生成回答。
2. 2. 嵌入模型初始化：创建OllamaEmbeddings
   实例，配置模型和API地址，用于文本向量化。
3. 3. 文本分割器初始化：创建RecursiveCharacterTextSplitter
   实例，配置切片大小和重叠，用于文档处理。
4. 4. 日志记录：每个初始化步骤都有日志记录，便于调试和监控。

文档加载与处理

下面是从网页加载文档的方法：

def load_documents_from_url(self, urls: list[str], css_class: str = 'content-wrapper') -> list[Document]:
    """
    从指定多个URL加载文档
    
    参数:
        urls (list[str]): 要加载的网页URL列表
        css_class (str): 要提取的HTML元素的CSS类名
        
    返回:
        list[Document]: 加载的文档列表
    """
    logger.info(f"从{len(urls)}个URL加载文档")
    loader = WebBaseLoader(
        web_paths=urls,  # 修改为接受URL列表
        bs_kwargs=dict(
            parse_only=bs4.SoupStrainer(class_=(css_class))
        )
    )
    
    try:
        docs = loader.load()
        logger.info(f"成功加载文档: {len(docs)}个")
        return docs
    except Exception as e:
        logger.error(f"加载文档失败: {e}")
        raise

代码解析：

1. 1. 多URL支持：方法接受一个URL列表，可以同时处理多个网页。
2. 2. 内容过滤：使用bs4.SoupStrainer
   只提取指定CSS类的内容，避免加载无关元素。
3. 3. 异常处理：使用try-except捕获可能的错误，并记录详细日志。
4. 4. 灵活配置：通过css_class
   参数允许自定义提取的内容范围。

向量存储创建

创建向量存储的方法如下：

def create_vector_store(self, documents: list[Document]) -> Chroma:
    """
    创建向量存储
    
    参数:
        documents (list[Document]): 要处理的文档列表
        
    返回:
        Chroma: 创建的向量存储
    """
    logger.info("处理文档并创建向量存储")
    
    # 切分文档为小块
    splits = self.text_splitter.split_documents(documents)
    logger.info(f"文档切分完成，共{len(splits)}个片段")
    
    # 创建向量存储
    vector_store = Chroma.from_documents(
        documents=splits, 
        embedding=self.embeddings
    )
    logger.info("向量存储创建完成")
    
    return vector_store

代码解析：

1. 1. 文档切分：使用初始化好的text_splitter
   将文档切分为更小的片段。
2. 2. 向量存储创建：使用Chroma.from_documents
   方法，传入文档片段和嵌入模型。
3. 3. 进度日志：记录处理步骤和结果，包括切分后的片段数量。

RAG链构建

构建RAG链的方法是整个系统的核心：

def build_rag_chain(self, vector_store: Chroma) -> RunnableWithMessageHistory:
    """
    构建完整的RAG链
    
    参数:
        vector_store (Chroma): 向量存储实例
        
    返回:
        RunnableWithMessageHistory: 具有消息历史记录功能的RAG链
    """
    logger.info("构建检索增强生成(RAG)链")
    
    # 创建检索器
    retriever = vector_store.as_retriever()
    
    # 定义系统提示模板(为文档链)
    system_prompt = """您是一个问答任务助手。
请使用以下检索到的上下文来回答问题。
如果您不知道答案，请坦率地说您不知道。
请使用最多三个句子，并保持回答简洁。

{context}
"""
    # 创建提示模板
    prompt = ChatPromptTemplate.from_messages([
        ("system", system_prompt),
        MessagesPlaceholder("chat_history"),  # 历史消息占位符
        ("human", "{input}"),  # 用户输入占位符
    ])
    
    # 创建文档链(将检索到的文档与用户问题结合)
    document_chain = create_stuff_documents_chain(self.llm, prompt)
    
    # 创建历史感知检索器的提示模板
    contextualize_q_system_prompt = """给定聊天历史记录和最新的用户问题
(可能引用了聊天历史中的上下文)，
请构建一个可以独立理解的问题，无需依赖聊天历史。
不要回答问题，只需在必要时重新表述问题，
否则原样返回问题。"""

    retriever_history_prompt = ChatPromptTemplate.from_messages([
        ('system', contextualize_q_system_prompt),
        MessagesPlaceholder('chat_history'),
        ("human", "{input}"),
    ])
    
    # 创建历史感知检索器
    history_aware_retriever = create_history_aware_retriever(
        self.llm, 
        retriever, 
        retriever_history_prompt
    )
    
    # 创建检索链(将检索器与文档链结合)
    retrieval_chain = create_retrieval_chain(history_aware_retriever, document_chain)
    
    # 创建带有消息历史记录功能的可运行链
    result_chain = RunnableWithMessageHistory(
        retrieval_chain,
        self.get_session_history,
        input_messages_key='input',
        history_messages_key='chat_history',
        output_messages_key='answer'
    )
    
    logger.info("RAG链构建完成")
    return result_chain

代码解析：

1. 1. 检索器创建：从向量存储创建基本检索器。
2. 2. 提示模板设计：
• • 系统提示明确指示LLM如何使用检索上下文
• • 包含历史消息占位符，使模型能看到对话历史
• • 用户输入占位符用于当前问题
3. 3. 文档链创建：使用create_stuff_documents_chain
   将LLM与提示模板结合。
4. 4. 历史感知检索器：
• • 定义专门的提示模板指导如何处理上下文问题
• • 使用create_history_aware_retriever
  创建能理解历史的检索器
• • 这解决了指代问题，如"它的特点是什么?"中的"它"
5. 5. 检索链构建：将历史感知检索器与文档链结合。
6. 6. 消息历史集成：
• • 使用RunnableWithMessageHistory
  包装检索链
• • 配置输入/输出键和历史获取方法
• • 实现多会话支持

会话历史管理

会话历史管理的实现：

def get_session_history(self, session_id: str) -> ChatMessageHistory:
    """
    获取或创建会话历史记录
    
    参数:
        session_id (str): 会话ID
        
    返回:
        ChatMessageHistory: 会话历史记录实例
    """
    if session_id not in self.session_store:
        self.session_store[session_id] = ChatMessageHistory()
    return self.session_store[session_id]

代码解析：

1. 1. 延迟初始化：只在需要时创建新的聊天历史记录，节省资源。
2. 2. 会话隔离：不同会话ID拥有独立的历史记录，实现多用户支持。
3. 3. 简洁实现：简单但有效的字典查找和创建逻辑。

聊天接口

用户交互的聊天接口：

def chat(self, query: str, session_id: str, rag_chain: RunnableWithMessageHistory) -> Dict[str, Any]:
    """
    进行一轮对话
    
    参数:
        query (str): 用户输入的问题
        session_id (str): 会话ID
        rag_chain (RunnableWithMessageHistory): RAG链
        
    返回:
        Dict[str, Any]: 包含回答的字典
    """
    logger.info(f"处理用户查询: '{query}' (会话ID: {session_id})")
    
    try:
        response = rag_chain.invoke(
            {'input': query},
            config={'configurable': {'session_id': session_id}}
        )
        logger.info(f"生成回答成功 (会话ID: {session_id})")
        return response
    except Exception as e:
        logger.error(f"生成回答失败: {e}")
        return {"answer": f"处理您的问题时出错: {str(e)}"}

代码解析：

1. 1. 错误处理：使用try-except捕获可能的异常，确保系统不会崩溃。
2. 2. 会话配置：通过config参数传递会话ID，确保使用正确的历史记录。
3. 3. 日志详情：记录详细的操作日志，便于调试和监控。
4. 4. 优雅失败：发生错误时返回友好的错误信息而不是直接崩溃。

主函数与演示

最后，主函数展示了如何使用这个RAG系统：

def main():
    """主函数，演示RAG聊天机器人的使用"""
    # 初始化RAG聊天机器人
    ollama_base_url = "http://192.168.1.1:10000"# 请根据您的实际情况修改
    
    chatbot = RAGChatbot(
        ollama_base_url=ollama_base_url,
        llm_model='qwen2.5:7b',
        embedding_model='bge-m3:latest'
    )
    
    # 从多个网页加载文档（修改为传入URL列表）
    docs = chatbot.load_documents_from_url([
        'https://www.hadoop.wiki/pages/d1d5d6/',
        'https://www.hadoop.wiki/pages/554ba9'
    ])
    
    # 打印文档信息
    print(f"加载了{len(docs)}个文档")
    print(f"文档示例: {docs[0].page_content[:200]}...")
    
    # 创建向量存储
    vector_store = chatbot.create_vector_store(docs)
    
    # 构建RAG链
    rag_chain = chatbot.build_rag_chain(vector_store)

    # 使用RAG链进行对话
    # 第一轮对话
    user1_id = "编程与架构"
    response1 = chatbot.chat("堡垒机有什么功能?", user1_id, rag_chain)
    print(f"\n用户 {user1_id} 提问: 堡垒机有什么功能?")
    print(f"回答: {response1['answer']}")
    
    # 第二轮对话(不同用户)
    user2_id = "访客用户"
    response2 = chatbot.chat("跳板机有什么功能?", user2_id, rag_chain)
    print(f"\n用户 {user2_id} 提问: 堡垒机有什么功能?")
    print(f"回答: {response2['answer']}")
    
    # 展示多轮对话能力(同一用户)
    response3 = chatbot.chat("它有什么主要特点?", user1_id, rag_chain)
    print(f"\n用户 {user1_id} 提问: 它有什么主要特点?")
    print(f"回答: {response3['answer']}")

    # 展示多轮对话能力(同一用户)
    response4 = chatbot.chat("Linux释放内存脚本", user1_id, rag_chain)
    print(f"\n用户 {user1_id} 提问: Linux释放内存脚本")
    print(f"回答: {response4['answer']}")

    # 展示多轮对话能力(同一用户)
    response5 = chatbot.chat("Kafka是什么", user1_id, rag_chain)
    print(f"\n用户 {user1_id} 提问: Kafka是什么")
    print(f"回答: {response5['answer']}")
if __name__ == "__main__":
    main()

代码解析：

1. 1. 系统初始化：
• • 创建RAGChatbot实例
• • 配置Ollama服务URL和模型选择
2. 2. 数据加载：
• • 从两个网页加载文档
• • 打印基本信息验证加载成功
3. 3. 向量存储和RAG链：
• • 创建向量存储
• • 构建完整RAG链
4. 4. 多场景演示：
• • 展示两个不同用户的对话
• • 展示同一用户的多轮对话
• • 测试各种不同类型的问题
5. 5. 实用功能演示：
• • 上下文感知能力（"它的主要特点"）
• • 不同领域知识问答
• • 多用户隔离

通过这个主函数，我们可以看到RAG系统如何在实际场景中运行，以及它如何处理不同类型的问题和维护多用户会话。

验证

随便找了两篇之前写过的文章

效果，这里为了方便延时，我直接复制出来了

问题一

用户 编程与架构 提问: 堡垒机有什么功能?
回答: 堡垒机具有强化安全、入侵检测和安全审计等功能。它通过实施严格的访问控制和强密码策略，确保只有必要的访问权限，并集成入侵检测系统实时监控流量以识别潜在攻击。所有登录和操作活动都会被记录下来，便于后续的安全分析。

问题二

用户 访客用户 提问: 堡垒机有什么功能?
回答: 跳板机的主要功能包括访问控制、会话管理和安全审计等，确保管理员能够安全地远程访问内部服务器，并详细记录所有访问操作以进行审计。

问题三

用户 编程与架构 提问: 它有什么主要特点?
回答: 堡垒机的主要特点是强化安全、入侵检测和严格审计。它采用最小权限原则，实施严格的访问控制和强密码策略，并集成入侵检测系统实时监控流量以识别潜在攻击。所有登录和操作活动都会被详细记录，便于后续的安全分析。

问题四

用户 编程与架构 提问: Linux释放内存脚本
回答: 在Linux中释放内存的脚本通常包括执行sync
命令以将缓存写入磁盘，然后通过以下命令释放内存：

echo 1 > proc/sys/vm/drop_caches

....

问题五

用户 编程与架构 提问: Kafka是什么
回答: 根据提供的上下文信息，没有提到Kafka的相关内容，所以我无法回答Kafka是什么。基于现有信息，我并不知道Kafka的具体含义或用途。

总结

希望这篇教程能够帮助你理解RAG系统的工作原理，掌握实现技巧，并启发你开发更多创新应用。

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