使用GraphRAG+LangChain+Ollama：LLaMa 3.1跑通知识图谱与向量数据库集

使用 GraphRAG + LangChain + Ollama ：LLaMa 3.1跑通知识图谱与向量数据库集成（Neo4j）

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首先，什么是GraphRAG？GraphRAG是一种通过考虑实体和文档之间的关系来执行检索增强生成的方式，关键概念是节点和关系。

知识图谱与向量数据库集成是GraphRAG 架构之一：这种方法利用知识图谱和向量数据库来收集相关信息。知识图谱的构建方式可以捕获向量块之间的关系，包括文档层次结构。知识图谱在从向量搜索中检索到的块附近提供结构化实体信息，从而通过有价值的附加上下文丰富提示。这个丰富的提示被输入到 LLM 中进行处理，然后 LLM 生成响应。最后，生成的答案返回给用户。此架构适用于客户支持、语义搜索和个性化推荐等用例。

节点代表从数据块中提取的实体或概念，例如人、组织、事件或地点。

知识图谱中，每个节点都包含属性和特性，这些属性为实体提供了更多上下文信息。

然后我们定义节点之间的连接关系，这些连接可以包括各种类型的关联，例如层次结构（如父子关系）、时间顺序（如前后关系）或因果关系（因果关系）。

关系还具有描述连接性质和强度的属性。当你有很多文档时，你会得到一个很好的图来描述所有文档之间的关系。

让我们看一个非常简单的例子，在我们的数据集中，节点可以代表像苹果公司和蒂姆·库克这样的实体，而关系则可以描述蒂姆·库克是苹果公司的 CEO。

这种方法非常强大，但一个巨大的缺点是它计算成本很高，因为你必须从每个文档中提取实体，并使用 LLM 计算关系图。这就是为什么使用像 LLaMa 3.1 这样本地运行的模型来采用这种方法非常棒。

保姆级教程开始

在本文中，我们将结合使用LangChain、LLama 和 Ollama ，以及 Neo4j 作为图数据库。我们将创建一个关于一个拥有多家餐厅的大型意大利家庭的信息图，所以这里有很多关系需要建模。

先利用Ollama拉取llama3.1 8b模型：

配置运行Neo4j数据库

在进入代码之前，我们将设置 Neo4j。我为你创建了一个 Docker Compose 文件。所以我们将使用 neo4j 文件夹，里面有一个 jar 文件，这是我们创建图所需的插件。

要创建我们的数据库，只需运行 docker compose up：

这将设置所有内容，并且可以直接使用。可能需要几秒钟，之后你会看到数据库正在运行。

安装依赖

然后我们可以进入 Jupyter Notebook，首先安装所需的包：

我们需要安装 LangChain、OpenAI 的 LangChain、Ollama、LangChain Experimental，因为图解决方案目前在 LangChain 实验包中。

我们还需要安装 Neo4j，以及用于在 Jupyter Notebook 中显示图的 py2neo 和 ipywidgets。

%pip install --upgrade --quiet  langchain langchain-community langchain-openai langchain-ollama langchain-experimental neo4j tiktoken yfiles_jupyter_graphs python-dotenv

导入类

安装完这些包后，我们可以导入所需的类。我们将从 LangChain 中导入多个类，例如 Runnable Pass Through、Chat Prompt Template、Output Parser 等。

我们还导入 Neo4j 的图类，这在 LangChain Community 包的 Graphs 模块中。我们还导入 Chat OpenAI 作为 Ollama 的后备模型。

在 LangChain Experimental 包中，我们有一个 Graph Transformer 模块，我们将从那里导入 LLM Graph Transformer，它利用复杂的提示将数据转换为可以存储在图数据库中的形式。

我们还将导入 Neo4j 的图数据库，不仅作为图数据库使用，还可以作为普通的向量数据库使用。

from langchain_core.runnables import  RunnablePassthrough
from langchain_core.prompts import ChatPromptTemplate
from langchain_core.pydantic_v1 import BaseModel, Field
from langchain_core.output_parsers import StrOutputParser
import os
from langchain_community.graphs import Neo4jGraph
from langchain.text_splitter import RecursiveCharacterTextSplitter
from langchain_openai import ChatOpenAI
from langchain_community.chat_models import ChatOllama
from langchain_experimental.graph_transformers import LLMGraphTransformer
from neo4j import GraphDatabase
from yfiles_jupyter_graphs import GraphWidget
from langchain_community.vectorstores import Neo4jVector
from langchain_openai import OpenAIEmbeddings
from langchain_community.document_loaders import TextLoader
from langchain_community.vectorstores.neo4j_vector import remove_lucene_chars

from dotenv import load_dotenv

load_dotenv()

我们将采用混合方法，既使用图知识，也使用标准的文档搜索方式，即通过嵌入模型来搜索与查询最相似的文档。

我们还将使用 dotenv 包，并在 Jupyter Notebook 中加载环境变量。在 .env 文件中，有一个 OpenAI API 密钥、一个 Neo4j URI、Neo4j 用户名和密码。你可以按原样使用这些信息，但在仓库中，它们将被命名为 .env.example。

下一步是创建与数据库的连接。所以我们实例化 Neo4j 图类，

这将建立与 Neo4j 的连接。

准备 dummy_text.txt 数据集

你可以看到它描述了这个意大利家庭的大量信息，包括不同的名字、关系，如 Antonio 的妹妹 Amo、祖母等。这些信息稍后都将在我们的图中呈现。

我们将使用文本加载器将其加载到内存中，

然后使用文本分割器将其分割成多个块，这是标准的方法，以便 LLM 更容易处理信息。

LLM 图转换函数 创建文档块之间的所有关系

加载后，我们将设置我们的 LLM 图变换器，它负责将文档转换为 Neo4j 可以处理的形式。

基于环境变量 llm_type，目前我没有设置，所以默认是 Ollama。我们将实例化 ChatOllama 或 ChatOpenAI，然后将其传递给 LLM 图变换器的构造函数。

convert_to_graph_documents 方法将创建文档块之间的所有关系。我们传入创建的文档，计算可能需要一些时间，即使是这个很小的例子，也花了我大约 3 分钟时间，所以稍等片刻。

运行结果来了：这是一个图文档，你可以看到我们有一个 nodes 属性，它是一个包含不同节点的列表，具有 ID。我们可以看到 ID 类似于 Micos Family，类型是 Family，然后我们还有更多的节点，如 Love 概念节点、Tradition 等等。

他们之间也有关系，这些关系将被存储在 Neo4j 中。

可视化我们的图

当前我们还没有启动数据库，所以我们需要先运行 add_graph_documents 方法，提供图文档，然后将所有内容存储在 Neo4j 中。这也可能需要几秒钟时间。文档存储到数据库后，我们可以可视化它们。

首先我们要连接到数据库，我们将使用驱动方法，传入我们的 URI（存储在 Neo4j URI 环境变量中），还需要提供用户名和密码进行身份验证，并创建驱动实例。然后我们创建一个新会话，并使用会话的 run 方法对 Neo4j 运行查询。我们将使用这个查询语句：

如果你不熟悉 Neo4j 可能会觉得有点复杂，但它的意思是 Neo4j 应该返回所有通过 mentions 类型的关系连接的节点对，我们想返回 s, r, 和 t。s 是起始节点，r 是结束节点，t 是关系。

我们可以运行这个方法，并实际可视化我们的图：

现在我们可以向下滚动，这里我们可以看到这是我们的文档的完整知识图谱。正如你所看到的，这相当多，我们可以通过滚动来深入了解更多信息。这里我们可以看到一些实体，比如 Petro 是一个人，我们可以看到 Petro 喜欢厨房、喜欢大海，并且是另一个人 Sophia 的家长。

所以我们可以看到不同的实体通过不同的关系建模，最终你得到了这个非常大的知识图谱。我认为即使是对于我们的小数据集，这也实际上是很多内容。我个人非常喜欢这种图。现在我们来看一下这不仅仅是美观，实际上也很有用。

图的存储做完了，再来一个向量存储

下一步是从 Neo4j 创建一个向量存储，所以我们将使用 Neo4jVector 类，并使用 from_existing_graph 方法，在这里我们只传入嵌入模型，从现有图中计算嵌入。这样我们也可以执行向量搜索，最终我们将把这个向量索引转换成一个检索器，以便有一个标准化的接口。

为图数据库准备实体（Prompt实体识别）

现在我们有一个图数据库，存储了我们的文档，也有了普通的向量存储。现在我们可以执行检索增强生成。由于我们使用图数据库，我们需要从查询中提取实体，以便从图数据库中执行检索步骤。

图数据库需要这种实体，所以我们将创建一个名为 Entities 的自定义模型，继承自 BaseModel，我们希望提取实体，这可以通过提供这个属性 entities 来完成，它是一个字符串列表。这里是 LLM 的描述，所以我们希望提取文本中的所有人、组织和业务实体。

Langchain教程操作有类似

然后我们创建一个 ChatPromptTemplate，系统消息是你正在从文本中提取组织、个人和业务实体。然后我们提供用户输入，并将我们的提示模板传递给 LLM，与结构化输出一起使用，这使用了 Entities 类。我将向你展示其效果。

我们得到了我们的实体链，并可以像这样调用它。我们传入问题 “Who are Nonna and Giovanni Corrado?”，所以我们有两个名字，执行调用方法后，我们可以看到输出是一个字符串列表，只有名字，

这些名字将用于查询图数据库。接下来是在 graph_retriever 函数中调用这个方法。首先从查询中提取实体，然后对 Neo4j 运行查询，我将向你展示最终效果。

我们创建了 graph_rae 函数，传入问题，提取实体，然后查询数据库。

我们问 “Who is Nonna?”，如果运行这个查询，我们可以看到 Nonna 拥有哪些节点和连接。她影响了 Conato，教导了孙子们，影响了新鲜意大利面，影响了 Amico，是家族的女族长。

创建一个混合检索器

然后我们创建一个混合检索器，使用 graph_retriever 和我们的向量存储检索器。我们定义一个函数 full_retriever，在这里设置我们的 graph_retriever 函数，并使用向量检索器，调用其 invoke 方法，获取最相关的文档。我们有了关系图和基于余弦相似度的最相关文档，最终我们将所有文档结合，返回最终数据集。这就是 full_retriever 的作用。

最终链

然后我们创建一个最终链，这是一个普通的 RAG 链，你在几乎所有初学者教程中都会找到这样的链。我们有两个变量，context 和 question，context 是向量存储或其他数据库的输出，question 是我们的问题。所有这些都将发送给 LLM，我们创建一个模板，然后使用 Lang 和表达式语言在这里创建我们的最终链。这将创建一个 runnable_parallel，我将展示其 invoke 方法。

我们只使用一个字符串输入，传递给 full_retriever 函数，保持问题不变，然后将 context 和 question 传递给我们的提示，以填充这些变量。填充这些变量后，我们将所有内容传递给 LLM，并将 LLM 的输出传递给字符串输出解析器。

现在我们可以问 “Who is Nonna Lucia? Did she teach anyone about restaurants or cooking?” 所有关于关系的东西，执行结果：

Generated Query: Nonna2 AND Lucia2
‘Nonna Lucia is the matriarch of the Caruso family and a culinary mentor. She taught her grandchildren the art of Sicilian cooking, including recipes for Caponata and fresh pasta.’
我们可以看到答案是 Nonna Lucia 是 Corrado 家族的女族长和烹饪导师。她教导了她的孙子们西西里烹饪的艺术，这确实是正确的。

这就是如何使用 Neo4j 执行图数据库 RAG。

附件：

以前看过的一个叫PP-Structure文档分析的项目，

信息抽出其中的实体识别。。。