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RAGパイプラインの構築S3からMilvusへのデータロード

このチュートリアルでは、MilvusとAmazon S3を使用したRAG(Retrieval-Augmented Generation)パイプラインの構築プロセスを説明します。S3バケットからドキュメントを効率的にロードし、管理可能なチャンクに分割し、高速でスケーラブルな検索のためにMilvusにベクトル埋め込みを保存する方法を学びます。このプロセスを効率化するために、S3からデータをロードし、Milvusに保存するためのツールとしてLangChainを使用します。

準備

依存関係と環境

$ pip install --upgrade --quiet pymilvus milvus-lite openai requests tqdm boto3 langchain langchain-core langchain-community langchain-text-splitters langchain-milvus langchain-openai bs4

Google Colabを使用している場合、インストールしたばかりの依存関係を有効にするために、ランタイムを再起動する必要があるかもしれません(画面上部の "Runtime "メニューをクリックし、ドロップダウンメニューから "Restart session "を選択)。

この例では、LLMとしてOpenAIを使います。環境変数として、api key OPENAI_API_KEY を用意してください。

import os

os.environ["OPENAI_API_KEY"] = "your-openai-api-key"

S3の設定

S3からドキュメントを読み込むには、以下のものが必要です:

  1. AWSアクセスキーとシークレットキー:S3バケットに安全にアクセスするために、これらを環境変数として保存する:
os.environ["AWS_ACCESS_KEY_ID"] = "your-aws-access-key-id"
os.environ["AWS_SECRET_ACCESS_KEY"] = "your-aws-secret-access-key"
  1. S3バケットとドキュメントS3FileLoader クラスの引数として、バケット名とドキュメント名を指定する。
from langchain_community.document_loaders import S3FileLoader

loader = S3FileLoader(
    bucket="milvus-s3-example",  # Replace with your S3 bucket name
    key="WhatIsMilvus.docx",  # Replace with your document file name
    aws_access_key_id=os.environ["AWS_ACCESS_KEY_ID"],
    aws_secret_access_key=os.environ["AWS_SECRET_ACCESS_KEY"],
)
  1. ドキュメントをロードする:設定したら、S3からパイプラインにドキュメントをロードします:
documents = loader.load()

このステップにより、ドキュメントがS3から正常にロードされ、RAGパイプラインで処理できるようになります。

ドキュメントをチャンクに分割する

ドキュメントをロードした後、LangChainのRecursiveCharacterTextSplitter 、コンテンツを管理しやすいチャンクに分割します:

from langchain_text_splitters import RecursiveCharacterTextSplitter

# Initialize a RecursiveCharacterTextSplitter for splitting text into chunks
text_splitter = RecursiveCharacterTextSplitter(chunk_size=2000, chunk_overlap=200)

# Split the documents into chunks using the text_splitter
docs = text_splitter.split_documents(documents)

# Let's take a look at the first document
docs[1]
Document(metadata={'source': 's3://milvus-s3-example/WhatIsMilvus.docx'}, page_content='Milvus offers three deployment modes, covering a wide range of data scales—from local prototyping in Jupyter Notebooks to massive Kubernetes clusters managing tens of billions of vectors: \n\nMilvus Lite is a Python library that can be easily integrated into your applications. As a lightweight version of Milvus, it’s ideal for quick prototyping in Jupyter Notebooks or running on edge devices with limited resources. Learn more.\nMilvus Standalone is a single-machine server deployment, with all components bundled into a single Docker image for convenient deployment. Learn more.\nMilvus Distributed can be deployed on Kubernetes clusters, featuring a cloud-native architecture designed for billion-scale or even larger scenarios. This architecture ensures redundancy in critical components. Learn more. \n\nWhat Makes Milvus so Fast\U0010fc00 \n\nMilvus was designed from day one to be a highly efficient vector database system. In most cases, Milvus outperforms other vector databases by 2-5x (see the VectorDBBench results). This high performance is the result of several key design decisions: \n\nHardware-aware Optimization: To accommodate Milvus in various hardware environments, we have optimized its performance specifically for many hardware architectures and platforms, including AVX512, SIMD, GPUs, and NVMe SSD. \n\nAdvanced Search Algorithms: Milvus supports a wide range of in-memory and on-disk indexing/search algorithms, including IVF, HNSW, DiskANN, and more, all of which have been deeply optimized. Compared to popular implementations like FAISS and HNSWLib, Milvus delivers 30%-70% better performance.')

この段階で、ドキュメントはS3からロードされ、より小さなチャンクに分割され、RAG(Retrieval-Augmented Generation)パイプラインでの更なる処理の準備が整う。

Milvusベクターストアを使ったRAGチェーンの構築

Milvusベクターストアをドキュメントで初期化し、Milvusベクターストアにドキュメントをロードし、フードの下でインデックスを構築します。

from langchain_milvus import Milvus
from langchain_openai import OpenAIEmbeddings

embeddings = OpenAIEmbeddings()

vectorstore = Milvus.from_documents(
    documents=docs,
    embedding=embeddings,
    connection_args={
        "uri": "./milvus_demo.db",
    },
    drop_old=False,  # Drop the old Milvus collection if it exists
)

connection_args

  • ./milvus.db のようにuri をローカルファイルとして設定する方法は、Milvus Lite を自動的に利用してすべてのデータをこのファイルに格納するため、最も便利な方法です。

  • データ規模が大きい場合は、dockerやkubernetes上に、よりパフォーマンスの高いMilvusサーバを構築することができます。このセットアップでは、サーバの uri、例えばhttp://localhost:19530uri として使用してください。

  • MilvusのフルマネージドクラウドサービスであるZilliz Cloudを利用する場合は、Zilliz CloudのPublic EndpointとApi keyに対応するuritoken を調整してください。

Milvusベクトルストアのドキュメントをテストクエリの質問を使って検索します。トップ1のドキュメントを見てみましょう。

query = "How can Milvus be deployed"
vectorstore.similarity_search(query, k=1)
[Document(metadata={'pk': 455631712233193487, 'source': 's3://milvus-s3-example/WhatIsMilvus.docx'}, page_content='Milvus offers three deployment modes, covering a wide range of data scales—from local prototyping in Jupyter Notebooks to massive Kubernetes clusters managing tens of billions of vectors: \n\nMilvus Lite is a Python library that can be easily integrated into your applications. As a lightweight version of Milvus, it’s ideal for quick prototyping in Jupyter Notebooks or running on edge devices with limited resources. Learn more.\nMilvus Standalone is a single-machine server deployment, with all components bundled into a single Docker image for convenient deployment. Learn more.\nMilvus Distributed can be deployed on Kubernetes clusters, featuring a cloud-native architecture designed for billion-scale or even larger scenarios. This architecture ensures redundancy in critical components. Learn more. \n\nWhat Makes Milvus so Fast\U0010fc00 \n\nMilvus was designed from day one to be a highly efficient vector database system. In most cases, Milvus outperforms other vector databases by 2-5x (see the VectorDBBench results). This high performance is the result of several key design decisions: \n\nHardware-aware Optimization: To accommodate Milvus in various hardware environments, we have optimized its performance specifically for many hardware architectures and platforms, including AVX512, SIMD, GPUs, and NVMe SSD. \n\nAdvanced Search Algorithms: Milvus supports a wide range of in-memory and on-disk indexing/search algorithms, including IVF, HNSW, DiskANN, and more, all of which have been deeply optimized. Compared to popular implementations like FAISS and HNSWLib, Milvus delivers 30%-70% better performance.')]
from langchain_core.runnables import RunnablePassthrough
from langchain_core.prompts import PromptTemplate
from langchain_core.output_parsers import StrOutputParser
from langchain_openai import ChatOpenAI

# Initialize the OpenAI language model for response generation
llm = ChatOpenAI(model_name="gpt-3.5-turbo", temperature=0)

# Define the prompt template for generating AI responses
PROMPT_TEMPLATE = """
Human: You are an AI assistant, and provides answers to questions by using fact based and statistical information when possible.
Use the following pieces of information to provide a concise answer to the question enclosed in <question> tags.
If you don't know the answer, just say that you don't know, don't try to make up an answer.
<context>
{context}
</context>

<question>
{question}
</question>

The response should be specific and use statistics or numbers when possible.

Assistant:"""

# Create a PromptTemplate instance with the defined template and input variables
prompt = PromptTemplate(
    template=PROMPT_TEMPLATE, input_variables=["context", "question"]
)
# Convert the vector store to a retriever
retriever = vectorstore.as_retriever()


# Define a function to format the retrieved documents
def format_docs(docs):
    return "\n\n".join(doc.page_content for doc in docs)

LCEL(LangChain Expression Language)を使ってRAGチェーンを構築する。

rag_chain = (
    {"context": retriever | format_docs, "question": RunnablePassthrough()}
    | prompt
    | llm
    | StrOutputParser()
)


res = rag_chain.invoke(query)
res
'Milvus can be deployed in three different modes: Milvus Lite for local prototyping and edge devices, Milvus Standalone for single-machine server deployment, and Milvus Distributed for deployment on Kubernetes clusters. These deployment modes cover a wide range of data scales, from small-scale prototyping to massive clusters managing tens of billions of vectors.'

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