[开源项目推荐]privateGPT使用体验和修改

一.跑通简述

• 链接如下：https://github.com/imartinez/privateGPT/tree/main

• 一开始是看到了gpt4all这个开源模型（苦于没有算力，据说这个能在低配置电脑上跑，就去看了），然后发现privateGPT这个开源项目，然后试了，果真能跑起来

• 跟着项目中的readme来做即可
  
  在CLI中输入问题，会显示答案和答案来源

• 其中遇到的一些问题

  • 要把gpt4all下载下来，放到models路径下（也可以自己指定，和.env文件里面写的MODEL_PATH一致即可)
    

• 在使用ingest.py将本地知识库导入向量数据库的时候
  使用了langchain的HuggingFaceEmbeddings，也是可以在.env文件指定embedding模型，如果没有提前预下载好的话，那么会在运行程序的时候自动下载
  
  如果遇到和我一样下载失败的情况
  可以参考这篇博客，或者使用如下指令

$baseUri = "https://huggingface.co/sentence-transformers/all-MiniLM-L6-v2/resolve/main/"
$outDir = "/data/pretrained_model/all-MiniLM-L6-v2/"
$files = @("pytorch_model.bin", "data_config.json", "config_sentence_transformers.json", "modules.json", "sentence_bert_config.json", "special_tokens_map.json", "tokenizer.json", "tokenizer_config.json", "train_script.py", "vocab.txt")

foreach ($file in $files) {
    $url = $baseUri + $file
    $outFile = $outDir + $file
    Invoke-WebRequest -Uri $url -OutFile $outFile
    Write-Host "Downloaded $file"
}

然后就会下载到命令里面指定的路径了

二.解读ingest.py

• 1.导入库和读取环境变量

import os
import glob
from typing import List
from dotenv import load_dotenv
from multiprocessing import Pool
from tqdm import tqdm

from langchain.document_loaders import (
    CSVLoader,
    EverNoteLoader,
    PyMuPDFLoader,
    TextLoader,
    UnstructuredEmailLoader,
    UnstructuredEPubLoader,
    UnstructuredHTMLLoader,
    UnstructuredMarkdownLoader,
    UnstructuredODTLoader,
    UnstructuredPowerPointLoader,
    UnstructuredWordDocumentLoader,
)

from langchain.text_splitter import RecursiveCharacterTextSplitter
from langchain.vectorstores import Chroma
from langchain.embeddings import HuggingFaceEmbeddings
from langchain.docstore.document import Document
from constants import CHROMA_SETTINGS


load_dotenv()


# Load environment variables
persist_directory = os.environ.get('PERSIST_DIRECTORY')
source_directory = os.environ.get('SOURCE_DIRECTORY', 'source_documents')
embeddings_model_name = os.environ.get('EMBEDDINGS_MODEL_NAME')
chunk_size = 500
chunk_overlap = 50

• 其中load_dotenv()挺常用的，用于从.env文件中读取环境变量

• tqdm用于后面load文件的时候能看到进度条

• chunk_size和chunk_overlap

  这有个关于这两个参数的解读博客写的挺好

  • chunk_size：这个参数表示文本分割的滑窗长度。它决定了每个分割后的文本块的大小。较大的 chunk_size 值会导致更大的文本块，而较小的值会导致更小的文本块。通常，较大的文本块可以提供更多的上下文信息，但也会增加模型的计算成本和内存需求。
  • chunk_overlap：这个参数表示重叠滑窗的长度。它决定了每个分割后的文本块之间的重叠部分。重叠滑窗可以提供文本块之间的上下文关联，使得模型能够更好地理解整个文本。较大的 chunk_overlap 值会导致更多的上下文关联，但也会增加计算成本。
    
    
    
    
    (现在langchain官网支持对文档进行问答了）

• persist_directory: 从环境中获取持久化目录的路径。

• source_directory: 从环境中获取源文件目录的路径，如果没有设置则默认为 source_documents。
  

2.文档加载

• langchain有超级强大且全面的各类文档加载器：https://python.langchain.com/docs/integrations/document_loaders

  

• 发现一篇很不错的博客：https://blog.csdn.net/weixin_42608414/article/details/131760937

  这篇博客也很清楚地介绍了chunk_size和chunk_overlap，这篇博客介绍了使用LangChain框架进行文档加载和切割的方法。还介绍了CharacterTextSplitter和RecursiveCharacterTextSplitter的区别

  
  其中那个MyElmLoader就是继承了Langchain的邮件加载器，改了一些东西

• 单个文档加载函数：load_single_document

  • 参数：这个函数接受一个file_path参数，它是要加载文档的文件路径。

  • 功能：

    • 从文件路径中获取文件扩展名。
    • 检查该扩展名是否存在于之前定义的LOADER_MAPPING字典中。
      • 如果存在，使用相应的加载器和参数从文件路径加载文档。
      • 如果不支持文件扩展名，抛出一个ValueError。

  • 返回值：返回一个文档列表

• 文档加载函数：load_documents

  • 参数：
    • source_dir：来源目录的路径，其中包含要加载的所有文档。
    • ignored_files：一个默认为空的文件路径列表，指定哪些文件应该被忽略。
  • 功能：
    • 为所有在LOADER_MAPPING中定义的文件扩展名获取文件路径。
    • 使用glob模块的glob.glob函数，为每个扩展名获取文件路径，并将结果存储在all_files列表中。
    • 过滤掉ignored_files中的文件路径，得到filtered_files。
    • 使用多进程并行加载每个文件，使用系统的CPU核数作为进程数。为了提高效率，文件是无序加载的。
    • 使用pool.imap_unordered并行地调用load_single_document函数加载每个文件。
    • 使用tqdm显示加载进度。
    • 将从每个文件加载的所有文档扩展到结果列表中。
  • 返回值：这个函数返回所有加载的文档的列表。

• glob.glob 用于查找匹配特定模式的文件路径。在这个函数中，我们使用 ** 来匹配任意深度的子目录，* 来匹配任意字符，ext 来匹配特定的文件扩展名。os.path.join 函数用于将目录路径和文件名组合成完整的文件路径。recursive=True 参数用于递归地查找子目录中的文件。最终，glob.glob 返回一个包含所有匹配文件路径的列表。
• extend 是 Python 中的一个列表方法，用于将一个列表中的所有元素添加到另一个列表中。在这个函数中，all_files 是一个空列表，glob.glob 返回一个包含所有匹配文件路径的列表，extend 方法将这个列表中的所有元素添加到 all_files 列表中。这样，all_files 列表就包含了所有匹配文件的路径。
• Pool 是 Python 中的一个类，它提供了一种简单的方式来并行处理大量的任务。它可以创建多个进程来执行函数，并将结果收集到一个列表中。在这个函数中， Pool 类用于异步地加载文档，以加快加载速度。processes 参数用于指定要创建的进程数，这里使用 os.cpu_count() 函数来获取系统上的 CPU 数量。imap_unordered 方法用于异步地加载每个文档，load_single_document 函数被应用于 filtered_files 列表中的每个文件路径。imap_unordered 方法返回一个迭代器，它可以用于获取每个文档的结果。
• imap_unordered 是 multiprocessing.Pool 类中的一个方法，用于异步地将一个可迭代对象中的元素应用于一个函数。它返回一个迭代器，可以用于获取函数的结果。与 imap 方法不同，imap_unordered 方法不保证返回结果的顺序与输入顺序相同。这个函数中，imap_unordered 方法用于异步地加载每个文档，以加快加载速度。load_single_document 函数被应用于 filtered_files 列表中的每个文件路径。imap_unordered 方法返回一个迭代器，它可以用于获取每个文档的结果。

3.文档处理（调用文件加载函数和文本分割函数）

process_documents函数加载并处理文档，返回分割后的文本块。而does_vectorstore_exist函数则检查指定的目录中是否存在有效的向量存储。

1. 处理文档的函数: process_documents
   

   功能：这个函数的主要任务是从指定的source_directory加载文档，然后将这些文档分割成较小的文本块。

   • 参数：

     • ignored_files：默认为空的文件路径列表，这些文件在加载时会被忽略。

   • 步骤：

     1. 输出一个信息，提示从source_directory开始加载文档。
     2. 调用load_documents函数来从source_directory加载文档，并同时考虑需要忽略的文件。
     3. 如果没有加载到任何新文档，它将输出提示信息并终止程序。
     4. 输出已加载的新文档的数量。
     5. 创建一个RecursiveCharacterTextSplitter对象，该对象负责将文档分割成较小的文本块。这里使用了之前定义的chunk_size和chunk_overlap作为参数。
     6. 使用text_splitter的split_documents方法将所有文档分割成文本块。
     7. 输出文本块的数量以及每个块的最大标记数量。

   • 返回值：函数返回分割后的文本块。

2. 检查向量存储是否存在的函数: does_vectorstore_exist

功能：这个函数检查指定目录下是否存在一个有效的向量存储。

• 参数：

  • persist_directory：一个字符串，表示向量存储可能存在的目录路径。

• 步骤：

  1. 检查persist_directory下是否存在名为index的子目录。
  2. 检查是否存在文件chroma-collections.parquet和chroma-embeddings.parquet。
  3. 获取index目录下所有的.bin和.pkl文件。
  4. 如果这些文件的数量超过3个，那么假定该向量存储是有效的。

• 返回值：如果向量存储存在并且被认为是有效的，则返回True。否则，返回False。

三.injest.py效果演示

1.main函数解读

def main():
    # Create embeddings
    # 创建嵌入
    embeddings = HuggingFaceEmbeddings(model_name=embeddings_model_name)
    # 如果vectorstore存在
    if does_vectorstore_exist(persist_directory):
        # Update and store locally vectorstore
        print(f"Appending to existing vectorstore at {persist_directory}")
        
        db = Chroma(persist_directory=persist_directory, embedding_function=embeddings, client_settings=CHROMA_SETTINGS)
        collection = db.get() # get是获取vectorstore
        texts = process_documents([metadata['source'] for metadata in collection['metadatas']])
        print(f"Creating embeddings. May take some minutes...")
        db.add_documents(texts)
    else:
        # 创建并存储本地vectorstore
        print("Creating new vectorstore")
        texts = process_documents()
        print(f"Creating embeddings. May take some minutes...")
        db = Chroma.from_documents(texts, embeddings, persist_directory=persist_directory, client_settings=CHROMA_SETTINGS)
    db.persist()
    db = None

    print(f"Ingestion complete! You can now query your documents")

• 创建嵌入：
  使用HuggingFaceEmbeddings类创建一个嵌入对象，其中的模型名称由embeddings_model_name提供。

• 检查向量存储是否存在：
  使用does_vectorstore_exist函数检查在persist_directory中是否已存在向量存储。

  • 如果向量存储存在：输出信息，表示将文档添加到现有的向量存储。

    • 创建一个Chroma对象，用于处理向量存储，这需要向量存储的路径、嵌入函数以及客户端设置。
      
      
      其中的chroma的配置写在constants.py里面
      

    • 获取向量存储中的当前文档集合。
      调用process_documents函数处理那些之前尚未被加入到向量存储中的新文档。
      输出信息，告知用户正在创建嵌入，这可能需要一些时间。
      使用db.add_documents将处理后的文本块添加到向量存储。

  • 如果向量存储不存在：

    • 输出信息，表示正在创建新的向量存储。
      调用process_documents函数处理所有的文档。
    • 输出信息，告知用户正在创建嵌入。
      使用Chroma.from_documents从处理后的文本块创建新的向量存储。
      
      

• 持久化向量存储：

  调用db.persist方法将向量存储的更改保存到磁盘。
  

2.测试

四.修改代码，使之适配多知识库需求

目标是可以设置不同的知识库

• 比如：我的本地知识库集合是一个大文件夹source，里面有小文件a,b,c分别存着不同类型的本地知识文件，然后我想运行ingest.py的时候，选择不同的路径，然后处理对应的本地知识文件，存到对应的VectorStore_of_source里面，里面分别对应a,b,c的向量数据库

1.修改配置文件：constants.py

首先，我们需要一个constants.py文件来存储基本的配置设置。

import os
from dotenv import load_dotenv
from chromadb.config import Settings

load_dotenv()

# 分别对应我上面说的VectorStore_of_source和source
BASE_VECTORSTORE_DIRECTORY = os.environ.get('VECTORSTORE_BASE')
BASE_SOURCE_DIRECTORY = os.environ.get('SOURCE_BASE')

# 分别对应我刚刚说的两个路径下的a,b,c
PERSIST_SUBDIRECTORIES = os.environ.get('PERSIST_DIRECTORIES').split(',')
SOURCE_SUBDIRECTORIES = os.environ.get('SOURCE_DIRECTORIES').split(',')

# 路径合并
PERSIST_DIRECTORIES = [os.path.join(BASE_VECTORSTORE_DIRECTORY, sub_dir) for sub_dir in PERSIST_SUBDIRECTORIES]
SOURCE_DIRECTORIES = [os.path.join(BASE_SOURCE_DIRECTORY, sub_dir) for sub_dir in SOURCE_SUBDIRECTORIES]

# 每个路径都有自己的Chroma设置
CHROMA_SETTINGS_LIST = [
    Settings(
        chroma_db_impl='duckdb+parquet',
        persist_directory=dir_path,
        anonymized_telemetry=False
    )
    for dir_path in PERSIST_DIRECTORIES
]

2.设置.env文件

创建一个名为.env的文件，并定义以下变量：

还是对应我刚刚说的那几个，知识源的Base(大目录)，具体的小目录a,b,c(SOURCE_DIRECTORIES)
向量数据库的Base和下面的a,b,c（PERSIST_DIRECTORIES)

3.知识库选择函数

首先，我们创建一个函数来供用户选择知识库：python

def choose_directory():
    directories = ["a", "b", "c", "d"]
    
    print("Choose a persist directory:")
    for idx, d in enumerate(directories, 1):
        print(f"{idx}. {d}")

    choice = int(input("Enter the number: ")) - 1
    chosen_directory = directories[choice]
    
    persist_directory = os.path.join(PERSIST_DIRECTORY_BASE, chosen_directory)
    source_directory = os.path.join('source_base_directory', chosen_directory)  # Replace 'source_base_directory' with your actual path
    
    return persist_directory, source_directory, CHROMA_SETTINGS

可以调用上面的choose_directory函数来获取chosen_persist_directory和chosen_source_directory。这些值随后在main函数中使用。

4.修改main函数

现在，可以在main函数中调用choose_directory来选择存储和源目录，并基于选择的目录对文档进行处理。

def main():
    chosen_persist_directory, chosen_source_directory, chosen_chroma_settings = choose_directory()

然后把原先的该替换的都用chosen后的变量替换掉

def main():
    chosen_persist_directory, chosen_source_directory, chosen_chroma_settings = choose_directory()

    # Create embeddings
    embeddings = HuggingFaceEmbeddings(model_name=embeddings_model_name)

    if does_vectorstore_exist(chosen_persist_directory):
        # Update and store locally vectorstore
        print(f"Appending to existing vectorstore at {chosen_persist_directory}")

        db = Chroma(persist_directory=chosen_persist_directory, embedding_function=embeddings, client_settings=chosen_chroma_settings)
        collection = db.get()
        texts = process_documents(chosen_source_directory, [metadata['source'] for metadata in collection['metadatas']])
        print(f"Creating embeddings. May take some minutes...")
        db.add_documents(texts)
    else:
        # Create and store locally vectorstore
        print("Creating new vectorstore")
        texts = process_documents(chosen_source_directory)
        print(f"Creating embeddings. May take some minutes...")
        db = Chroma.from_documents(texts, embeddings, persist_directory=chosen_persist_directory, client_settings=chosen_chroma_settings)

    db.persist()
    db = None

    print(f"Ingestion complete!")

5.效果演示