RAG (Geração Aumentada de Recuperação) na IA do Azure Search

Artigo
09/26/2024

Retrieval Augmented Generation (RAG) é uma arquitetura que aumenta os recursos de um Large Language Model (LLM) como ChatGPT, adicionando um sistema de recuperação de informações que fornece dados de aterramento. Adicionar um sistema de recuperação de informações dá a você controle sobre os dados de aterramento usados por um LLM ao formular uma resposta. Para uma solução empresarial, a arquitetura RAG significa que você pode restringir a IA generativa ao conteúdo corporativo proveniente de documentos e imagens vetorizados e outros formatos de dados, se você tiver modelos incorporados para esse conteúdo.

É crítico decidir qual sistema de recuperação de informações usar, porque isso determina as entradas no LLM. O sistema de recuperação de informações deve fornecer:

Estratégias de indexação que carregam e atualizam em escala, em todo o conteúdo, na frequência necessária.
Funcionalidades de consulta e ajuste de relevância. O sistema deve retornar resultados relevantes, em formatos curtos necessários para atender aos requisitos de comprimento do token de entradas do LLM.
Segurança, alcance global e confiabilidade para dados e operações.
Integração com modelos de incorporação para indexação e modelos de chat ou modelos de compreensão de linguagem para recuperação.

A IA do Azure Search é uma solução comprovada para recuperação de informações em uma arquitetura de RAG. Ela fornece recursos de indexação e consulta, com a infraestrutura e a segurança da nuvem do Azure. Por meio de código e outros componentes, é possível criar uma solução de RAG abrangente que inclui todos os elementos para IA generativa sobre seu conteúdo proprietário.

Observação

Novo nos conceitos de copiloto e RAG? Assista Busca em vetores e recuperação de última geração para aplicativos de IA generativa.

Abordagens para RAG com a IA do Azure Search

A Microsoft tem várias implementações internas para usar a IA do Azure Search em uma solução de RAG.

IA do Azure Studio, use um índice vetorial e aumento de recuperação.
Azure OpenAI, use um índice de pesquisa com ou sem vetores.
Azure Machine Learning, use um índice de pesquisa como armazenamento de vetores em um prompt flow.

As abordagens selecionadas simplificam o início, mas para ter mais controle sobre a arquitetura, você precisa de uma solução personalizada. Esses modelos criam soluções ponta a ponta em:

Se as ferramentas e modelos não atenderem aos requisitos de aplicativo, será possível criar uma solução RAG personalizada usando APIs da Pesquisa de IA do Azure. O restante deste artigo explora como a IA do Azure Search se encaixa em uma solução de RAG personalizada.

Padrão de RAG personalizada para a IA do Azure Search

Um resumo de alto nível do padrão é semelhante a este:

Comece com uma pergunta ou solicitação do usuário (prompt).
Envie isso para a IA do Azure Search a fim de encontrar informações relevantes.
Devolver os melhores resultados da pesquisa para um LLM.
Use os recursos de reconhecimento e raciocínio de linguagem natural do LLM para gerar uma resposta ao prompt inicial.

A IA do Azure Search fornece entradas para o prompt do LLM, mas não treina o modelo. Não há treinamento extra na arquitetura de RAG. O LLM é pré-treinado usando dados públicos, mas gera respostas que são aumentadas por informações do recuperador, nesse caso, a Pesquisa de IA do Azure.

Os padrões de RAG que incluem a IA do Azure Search têm os elementos indicados na ilustração a seguir.

UX do aplicativo (aplicativo Web) para a experiência do usuário
Servidor de aplicativos ou orquestrador (camada de integração e coordenação)
Pesquisa de IA do Azure (sistema de recuperação de informações)
OpenAI do Azure (LLM para IA generativa)

O aplicativo Web fornece a experiência do usuário, fornecendo a apresentação, o contexto e a interação do usuário. As perguntas ou solicitações de um usuário começam aqui. As entradas passam pela camada de integração, indo primeiro para a recuperação de informações para obter os resultados da pesquisa, mas também vão para o LLM para definir o contexto e a intenção.

O servidor de aplicativo ou o orquestrador é o código de integração que coordena as entregas entre a recuperação de informações e o LLM. Soluções comuns incluem LangChain para coordenar o fluxo de trabalho. O LangChain integra-se à Pesquisa de IA do Azure, facilitando a inclusão dela como um recuperador em seu fluxo de trabalho. LlamaIndex e Kernel semântico são outras opções.

O sistema de recuperação de informações fornece o índice pesquisável, a lógica de consulta e o conteúdo (resposta da consulta). O índice de pesquisa pode conter vetores ou conteúdo não vetorial. Embora a maioria dos exemplos e demonstrações incluam campos de vetor, isso não é um requisito. A consulta é executada usando o mecanismo de pesquisa existente na IA do Azure Search, que pode lidar com consultas de palavras-chave (ou termo) e de vetor. O índice é criado com antecedência, com base em um esquema definido por você e carregado com o conteúdo proveniente de arquivos, bancos de dados ou armazenamento.

O LLM recebe o prompt original, além dos resultados da IA do Azure Search. O LLM analisa os resultados e formula uma resposta. Se o LLM for o ChatGPT, a interação do usuário poderá ser uma conversa por meio de diálogo. Se você estiver usando o Davinci, o prompt poderá ser uma resposta totalmente composta. Uma solução do Azure provavelmente usa o OpenAI do Azure, mas não há nenhuma dependência definitiva nesse serviço específico.

A Pesquisa de IA do Azure não fornece integração nativa com LLM para prompt flows ou preservação de chat, portanto, você precisa escrever um código que lida com a orquestração e o estado. Você pode examinar a origem da demonstração (Azure-Samples/azure-search-openai-demo) para obter um blueprint do que envolve uma solução completa. Também recomendamos o Azure AI Studio para criar soluções do IA do Azure Search baseadas em RAG que se integram com LLMs.

Conteúdo pesquisável na IA do Azure Search

Na IA do Azure Search, todo o conteúdo pesquisável é armazenado num índice de pesquisa hospedado no seu serviço de pesquisa. Um índice de pesquisa foi projetado para consultas rápidas com tempos de resposta de milissegundos, portanto, as estruturas de dados internas existem para dar suporte a esse objetivo. Para esse motivo, um índice de pesquisa armazena conteúdo indexado e não arquivos de conteúdo inteiros, como PDFs inteiros ou imagens. Internamente, as estruturas de dados incluem índices invertidos de texto com token, índices de vetor para inserções e texto inalterado para cadeias de caracteres em que a correspondência verbatim é necessária (por exemplo, em filtros, pesquisa difusa, consultas de expressão regular).

Ao configurar os dados para sua solução de RAG, use os recursos que criam e carregam um índice na IA do Azure Search. Um índice inclui campos que duplicam ou representam o conteúdo de origem. Um campo de índice pode ser de transferência simples (um título ou descrição em um documento de origem se torna um título ou descrição em um índice de pesquisa) ou um campo pode conter a saída de um processo externo, como vetorização ou processamento de habilidade que gera uma representação ou descrição de texto de uma imagem.

Como provavelmente você sabe que tipo de conteúdo deseja pesquisar, considere os recursos de indexação aplicáveis a cada tipo de conteúdo:

Tipo de conteúdo	Indexado como	Recursos
text	tokens, texto inalterado	Indexadores podem efetuar pull de texto sem formatação de outros recursos do Azure, como o Armazenamento do Azure e o Cosmos DB. Você também pode efetuar push de um conteúdo JSON para um índice. Para modificar texto em versão piloto, use analisadores e normalizadores para adicionar processamento léxico durante a indexação. Mapas de sinônimos são úteis se estiver faltando terminologia em documentos de origem que possa ser usada em uma consulta.
text	vetores ¹	O texto pode ser segmentado e vetorizado em um pipeline de indexador ou tratado externamente e depois indexado como campos de vetor em seu índice.
imagem	tokens, texto inalterado ²	Habilidades para OCR e Análise de imagem podem processar imagens para reconhecimento de texto ou características de imagem. As informações da imagem são convertidas em texto pesquisável e adicionadas ao índice. As habilidades têm um requisito de indexador.
imagem	vetores ¹	As imagens podem ser vetorizadas em um pipeline de indexador ou tratadas externamente para uma representação matemática do conteúdo da imagem e, em seguida, indexadas como campos vetoriais em seu índice. Você pode usar o Visão de IA do Azure multimodal ou um modelo de código aberto como o OpenAI CLIP para vetorizar texto e imagens no mesmo espaço de incorporação.

¹ A Pesquisa de IA do Azure fornece segmentação e vetorização de dados integrados, mas você deve depender de indexadores e conjuntos de habilidades. Se não for possível usar um indexador, o Kernel Semântico da Microsoft ou outras ofertas da comunidade podem ajudá-lo com uma solução de full stack. Para exemplos de código que mostram ambas as abordagens, veja repositório azure-search-vectors.

² Habilidades são suportes integrados para aplicação de IA. Para análise de imagem e OCR, o pipeline de indexação faz uma chamada interna para as APIs da Visão de IA do Azure. Essas habilidades passam uma imagem extraída para a IA do Azure fazer o processamento e recebem a saída como texto indexado pela IA do Azure Search. As habilidades também são usadas para a segmentação de dados integrados (habilidade de Divisão de Texto) e incorporação integrada (habilidades que chamam a Visão de IA do Azure multimodal, Azure OpenAI e modelos no catálogo de modelos do Estúdio de IA do Azure).

Os vetores fornecem a melhor acomodação para conteúdo diferente (vários formatos de arquivo e idiomas), pois o conteúdo é expresso universalmente em representações matemáticas. Os vetores também dão suporte à pesquisa de similaridade: correspondendo as coordenadas mais semelhantes à consulta de vetor. Comparando à pesquisa por palavra-chave (ou pesquisa de termos) que faz a correspondência em termos com token, a pesquisa por similaridade é mais sutil. É uma opção melhor caso existam requisitos de ambiguidade ou interpretação no conteúdo ou em consultas.

Recuperação de conteúdo na IA do Azure Search

Depois que os dados estiverem em um índice de pesquisa, use os recursos de consulta da IA do Azure Search para recuperar o conteúdo.

Em um padrão não RAG, as consultas fazem uma viagem de ida e volta de um cliente de pesquisa. A consulta é enviada, é executada em um mecanismo de pesquisa e a resposta é retornada ao aplicativo cliente. A resposta ou os resultados da pesquisa consistem exclusivamente no conteúdo verbatim encontrado em seu índice.

Em um padrão de RAG, consultas e respostas são coordenadas entre o mecanismo de pesquisa e o LLM. A pergunta ou consulta de um usuário é encaminhada para o mecanismo de pesquisa e para o LLM como um prompt. Os resultados da pesquisa voltam do mecanismo de pesquisa e são redirecionados para um LLM. A resposta que volta para o usuário é a IA generativa, como um resumo ou uma resposta do LLM.

Não existe um tipo de consulta na IA do Azure Search, nem mesmo busca em vetores ou semântica, que componha novas respostas. Somente o LLM fornece a IA generativa. Confira estes recursos na IA do Azure Search que são usados para formular consultas:

Recurso de consulta	Finalidade	Por que usá-la
Sintaxe simples ou completa do Lucene	Execução de consulta sobre texto e conteúdo numérico não vetorial	A pesquisa de texto completo é melhor para correspondências exatas, em vez de correspondências semelhantes. As consultas de pesquisa de texto completo são classificadas usando o algoritmo BM25 e dão suporte ao ajuste de relevância por meio de perfis de pontuação. Elas também dão suporte a filtros e facetas.
Filtros e facetas	Aplica-se somente a campos de texto ou numéricos (não vetoriais). Reduz a área da superfície de pesquisa com base nos critérios de inclusão ou exclusão.	Adiciona precisão às suas consultas.
Classificador semântico	Classifica novamente um conjunto de resultados BM25 usando modelos semânticos. Produz legendas e respostas curtas que são úteis como entradas de LLM.	Mais fácil do que perfis de pontuação e, dependendo do conteúdo, uma técnica mais confiável para ajuste de relevância.
Busca em vetores	Execução de consulta em campos vetoriais para pesquisa de similaridade, em que a cadeia de caracteres de consulta é um ou mais vetores.	Os vetores podem representar todos os tipos de conteúdo, em qualquer linguagem.
Pesquisa híbrida	Combina uma ou todas as técnicas de consulta acima. Consultas vetoriais e não vetoriais são executadas em paralelo e retornadas em um conjunto de resultados unificado.	Os ganhos mais significativos em precisão e recall são obtidos por meio de consultas híbridas.

Estruturar a resposta da consulta

A resposta de uma consulta fornece a entrada para o LLM, portanto, a qualidade dos resultados da pesquisa é fundamental para o sucesso. Os resultados são um conjunto de linhas tabulares. A composição ou estrutura dos resultados depende de:

Campos que determinam quais partes do índice estão incluídas na resposta.
Linhas que representam uma correspondência do índice.

Os campos aparecem nos resultados da pesquisa quando o atributo é "recuperável". Uma definição de campo no esquema de índice tem atributos e eles determinam se um campo é usado em uma resposta. Somente campos "recuperáveis" são retornados em texto completo ou resultados de consulta de vetor. Por padrão, todos os campos "recuperáveis" são retornados, mas você pode usar "SELECT" para especificar um subconjunto. Além de "recuperável", não há restrições no campo. Os campos podem ter qualquer comprimento ou tipo. Em relação ao comprimento, não há limite máximo de comprimento de campo na IA do Azure Search, mas há limites no tamanho de uma solicitação de API.

As linhas são correspondências à consulta, classificadas por relevância, similaridade ou ambas. Por padrão, os resultados são limitados às 50 principais correspondências para pesquisa de texto completo ou correspondências K-ésimo vizinhos mais próximos para busca em vetores. Você pode alterar os padrões para aumentar ou diminuir o limite até o máximo de mil documentos. Você também pode usar os parâmetros de paginação top e skip para recuperar resultados como uma série de resultados paginados.

Maximize a relevância e o recall

Quando você está trabalhando com processos complexos, uma grande quantidade de dados e expectativas para respostas de milissegundos, é fundamental que cada etapa adicione valor e melhore a qualidade do resultado final. No lado da recuperação de informações, o ajuste de relevância é uma atividade que melhora a qualidade dos resultados enviados para o LLM. Somente os documentos correspondentes mais relevantes ou mais semelhantes devem ser incluídos nos resultados.

Aqui estão algumas dicas para maximizar a relevância e o recall:

As consultas híbridas que combinam a pesquisa por palavra-chave (não vetorial) e a busca em vetores proporcionam o máximo de recall quando as entradas são as mesmas. Em uma consulta híbrida, se você insistir na mesma entrada, uma cadeia de texto e seu equivalente vetorial geram consultas paralelas para palavras-chave e pesquisa de similaridade, retornando as correspondências mais relevantes de cada tipo de consulta em um conjunto de resultados unificado.
As consultas híbridas também podem ser expansivas. Você pode executar a pesquisa de similaridade em conteúdo de segmentado detalhado e a pesquisa de palavras-chave em nomes, tudo na mesma solicitação.
O ajuste de relevância é suportado por meio de:
- Perfis de pontuação que aumentam a pontuação de pesquisa se as correspondências forem encontradas em um campo de pesquisa específico ou em outros critérios.
- O classificador semântico que reclassifica um conjunto de resultados iniciais, usando modelos semânticos do Bing para reordenar os resultados para uma melhor adequação semântica à consulta original.
- Parâmetros de consulta para ajuste fino. Você pode aumentar a importância das consultas vetoriais ou ajustar a quantidade de resultados pelo BM25-ranked em uma consulta híbrida. Você também pode definir limites mínimos para excluir resultados de baixa pontuação de uma consulta de vetor.

Em testes comparativos e de parâmetro de comparação, as consultas híbridas com campos de texto e vetoriais, complementadas com classificação semântica, produzem os resultados mais relevantes.

Exemplo de código para um fluxo de trabalho RAG

O código Python a seguir demonstra os componentes essenciais de um fluxo de trabalho RAG na Pesquisa de IA do Azure. Você precisa configurar os clientes, definir um prompt do sistema e fornecer uma consulta. O prompt informa ao LLM para usar apenas os resultados da consulta e como retornar os resultados. Para obter mais etapas com base neste exemplo, consulte este início rápido do RAG.

# Set up the query for generating responses
from azure.identity import DefaultAzureCredential
from azure.identity import get_bearer_token_provider
from azure.search.documents import SearchClient
from openai import AzureOpenAI

credential = DefaultAzureCredential()
token_provider = get_bearer_token_provider(credential, "https://cognitiveservices.azure.com/.default")
openai_client = AzureOpenAI(
    api_version="2024-06-01",
    azure_endpoint=AZURE_OPENAI_ACCOUNT,
    azure_ad_token_provider=token_provider
)

search_client = SearchClient(
    endpoint=AZURE_SEARCH_SERVICE,
    index_name="hotels-sample-index",
    credential=credential
)

# This prompt provides instructions to the model. 
# The prompt includes the query and the source, which are specified further down in the code.
GROUNDED_PROMPT="""
You are a friendly assistant that recommends hotels based on activities and amenities.
Answer the query using only the sources provided below in a friendly and concise bulleted manner.
Answer ONLY with the facts listed in the list of sources below.
If there isn't enough information below, say you don't know.
Do not generate answers that don't use the sources below.
Query: {query}
Sources:\n{sources}
"""

# The query is sent to the search engine, but it's also passed in the prompt
query="Can you recommend a few hotels near the ocean with beach access and good views"

# Retrieve the selected fields from the search index related to the question
search_results = search_client.search(
    search_text=query,
    top=5,
    select="Description,HotelName,Tags"
)
sources_formatted = "\n".join([f'{document["HotelName"]}:{document["Description"]}:{document["Tags"]}' for document in search_results])

response = openai_client.chat.completions.create(
    messages=[
        {
            "role": "user",
            "content": GROUNDED_PROMPT.format(query=query, sources=sources_formatted)
        }
    ],
    model="gpt-35"
)

print(response.choices[0].message.content)

Código de integração e LLMs

Uma solução RAG que inclua a Pesquisa de IA do Azure pode aproveitar as funcionalidades de vetorização e segmentação de dados integrados, ou você pode criar suas próprias funcionalidades usando plataformas como o Kernel Semântico, LangChain ou LlamaIndex.

Os notebooks no repositório de demonstração são um ótimo ponto de partida, pois mostram padrões para a integração do LLM. Grande parte do código em uma solução RAG consiste em chamadas para o LLM, portanto, é necessário desenvolver um reconhecimento de como essas APIs trabalham, o que está fora do escopo deste artigo.

Como começar

Experimente este início rápido do RAG para obter uma demonstração da integração de consultas com modelos de chat em um índice de pesquisa.
Tutorial: Como criar uma solução RAG na Pesquisa de IA do Azure para cobertura focada nos recursos e no padrão das soluções RAG que obtêm dados de fundamentação de um índice de pesquisa.
Comece com os aceleradores de solução:
Usar modelos de aplicativos de chat corporativo implantam recursos, códigos e dados de fundamentação de amostra do Azure usando documentos de plano de saúde fictícios da Contoso e da Northwind. Essa solução ponta a ponta oferece um aplicativo de chat operacional em apenas 15 minutos. O código para esses modelos é o azure-search-openai-demo apresentado em diversas apresentações. Os links a seguir fornecem versões específicas do idioma:
- .NET
- Python
- JavaScript
- Java
Revisar os conceitos e estratégias de indexação para determinar como você deseja ingerir e atualizar dados. Decida se deseja usar busca em vetores, pesquisa por palavras-chave ou pesquisa híbrida. O tipo de conteúdo que você precisa pesquisar e o tipo de consultas que você deseja executar determina o design do índice.
Revisar a criação de consultas para saber mais sobre os requisitos e a sintaxe da solicitação de pesquisa.

Observação

Alguns recursos da IA do Azure Search são direcionados à interação humana e não são úteis em um padrão de RAG. Especificamente, você pode ignorar recursos como o preenchimento automático e as sugestões. Outros recursos, como facetas e orderby, podem ser úteis, mas seriam incomuns em um cenário de RAG.

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