RAG系列04：使用ReRank进行重排序

发布日期：2024-03-22 06:28:37 浏览次数： 18338

作者：差分隐私

微信搜一搜，关注“差分隐私”

在检索增强生成（RAG）的简单方法中，检索阶段可能会检索到大量上下文，但并非所有这些内容都与问题紧密相关。因此我们希望对检索的内容进行再次筛选。这个过程类似于排序过程中的粗排和精排。粗排检索效率较快，但是召回的内容并不一定强相关。而精排效率较低，因此适合在粗排的基础上进行进一步优化。

在 RAG 中，精排的术语就叫重排序（Re-Rank），重排技术能够重新排序和筛选文档，将相关内容置于前列，从而提高 RAG 的效果。

重排技术简介

如上图所示，重排任务就像一个智能过滤器。当检索器从索引库中检索到多个上下文时，这些上下文与用户查询的相关性各不相同。有些可能非常相关（如图中红框所示），而另一些可能只是轻微相关甚至不相关（如图中的绿框和蓝框所示）。

重排的任务就是评估这些上下文的相关性，优先考虑那些最有可能提供准确和相关信息的内容。这样，LLM 在生成答案时可以优先考虑这些排名靠前的上下文，从而提高回应的准确性和质量。

换句话说，重排就像在开卷考试中，帮你从一堆学习资料中挑选出最相关的参考资料，以便你能更高效、更准确地回答问题。

本文将介绍的重排方法主要分为以下两类：

基于重排模型：这些模型可以输出文档与查询之间的相关性
基于 LLM：由于大模型可以更全面地捕捉语义信息，也可被用于重排序

使用重排模型

与 embedding 模型不同，重排模型将查询和上下文作为输入，并直接输出相似性得分。需要注意的是，重排模型使用交叉熵损失进行优化，使得相关性得分是无界的，甚至可以是负数。

目前，可用的重排模型并不多。一种选择是通过 API 访问的 Cohere 提供的在线模型。还有开源模型如 bge-reranker-base 和 bge-reranker-large^[1] 等。

下图展示了不同模型的命中率（Hit Rate）和平均倒数排名（Mean Reciprocal Rank, MRR）指标结果：从这一实验结果可以看出：

无论使用哪种嵌入模型，重排都显示出更高的命中率和 MRR，显示了重排的重要影响。
目前，最佳的重排模型是 Cohere^[2]，但它是一项付费服务。开源的 bge-reranker-large 模型具有与 Cohere 相似的能力。
embedding 模型与重排模型的组合也会产生影响，因此开发者在实际过程中可能需要尝试不同的组合。

使用 LLM 作为重排器

除了使用 ReRank 模型，也可以使用 LLM 实现重排。现有的涉及 LLM 的重排方法大致可以分为三类：

将 LLM 与重排任务一起微调
提示 LLM 进行重排
训练过程中使用 LLM 进行数据增强。

提示 LLM 进行重排的方法成本较低。以下是一个使用 RankGPT 的演示，它已经被集成到 LlamaIndex 中。

RankGPT 的理念 是利用 LLM（如 ChatGPT 或 GPT-4 等）进行零样本的列表式段落重排。它采用了一种排列生成方法和滑动窗口策略，以高效地对段落进行重排。

如下图所示，该论文提出了三种可行的方法。

前两种方法是传统方法，为每个文档分配一个分数，然后根据这个分数对所有段落进行排序。

第三种方法是排列生成，是本文提出的方法。具体来说，它不是依赖于外部分数，而是模型直接对段落进行端到端的排序。 换句话说，它直接利用 LLM 的语义理解能力对所有候选段落进行相关性排序。

然而，通常候选文档的数量非常多，而输入到 LLM 的文本是有限的。因此，通常不可能一次性输入所有文本。

因此，如图所示，引入了滑动窗口方法，该方法遵循冒泡排序的思想。每次只对前 4 个文本进行排序，然后移动窗口，对随后的 4 个文本进行排序。遍历整个文本后，我们可以获得表现最佳的顶部文本。

在探索如何利用 LLM 进行重排的过程中，RankGPT 提供了一种新颖且高效的方法。它不仅仅是一个技术解决方案，更像是在海量信息中寻找珍珠的潜水艇，用智能的方式探测和排序知识的深度。通过滑动窗口的策略，我们像是在逐步点亮信息的海洋，让最耀眼的部分率先浮出水面。

结论

总的来说，本文介绍了重排的原理以及两种主流的重排方法。其中，使用重排模型的方法轻量级，开销较小。而使用 LLM 的方法在多个基准测试上表现良好，但成本较高，且只有在使用 ChatGPT 和 GPT-4 时表现良好，如使用其他开源模型，如 FLAN-T5 和 Vicuna-13B 时，其性能就不那么理想。因此，在实际项目中，需要做出特定的权衡。