利用 RAG 和大语言模型 (LLM) 构建 AI 驱动的政府福利信息助手

每年，都有大量民众因为政府官方网站信息繁杂难懂、搜索引擎无法准确理解用户需求等原因，错失了本应享受的奖学金、补贴和福利项目。如何解决这个问题，让民众更便捷地获取福利信息？本文将深入探讨如何利用 RAG (Retrieval-Augmented Generation，检索增强生成) 技术和 大语言模型 (LLM)，结合 FAISS (Facebook AI Similarity Search，Facebook AI 相似性搜索)、BERT 和 LLaMA，构建一个 AI 驱动的政府福利信息助手，实现福利信息获取的民主化。

1. RAG：弥合信息鸿沟的关键

传统的 LLM 在处理特定领域知识时，容易出现“幻觉”现象，即生成不真实或不准确的信息。RAG 技术通过在 LLM 生成答案之前，先从外部知识库检索相关信息，从而有效降低“幻觉”风险，提升答案的准确性和可靠性。

具体来说，RAG 的工作流程如下：

检索 (Retrieval)：用户提出问题后，RAG 系统会首先根据问题，从知识库中检索出最相关的信息片段。
增强 (Augmentation)：将检索到的信息片段与用户的问题拼接在一起，形成新的输入。
生成 (Generation)：将增强后的输入传递给 LLM，生成最终的答案。

在这个项目中，RAG 的优势在于避免了直接微调 LLM 的高成本和固定性，转而通过检索增强的方式，利用现有的开源 LLM，例如 LLaMA 和 Gemma，即可实现准确且流畅的回答。文章作者通过 RAG 技术，将 LLM 的“幻觉”现象降低了 75%，显著提升了信息的可信度。

2. FAISS：闪电般的信息检索速度

对于大规模数据集，高效的检索能力至关重要。FAISS 是 Facebook 开源的一个用于高效相似性搜索和向量聚类的库。它专门针对高维向量的快速检索进行了优化，能够在大规模数据集中快速找到与查询向量最相似的向量。

在这个项目中，FAISS 被用于存储和检索政府福利项目的名称和描述信息的向量表示。具体步骤如下：

向量化：利用 BERT 将政府福利项目的名称和描述信息转化为向量表示，每个向量代表一个福利项目。
索引构建：使用 FAISS 构建向量索引，以便快速检索。
检索：当用户提出问题时，首先将问题转化为向量表示，然后使用 FAISS 在向量索引中查找与问题向量最相似的福利项目向量。

作者通过使用 FAISS，即使在拥有 5000 多个福利项目的数据集中，检索速度也能保持在 100 毫秒以内，保证了系统的实时性。这种高速检索能力对于用户体验至关重要，使用户能够快速获得所需的福利信息。

案例分析：假设用户提问“低收入家庭的孩子可以申请哪些补助？”系统会将这个问题转换成 BERT 向量，然后通过 FAISS 在数据库中快速找到与其语义最接近的几个福利项目，例如“义务教育阶段贫困家庭学生生活补助”、“低保家庭子女入学资助”等。

3. BERT：理解语义的桥梁

BERT (Bidirectional Encoder Representations from Transformers) 是一种预训练的语言模型，它能够理解文本的上下文信息，并生成高质量的文本向量表示。在这个项目中，BERT 被用于将用户的问题和政府福利项目的描述信息转化为向量表示，以便 FAISS 进行相似性搜索。

BERT 的关键在于其双向编码能力，它能够同时考虑文本的前后文信息，从而更准确地捕捉文本的语义。相比于传统的词袋模型或 TF-IDF 等方法，BERT 能够更好地理解用户的意图，并找到与问题真正相关的福利项目。

技术细节：

def search_faiss(query, top_k=3):
    query_embedding = get_bert_embedding(query, is_query=True)
    distances, indices = faiss_index.search(query_embedding, top_k)
    return [schemes_data[idx] for idx in indices[0]]

这段代码展示了如何使用 BERT 和 FAISS 进行信息检索。get_bert_embedding 函数负责将用户的问题转化为 BERT 向量，然后使用 faiss_index.search 函数在 FAISS 索引中查找最相似的向量，最后返回对应的福利项目信息。

4. LLaMA：流畅自然的对话体验

LLaMA (Large Language Model Meta AI) 是 Meta AI 开发的大语言模型，具有强大的文本生成能力。在这个项目中，LLaMA 被用于生成流畅自然的回答，提升用户体验。

在检索到相关的福利项目信息后，系统会将这些信息与用户的问题拼接在一起，形成新的输入，然后传递给 LLaMA，让 LLaMA 生成最终的答案。为了进一步提高回答的准确性，作者还添加了距离阈值，过滤掉相似度较低的匹配结果，从而减少了 LLM 产生“幻觉”的风险。

提示工程 (Prompt Engineering)：为了引导 LLaMA 生成更准确的答案，作者使用了精心设计的提示语：

def generate_response(scheme, query):
    prompt = f"Based on this scheme data: {json.dumps(scheme)}, answer: {query}"
    response = client.chat.completions.create(
        model="llama-3-70b",
        messages=[{"role": "user", "content": prompt}]
    )
    return response.choices[0].message.content

这段代码展示了如何使用 LLaMA 生成回答。prompt 变量定义了提示语，它告诉 LLaMA 基于给定的福利项目数据回答用户的问题。

性能优化：作者使用了 Groq API 来加速 LLaMA 的推理过程，从而降低了延迟，提升了用户体验。

5. Gemma：性价比之选

除了 LLaMA，作者还尝试了 Google 的 Gemma 大语言模型。实验结果表明，Gemma-2–9b 在准确性和速度之间取得了最佳平衡。

实验数据：

| Model | BERTScore (F1) | Latency | Perplexity |
|—————|—————-|———|————|
| LLaMA-3–70b | 0.91 | 1.5s | 63.16 |
| Gemma-2–9b | 0.92 | 1.1s | 86.87 |
| Qwen-32b | 0.87 | 2.3s | 58.08 |

从数据可以看出，Gemma-2–9b 的 BERTScore (F1) 达到了 0.92，略高于 LLaMA-3–70b 的 0.91，而延迟仅为 1.1 秒，远低于 LLaMA-3–70b 的 1.5 秒。这意味着 Gemma-2–9b 能够在更短的时间内生成更准确的回答。

这个实验结果表明，在实际应用中，选择合适的 LLM 需要综合考虑准确性、速度和成本等因素。Gemma-2–9b 提供了一个高性价比的选择，适用于对速度要求较高的场景。

6. 优化与挑战：精益求精之路

在项目开发过程中，作者也遇到了一些挑战，并采取了相应的优化措施。

数据清洗：原始的福利项目数据通常以 PDF 格式存在，需要进行清洗和结构化处理。作者使用了正则表达式和 ChatGPT 来标准化数据字段，提高数据质量。
LLM 幻觉：即使使用了 RAG 技术，某些 LLM 仍然会产生“幻觉”。作者通过添加严格的距离阈值和提示约束来减少“幻觉”的风险。
延迟：初始的 FAISS 搜索需要约 300 毫秒，影响用户体验。作者通过缓存 BERT 向量来降低延迟，提高了系统性能。

优化效果：缓存数据集嵌入减少了 40% 的延迟，添加距离阈值减少了 60% 的幻觉。

7. 用户界面：简洁易用至上

为了提供更好的用户体验，作者开发了一个简洁易用的用户界面。界面采用 Flask 后端和 minimalist HTML/JS 前端，模拟 ChatGPT 的打字动画效果，让用户感觉更自然。

function displayTextDynamically(text, element) {
    let index = 0;
    let interval = setInterval(() => {
        if (index < text.length) {
            element.textContent += text[index];
            index++;
        } else clearInterval(interval);
    }, 20);  // Adjust speed
}

这段 JavaScript 代码实现了打字动画效果。它通过定时器逐个字符地将文本添加到页面元素中，模拟了人工打字的过程。

8. 结论：AI 赋能，福利触手可及

通过结合 RAG 技术和开源 大语言模型 (LLM)，利用 FAISS 和 BERT，构建 AI 驱动的政府福利信息助手，能够有效解决信息不对称的问题，让更多民众能够及时了解并享受到应有的福利。

该项目的成功经验表明，利用 AI 技术可以有效提升政府服务的效率和质量，实现普惠民生。未来，随着 AI 技术的不断发展，我们可以期待更多类似的创新应用，让 AI 真正地服务于人民。

利用 RAG 和大语言模型 (LLM) 构建 AI 驱动的政府福利信息助手