一篇大模型RAG最新综述

好久没分享过综述了，今天分享一个最新的RAG综述，来自卡内基梅隆大学。标题：A Comprehensive Survey of Retrieval-Augmented Generation (RAG): Evolution, Current Landscape and Future Directions

1. 引言

1.1 RAG技术概述

检索增强生成技术（RAG）主要由两个关键部分构成：其一是检索组件，主要职责是从外部数据库（如维基百科或私有库）中提取相关信息，通过密集向量表征进行文档识别；其二是生成组件，基于transformer结构，对获取的信息进行处理并输出自然语言文本。这种技术有效降低了内容生成中的虚假信息，提升了文本的准确性和语境适应性。目前，RAG已在开放域问答、智能对话系统及个性化推荐等多个方向得到应用。

1.2 检索与生成的融合系统

在RAG技术问世以前，NLP领域主要采用单一的检索或生成方法。传统检索系统虽能快速定位相关文档，但缺乏信息整合能力；纯生成模型尽管表达流畅富有创意，却常有事实偏差。这两种方法各有优劣，促使研究者开始探索融合方案，其中DrQA是较早将检索技术应用于问答任务的代表。

1.3 RAG系统的挑战

该技术面临几个主要问题：首先，在处理模糊查询和专业领域检索时准确度不足，即使采用DPR等技术，仍可能出现检索偏差；其次，检索信息与生成内容的整合有时显得生硬，影响输出质量；再次，系统运行需要大量计算资源，特别是在规模化应用场景下；最后，还存在偏见传播和透明度等伦理问题，虽然RAG可能通过多元信息检索减少偏见，但仍需警惕信息源本身的偏向性。

2. RAG技术架构详解

2.1 基本框架

RAG系统由检索器和生成器两部分组成，前者负责文档检索，后者整合信息生成回应。相比传统模型，RAG能够实时调用外部知识，性能优于固定数据集的生成模型。

2.2 检索技术分析

2.2.1 BM25算法

作为传统检索方法，BM25基于TF-IDF原理对文档进行排序。虽然在关键词匹配方面表现优异，但在语义理解上存在局限。

2.2.2 DPR技术

DPR采用双编码器架构，将查询和文档映射至高维向量空间，通过语义相似度进行匹配，在开放域问答中展现出优异性能。

2.2.3 REALM方案

REALM创新地将检索过程融入语言模型训练，实现检索器与生成器的协同优化。通过同步更新机制，该方法在知识密集型任务中展现出优势。

最新研究显示，Self-RAG和REPLUG等技术通过引入LLM提升了检索能力。这些系统运用注意力机制处理输入和检索文本，确保生成过程中突出重要信息，尽管计算开销较大。

2.3 生成模块解析

生成模块作为RAG系统的重要组成部分，主要负责整合检索信息与输入内容，输出连贯的响应结果。该模块以大规模语言模型为基础，确保输出内容的流畅性与准确性，并与初始查询保持高度相关。

2.3.1 文本转换转换器T5

作为文本生成的主流选择，T5模型将所有自然语言处理任务统一为文本转换框架。这种设计理念使其在问答、摘要等多种任务中展现出优异的适应性。在与检索模块结合后，T5基础的RAG系统在多个评测数据集上取得了显著成果，尤其是在Natural Questions和TriviaQA等测试中的表现超越了传统生成模型。其出色的多任务处理能力使其成为知识密集型应用的理想选择。

2.3.2 双向自回归转换器BART

BART在处理含噪声输入的文本生成任务中表现突出，特别适合摘要和开放域问答等应用。其去噪自编码机制能够有效重构受损文本序列，当与检索功能结合时，显著提升了生成内容的事实准确度。

3. 多模态RAG技术探析

3.1 文本RAG技术

文本领域的RAG应用最为成熟，以BERT和T5为代表的Transformer架构为核心，通过注意力机制增强了文本理解能力，推动了多种实际应用的发展。

3.2 音频RAG技术

音频RAG技术将检索增强生成扩展到语音领域，借助Wav2Vec 2.0等预训练模型进行特征表示，为语音识别等应用提供支持。

3.3 视频RAG技术

视频RAG模型通过I3D TimeSformer等技术捕捉时空特征，实现了视觉与文本信息的融合，提升了视频理解和字幕生成等任务的效果。

3.4 跨模态RAG应用

跨模态RAG技术整合了多种数据形式，如Flamingo模型实现了文本、图像和视频的统一处理。"检索即生成"方法通过利用大规模配对数据集，将RAG框架扩展到了更广泛的应用场景，实现了高效的跨模态信息检索与生成。

4. 现有RAG框架一览

当前RAG框架呈现多元化发展趋势，各具特色：

• 智能体RAG采用分层多智能体结构，通过小型预训练语言模型构建的子智能体处理特定任务，主智能体负责任务分配与知识检索，展现了较高的灵活性与效率。
• 医学领域的RULE框架着重提升医学视觉语言模型的准确性，引入校准选择策略和偏好优化机制，有效平衡了模型固有知识与检索信息。
• METRAG通过多层次思维增强方式，结合文档相似度和实用性评估，配合任务自适应摘要器，在知识密集型任务中展现优势。
• RAFT创新地引入干扰文档训练机制，结合思维链推理，增强模型辨别能力，在多个专业领域数据集上取得显著进展。
• FILCO专注于提升上下文质量，通过词汇和信息论方法筛选有效信息，解决了过度依赖或忽视检索内容的问题。
• Self-RAG引入反思机制，通过自适应检索和响应评估，使模型能够根据具体任务需求调整行为模式。

其他创新框架包括：

• MK Summary：采用准备-重写-检索-阅读的工作流程
• CommunityKG-RAG：整合知识图谱的社区结构
• RAPTOR：实现层次化信息检索

4.1 长上下文RAG技术发展

随着Gemini-1.5和GPT-4等支持长上下文的模型出现，RAG技术也相应演进：

• Self-Route实现了RAG与长上下文处理的动态调度
• SFR-RAG提供了轻量高效的外部信息整合方案
• LA-RAG专注于提升语音识别能力
• HyPA-RAG通过参数自适应优化法律文本处理
• MemoRAG创新地采用双系统架构处理非结构化知识
• NLLB-E5突破了多语言检索的限制

这些框架各具特色，推动了RAG技术在不同应用场景中的发展。

以下是修改后的版本：

5. RAG技术面临的挑战

当前RAG技术存在多个待解决的关键问题：

系统性能方面：

• 面对海量数据时的扩展性受限
• 实时处理和资源受限环境下的部署困难
• 检索效率与计算资源消耗的平衡问题

质量控制方面：

• 检索内容的相关性和时效性难以保证
• 长文本生成时的检索精确度有待提升
• 检索知识与生成内容的连贯性存在缺陷

社会影响方面：

• 数据集固有偏见可能被系统放大
• 模型决策过程缺乏透明度和可解释性
• 系统公平性与伦理问题需要关注

6. 发展趋势与前景展望

6.1 多模态技术整合

未来发展重点包括：

• 优化跨模态信息的对齐与融合
• 增强多模态输出的连贯性
• 提升跨模态检索能力

6.2 性能优化方向

关注重点：

• 开发分布式计算解决方案
• 改进索引技术
• 优化计算资源利用效率

6.3 个性化服务增强

发展方向：

• 构建用户画像驱动的检索策略
• 提升上下文理解能力
• 整合交互反馈机制

6.4 伦理与隐私保障

重点关注：

• 减少系统偏见
• 加强隐私保护
• 提高模型可解释性

6.5 语言支持拓展

发展重点：

• 增强跨语言能力
• 支持低资源语言
• 优化多语言检索生成

6.6 检索机制创新

创新方向：

• 开发动态检索策略
• 探索混合检索方法
• 优化检索效果评估

6.7 技术融合探索

未来展望：

• 与脑机接口技术结合
• 在AR/VR领域的应用
• 探索新型人机交互模式

本文转载自 ​​NLP前沿​​，作者： ​​NLP前沿​​