基于Python的自然语言处理系列(54):Neo4j DB QA Chain 实战

        在本篇文章中,我们将演示如何利用LangChain框架和Neo4j图数据库来构建一个基于问答链(QA Chain)的查询系统。通过调用大语言模型(LLM),可以动态生成Cypher查询,从而简化数据库查询的流程。这种方法非常适合应用于知识图谱、推荐系统等需要灵活数据查询的场景。

一、准备工作

        在开始之前,请确保已经安装了Neo4j和LangChain库,并且已将Neo4j数据库在本地运行。

pip install openai langchain neo4j

二、设置LLM

        首先,设置并加载大语言模型(LLM),在这里我们将使用OpenAI的GPT模型。为了安全起见,API密钥应存储在环境变量中。以下代码片段演示了如何加载API密钥并初始化LLM实例。

import openai
from dotenv import load_dotenv
import os
from langchain.chat_models import ChatOpenAI

# 加载环境变量中的API密钥
load_dotenv()
api_key = os.getenv("OPENAI_API_KEY")
organization = os.getenv("OPEN_AI_ORG")

# 初始化LLM
llm = ChatOpenAI(
    openai_api_key=api_key,
    openai_organization=organization,
    max_tokens=1500
)

三、连接到Neo4j数据库

        接下来,使用Neo4jGraph类连接到本地Neo4j数据库,设置连接地址和用户名、密码。确保数据库已在端口7687上运行。

from langchain.graphs import Neo4jGraph

graph = Neo4jGraph(
    url="bolt://localhost:7687",
    username="neo4j",
    password="12345678"
)

四、向数据库插入数据

        假设数据库当前是空的。我们可以使用Cypher查询语句添加数据。在本例中,我们添加了电影《壮志凌云》的演员信息。MERG

<think>好的,用户现在问的是关于LangChain的实现。之前他们问过GraphGrads Neo4j Demo,可能现在想了解如何将LangChainNeo4j结合使用,或者用LangChain来构建某种应用。首先,我需要确认用户的具体需求,但根据问题,他们可能希望了解LangChain的基本概念和实现方法。 首先,我需要回顾LangChain的基本信息。LangChain是一个用于开发大语言模型应用的框架,支持数据感知和代理能力。用户可能想了解如何用它来连接不同的组件,比如数据库、API,或者处理文本数据。 接下来,用户之前提到了Neo4j的Demo,可能他们现在对如何将LangChain与图数据库结合感兴趣。不过当前问题只是关于LangChain的实现,所以需要先介绍LangChain本身,之后如果有机会再扩展到与Neo4j的整合。 用户可能的场景包括构建聊天机器人、文档问答系统,或者自动化工作流。他们可能希望了解如何开始使用LangChain,需要哪些步骤,以及具体的代码示例。 需要确保回答结构清晰,分步骤说明,并提供示例代码。同时,要检查是否需要补充LangChain的核心组件,比如Models、Indexes、Memory、Chains、Agents等部分,以及如何实际应用这些组件。 另外,用户可能对实际应用案例感兴趣,比如如何使用LangChain处理PDF文档或连接外部API,所以需要准备这些例子。同时,要提醒安装步骤和常见的学习资源,帮助用户进一步学习。 最后,确保回答符合之前设定的格式要求,使用中文,行内公式用$...$,独立公式用$$...$$,代码块用反引号,结构清晰。需要验证所有技术细节是否正确,比如示例代码是否有误,术语是否准确。</think>以下是对LangChain框架实现的详细说明,采用分步解析结构: --- ### 一、LangChain核心架构 $$Application = \sum_{i=1}^{n}(Component_i \otimes Integration_j)$$ - **六大核心组件**: 1. `Models`:对接LLM(如GPT-4/Claude)或嵌入模型 2. `Indexes`:构建文档向量数据库(如Chroma/FAISS) 3. `Memory`:实现对话状态维护($s_{t+1} = f(s_t, a_t)$) 4. `Chains`:组合操作流程(如$RAG = Retrieval \rightarrow Augment \rightarrow Generate$) 5. `Agents`:动态决策模块 6. `Tools`:外部API接入(Google搜索/Wolfram Alpha等) --- ### 二、基础实现步骤(以文档问答为例) #### 步骤1:环境配置 ```python # 安装核心包 !pip install langchain openai chromadb tiktoken ``` #### 步骤2:文档加载与分块 ```python from langchain.document_loaders import PyPDFLoader from langchain.text_splitter import RecursiveCharacterTextSplitter loader = PyPDFLoader("tech_report.pdf") pages = loader.load() text_splitter = RecursiveCharacterTextSplitter( chunk_size=1000, chunk_overlap=200 ) docs = text_splitter.split_documents(pages) ``` #### 步骤3:构建向量库 ```python from langchain.embeddings import OpenAIEmbeddings from langchain.vectorstores import Chroma embeddings = OpenAIEmbeddings(openai_api_key="YOUR_KEY") vectorstore = Chroma.from_documents(docs, embeddings) ``` #### 步骤4:创建问答链 ```python from langchain.chat_models import ChatOpenAI from langchain.chains import RetrievalQA llm = ChatOpenAI(temperature=0) qa_chain = RetrievalQA.from_chain_type( llm, retriever=vectorstore.as_retriever(), chain_type="stuff" ) ``` #### 步骤5:执行查询 ```python query = "请总结文档中的关键技术要点" response = qa_chain.run(query) print(response) # 输出结构化回答 ``` --- ### 三、高级功能实现案例 #### 案例1:带记忆的聊天机器人 ```python from langchain.memory import ConversationBufferMemory memory = ConversationBufferMemory( memory_key="chat_history", return_messages=True ) chat_chain = ConversationChain( llm=ChatOpenAI(), memory=memory ) ``` #### 案例2:SQL数据库代理 ```python from langchain.agents import create_sql_agent from langchain.agents.agent_toolkits import SQLDatabaseToolkit db_toolkit = SQLDatabaseToolkit(db=SQLDatabase.from_uri("sqlite:///chinook.db")) agent = create_sql_agent( llm=OpenAI(temperature=0), toolkit=db_toolkit, verbose=True ) agent.run("去年销售额最高的产品是什么?") ``` --- ### 四、性能优化建议 1. **分块策略**:根据文档类型调整`chunk_size`(技术文档建议$800 \sim 1200$ tokens) 2. **检索增强**:使用HyDE技术提升相关性: $$q' = f_{LLM}(q) \quad \text{生成假设答案作为查询扩展}$$ 3. **缓存机制**:对高频查询使用`SQLiteCache`或`RedisCache` --- ### 五、典型应用场景 - 企业知识库问答系统(RAG架构) - 自动化数据分析报告生成 - 多步骤任务处理(如:邮件解析→数据库更新→通知发送) - 实时网络信息整合(通过`GoogleSearchAPIWrapper`) 如需具体场景的完整代码实现方案,请说明目标应用领域和技术需求。
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