好久沒分享過綜述了，今天分享一個最新的RAG綜述，來自卡內基梅隆大學。標題：A Comprehensive Survey of Retrieval-Augmented Generation (RAG): Evolution, Current Landscape and Future Directions

1. 引言

1.1 RAG技術概述

檢索增強生成技術（RAG）主要由兩個關鍵部分構成：其一是檢索組件，主要職責是從外部數據庫（如維基百科或私有庫）中提取相關信息，通過密集向量表征進行文檔識別；其二是生成組件，基于transformer結構，對獲取的信息進行處理并輸出自然語言文本。這種技術有效降低了內容生成中的虛假信息，提升了文本的準確性和語境適應性。目前，RAG已在開放域問答、智能對話系統及個性化推薦等多個方向得到應用。

1.2 檢索與生成的融合系統

在RAG技術問世以前，NLP領域主要采用單一的檢索或生成方法。傳統檢索系統雖能快速定位相關文檔，但缺乏信息整合能力；純生成模型盡管表達流暢富有創意，卻常有事實偏差。這兩種方法各有優劣，促使研究者開始探索融合方案，其中DrQA是較早將檢索技術應用于問答任務的代表。

1.3 RAG系統的挑戰

該技術面臨幾個主要問題：首先，在處理模糊查詢和專業領域檢索時準確度不足，即使采用DPR等技術，仍可能出現檢索偏差；其次，檢索信息與生成內容的整合有時顯得生硬，影響輸出質量；再次，系統運行需要大量計算資源，特別是在規模化應用場景下；最后，還存在偏見傳播和透明度等倫理問題，雖然RAG可能通過多元信息檢索減少偏見，但仍需警惕信息源本身的偏向性。

2. RAG技術架構詳解

2.1 基本框架

RAG系統由檢索器和生成器兩部分組成，前者負責文檔檢索，后者整合信息生成回應。相比傳統模型，RAG能夠實時調用外部知識，性能優于固定數據集的生成模型。

2.2 檢索技術分析

2.2.1 BM25算法

作為傳統檢索方法，BM25基于TF-IDF原理對文檔進行排序。雖然在關鍵詞匹配方面表現優異，但在語義理解上存在局限。

2.2.2 DPR技術

DPR采用雙編碼器架構，將查詢和文檔映射至高維向量空間，通過語義相似度進行匹配，在開放域問答中展現出優異性能。

2.2.3 REALM方案

REALM創新地將檢索過程融入語言模型訓練，實現檢索器與生成器的協同優化。通過同步更新機制，該方法在知識密集型任務中展現出優勢。

最新研究顯示，Self-RAG和REPLUG等技術通過引入LLM提升了檢索能力。這些系統運用注意力機制處理輸入和檢索文本，確保生成過程中突出重要信息，盡管計算開銷較大。

2.3 生成模塊解析

生成模塊作為RAG系統的重要組成部分，主要負責整合檢索信息與輸入內容，輸出連貫的響應結果。該模塊以大規模語言模型為基礎，確保輸出內容的流暢性與準確性，并與初始查詢保持高度相關。

2.3.1 文本轉換轉換器T5

作為文本生成的主流選擇，T5模型將所有自然語言處理任務統一為文本轉換框架。這種設計理念使其在問答、摘要等多種任務中展現出優異的適應性。在與檢索模塊結合后，T5基礎的RAG系統在多個評測數據集上取得了顯著成果，尤其是在Natural Questions和TriviaQA等測試中的表現超越了傳統生成模型。其出色的多任務處理能力使其成為知識密集型應用的理想選擇。

2.3.2 雙向自回歸轉換器BART

BART在處理含噪聲輸入的文本生成任務中表現突出，特別適合摘要和開放域問答等應用。其去噪自編碼機制能夠有效重構受損文本序列，當與檢索功能結合時，顯著提升了生成內容的事實準確度。

3. 多模態RAG技術探析

3.1 文本RAG技術

文本領域的RAG應用最為成熟，以BERT和T5為代表的Transformer架構為核心，通過注意力機制增強了文本理解能力，推動了多種實際應用的發展。

3.2 音頻RAG技術

音頻RAG技術將檢索增強生成擴展到語音領域，借助Wav2Vec 2.0等預訓練模型進行特征表示，為語音識別等應用提供支持。

3.3 視頻RAG技術

視頻RAG模型通過I3D TimeSformer等技術捕捉時空特征，實現了視覺與文本信息的融合，提升了視頻理解和字幕生成等任務的效果。

3.4 跨模態RAG應用

跨模態RAG技術整合了多種數據形式，如Flamingo模型實現了文本、圖像和視頻的統一處理。"檢索即生成"方法通過利用大規模配對數據集，將RAG框架擴展到了更廣泛的應用場景，實現了高效的跨模態信息檢索與生成。

4. 現有RAG框架一覽

當前RAG框架呈現多元化發展趨勢，各具特色：

• 智能體RAG采用分層多智能體結構，通過小型預訓練語言模型構建的子智能體處理特定任務，主智能體負責任務分配與知識檢索，展現了較高的靈活性與效率。
• 醫學領域的RULE框架著重提升醫學視覺語言模型的準確性，引入校準選擇策略和偏好優化機制，有效平衡了模型固有知識與檢索信息。
• METRAG通過多層次思維增強方式，結合文檔相似度和實用性評估，配合任務自適應摘要器，在知識密集型任務中展現優勢。
• RAFT創新地引入干擾文檔訓練機制，結合思維鏈推理，增強模型辨別能力，在多個專業領域數據集上取得顯著進展。
• FILCO專注于提升上下文質量，通過詞匯和信息論方法篩選有效信息，解決了過度依賴或忽視檢索內容的問題。
• Self-RAG引入反思機制，通過自適應檢索和響應評估，使模型能夠根據具體任務需求調整行為模式。

其他創新框架包括：

• MK Summary：采用準備-重寫-檢索-閱讀的工作流程
• CommunityKG-RAG：整合知識圖譜的社區結構
• RAPTOR：實現層次化信息檢索

4.1 長上下文RAG技術發展

隨著Gemini-1.5和GPT-4等支持長上下文的模型出現，RAG技術也相應演進：

• Self-Route實現了RAG與長上下文處理的動態調度
• SFR-RAG提供了輕量高效的外部信息整合方案
• LA-RAG專注于提升語音識別能力
• HyPA-RAG通過參數自適應優化法律文本處理
• MemoRAG創新地采用雙系統架構處理非結構化知識
• NLLB-E5突破了多語言檢索的限制

這些框架各具特色，推動了RAG技術在不同應用場景中的發展。

以下是修改后的版本：

5. RAG技術面臨的挑戰

當前RAG技術存在多個待解決的關鍵問題：

系統性能方面：

• 面對海量數據時的擴展性受限
• 實時處理和資源受限環境下的部署困難
• 檢索效率與計算資源消耗的平衡問題

質量控制方面：

• 檢索內容的相關性和時效性難以保證
• 長文本生成時的檢索精確度有待提升
• 檢索知識與生成內容的連貫性存在缺陷

社會影響方面：

• 數據集固有偏見可能被系統放大
• 模型決策過程缺乏透明度和可解釋性
• 系統公平性與倫理問題需要關注

6. 發展趨勢與前景展望

6.1 多模態技術整合

未來發展重點包括：

• 優化跨模態信息的對齊與融合
• 增強多模態輸出的連貫性
• 提升跨模態檢索能力

6.2 性能優化方向

關注重點：

• 開發分布式計算解決方案
• 改進索引技術
• 優化計算資源利用效率

6.3 個性化服務增強

發展方向：

• 構建用戶畫像驅動的檢索策略
• 提升上下文理解能力
• 整合交互反饋機制

6.4 倫理與隱私保障

重點關注：

• 減少系統偏見
• 加強隱私保護
• 提高模型可解釋性

6.5 語言支持拓展

發展重點：

• 增強跨語言能力
• 支持低資源語言
• 優化多語言檢索生成

6.6 檢索機制創新

創新方向：

• 開發動態檢索策略
• 探索混合檢索方法
• 優化檢索效果評估

6.7 技術融合探索

未來展望：

• 與腦機接口技術結合
• 在AR/VR領域的應用
• 探索新型人機交互模式

本文轉載自 ??NLP前沿??，作者： ??NLP前沿??