README.md

# 基于本地知识库的 ChatGLM 等大语言模型应用实现

## 介绍

🌍 [_READ THIS IN ENGLISH_](README_en.md)

🤖️ 一种利用 [langchain](https://github.com/hwchase17/langchain) 思想实现的基于本地知识库的问答应用，目标期望建立一套对中文场景与开源模型支持友好、可离线运行的知识库问答解决方案。

💡 受 [GanymedeNil](https://github.com/GanymedeNil) 的项目 [document.ai](https://github.com/GanymedeNil/document.ai) 和 [AlexZhangji](https://github.com/AlexZhangji) 创建的 [ChatGLM-6B Pull Request](https://github.com/THUDM/ChatGLM-6B/pull/216) 启发，建立了全流程可使用开源模型实现的本地知识库问答应用。现已支持使用 [ChatGLM-6B](https://github.com/THUDM/ChatGLM-6B) 等大语言模型直接接入，或通过 [fastchat](https://github.com/lm-sys/FastChat) api 形式接入 Vicuna, Alpaca, LLaMA, Koala, RWKV 等模型。

✅ 本项目中 Embedding 默认选用的是 [GanymedeNil/text2vec-large-chinese](https://huggingface.co/GanymedeNil/text2vec-large-chinese/tree/main)，LLM 默认选用的是 [ChatGLM-6B](https://github.com/THUDM/ChatGLM-6B)。依托上述模型，本项目可实现全部使用**开源**模型**离线私有部署**。

⛓️ 本项目实现原理如下图所示，过程包括加载文件 -> 读取文本 -> 文本分割 -> 文本向量化 -> 问句向量化 -> 在文本向量中匹配出与问句向量最相似的`top k`个 -> 匹配出的文本作为上下文和问题一起添加到`prompt`中 -> 提交给`LLM`生成回答。

📺 [原理介绍视频](https://www.bilibili.com/video/BV13M4y1e7cN/?share_source=copy_web&vd_source=e6c5aafe684f30fbe41925d61ca6d514) 

![实现原理图](img/langchain+chatglm.png)

从文档处理角度来看，实现流程如下：

![实现原理图2](img/langchain+chatglm2.png)


🚩 本项目未涉及微调、训练过程，但可利用微调或训练对本项目效果进行优化。

🐳 Docker镜像：registry.cn-beijing.aliyuncs.com/isafetech/chatmydata:1.0 （感谢 @InkSong🌲 ）

💻 运行方式：docker run -d -p 80:7860 --gpus all registry.cn-beijing.aliyuncs.com/isafetech/chatmydata:1.0 

🌐 [AutoDL 镜像](https://www.codewithgpu.com/i/imClumsyPanda/langchain-ChatGLM/langchain-ChatGLM)

📓 [ModelWhale 在线运行项目](https://www.heywhale.com/mw/project/643977aa446c45f4592a1e59)

## 变更日志

参见 [版本更新日志](https://github.com/imClumsyPanda/langchain-ChatGLM/releases)。

## 硬件需求

- ChatGLM-6B 模型硬件需求

    注：如未将模型下载至本地，请执行前检查`$HOME/.cache/huggingface/`文件夹剩余空间，模型文件下载至本地需要 15 GB 存储空间。
    注：一些其它的可选启动项见[项目启动选项](docs/StartOption.md)
    模型下载方法可参考 [常见问题](docs/FAQ.md) 中 Q8。
  
    | **量化等级**   | **最低 GPU 显存**（推理） | **最低 GPU 显存**（高效参数微调） |
    | -------------- | ------------------------- | --------------------------------- |
    | FP16（无量化） | 13 GB                     | 14 GB                             |
    | INT8           | 8 GB                     | 9 GB                             |
    | INT4           | 6 GB                      | 7 GB                              |

- MOSS 模型硬件需求
    
    注：如未将模型下载至本地，请执行前检查`$HOME/.cache/huggingface/`文件夹剩余空间，模型文件下载至本地需要 70 GB 存储空间

    模型下载方法可参考 [常见问题](docs/FAQ.md) 中 Q8。

    | **量化等级**  | **最低 GPU 显存**（推理） | **最低 GPU 显存**（高效参数微调） |
    |-------------------|-----------------------| --------------------------------- |
    | FP16（无量化） | 68 GB             | -                     |
    | INT8      | 20 GB          | -                     |

- Embedding 模型硬件需求

    本项目中默认选用的 Embedding 模型 [GanymedeNil/text2vec-large-chinese](https://huggingface.co/GanymedeNil/text2vec-large-chinese/tree/main) 约占用显存 3GB，也可修改为在 CPU 中运行。

## Docker 整合包
🐳 Docker镜像地址：`registry.cn-beijing.aliyuncs.com/isafetech/chatmydata:1.0 `🌲

💻 一行命令运行：
```shell
docker run -d -p 80:7860 --gpus all registry.cn-beijing.aliyuncs.com/isafetech/chatmydata:1.0
```

- 该版本镜像大小`25.2G`，使用[v0.1.16](https://github.com/imClumsyPanda/langchain-ChatGLM/releases/tag/v0.1.16)，以`nvidia/cuda:12.1.1-cudnn8-runtime-ubuntu22.04`为基础镜像
- 该版本内置两个`embedding`模型：`m3e-base`，`text2vec-large-chinese`，内置`fastchat+chatglm-6b`
- 该版本目标为方便一键部署使用，请确保您已经在Linux发行版上安装了NVIDIA驱动程序
- 请注意，您不需要在主机系统上安装CUDA工具包，但需要安装`NVIDIA Driver`以及`NVIDIA Container Toolkit`，请参考[安装指南](https://docs.nvidia.com/datacenter/cloud-native/container-toolkit/latest/install-guide.html)
- 首次拉取和启动均需要一定时间，首次启动时请参照下图使用`docker logs -f <container id>`查看日志
- 如遇到启动过程卡在`Waiting..`步骤，建议使用`docker exec -it <container id> bash`进入`/logs/`目录查看对应阶段日志
![](img/docker_logs.png)


## Docker 部署
为了能让容器使用主机GPU资源，需要在主机上安装 [NVIDIA Container Toolkit](https://github.com/NVIDIA/nvidia-container-toolkit)。具体安装步骤如下：
```shell
sudo apt-get update
sudo apt-get install -y nvidia-container-toolkit-base
sudo systemctl daemon-reload 
sudo systemctl restart docker
```
安装完成后，可以使用以下命令编译镜像和启动容器：
```
docker build -f Dockerfile-cuda -t chatglm-cuda:latest .
docker run --gpus all -d --name chatglm -p 7860:7860  chatglm-cuda:latest

#若要使用离线模型，请配置好模型路径，然后此repo挂载到Container
docker run --gpus all -d --name chatglm -p 7860:7860 -v ~/github/langchain-ChatGLM:/chatGLM  chatglm-cuda:latest
```


## 开发部署

### 软件需求

本项目已在 Python 3.8.1 - 3.10，CUDA 11.7 环境下完成测试。已在 Windows、ARM 架构的 macOS、Linux 系统中完成测试。

vue前端需要node18环境

### 从本地加载模型

请参考 [THUDM/ChatGLM-6B#从本地加载模型](https://github.com/THUDM/ChatGLM-6B#从本地加载模型)

### 1. 安装环境

参见 [安装指南](docs/INSTALL.md)。

### 2. 设置模型默认参数

在开始执行 Web UI 或命令行交互前，请先检查 [configs/model_config.py](configs/model_config.py) 中的各项模型参数设计是否符合需求。

如需通过 fastchat 以 api 形式调用 llm，请参考 [fastchat 调用实现](docs/fastchat.md)

### 3. 执行脚本体验 Web UI 或命令行交互

> 注：鉴于环境部署过程中可能遇到问题，建议首先测试命令行脚本。建议命令行脚本测试可正常运行后再运行 Web UI。

执行 [cli_demo.py](cli_demo.py) 脚本体验**命令行交互**：
```shell
$ python cli_demo.py
```

或执行 [webui.py](webui.py) 脚本体验 **Web 交互**

```shell
$ python webui.py
```

或执行 [api.py](api.py) 利用 fastapi 部署 API
```shell
$ python api.py
```
或成功部署 API 后，执行以下脚本体验基于 VUE 的前端页面
```shell
$ cd views 

$ pnpm i

$ npm run dev
```

VUE 前端界面如下图所示：
1. `对话` 界面
![](img/vue_0521_0.png)
2. `知识库问答` 界面
![](img/vue_0521_1.png)
3. `Bing搜索` 界面
![](img/vue_0521_2.png)

WebUI 界面如下图所示：
1. `对话` Tab 界面
![](img/webui_0521_0.png)
2. `知识库测试 Beta` Tab 界面
![](img/webui_0510_1.png)
3. `模型配置` Tab 界面
![](img/webui_0510_2.png)

Web UI 可以实现如下功能：

1. 运行前自动读取`configs/model_config.py`中`LLM`及`Embedding`模型枚举及默认模型设置运行模型，如需重新加载模型，可在 `模型配置` Tab 重新选择后点击 `重新加载模型` 进行模型加载；
2. 可手动调节保留对话历史长度、匹配知识库文段数量，可根据显存大小自行调节；
3. `对话` Tab 具备模式选择功能，可选择 `LLM对话` 与 `知识库问答` 模式进行对话，支持流式对话；
4. 添加 `配置知识库` 功能，支持选择已有知识库或新建知识库，并可向知识库中**新增**上传文件/文件夹，使用文件上传组件选择好文件后点击 `上传文件并加载知识库`，会将所选上传文档数据加载至知识库中，并基于更新后知识库进行问答；
5. 新增 `知识库测试 Beta` Tab，可用于测试不同文本切分方法与检索相关度阈值设置，暂不支持将测试参数作为 `对话` Tab 设置参数。
6. 后续版本中将会增加对知识库的修改或删除，及知识库中已导入文件的查看。

### 常见问题

参见 [常见问题](docs/FAQ.md)。

## Demo

以问题`chatglm-6b 的局限性具体体现在哪里，如何实现改进`为例：

未使用 langchain 接入本地文档时：

>ChatGLM-6B 是一个基于 GPT-3 的聊天机器人,它的局限性主要体现在以下几个方面:
>1. 语言模型的精度:GPT-3 是一种大型的语言模型,它的精度比较高,但是仍然有一些局限性。例如,它可能无法准确地理解某些方言、口音或者复杂的句子结构。
>2. 知识图谱的完整性:GPT-3 可以生成一些知识图谱,但是其完整性和准确性可能不够。例如,它可能无法准确地理解某些领域的专业知识和术语。
>3. 对话生成的连贯性:GPT-3 可以生成一些连贯的对话,但是其生成的对话可能不够自然。例如,它可能会生成一些虚假的、不连贯的对话或者误解用户的意图。
>
>为了改进 ChatGLM-6B,可以考虑以下几个方面:
>1. 提高语言模型的精度:可以通过增加训练数据、使用更好的语言模型架构、优化模型训练过程等方式来提高语言模型的精度。
>2. 增强知识图谱的完整性:可以通过增加知识图谱的维度、使用更好的知识图谱构建方法、优化知识图谱的匹配算法等方式来增强知识图谱的完整性。
>3. 提高对话生成的连贯性:可以通过增加对话生成模型的上下文信息、使用更好的上下文信息提取方法、优化对话生成模型的算法等方式来提高对话生成的连贯性。
>4. 引入更多的人类反馈:人类反馈可以帮助 ChatGLM-6B 更好地理解用户的意图和需求,从而提高对话生成的质量和准确性。可以通过引入更多的人类客服、使用人类反馈收集器等方式来引入更多的人类反馈。

使用 langchain 接入 ChatGLM-6B 项目的 README.md 文件后 ChatGLM 的回答：
>ChatGLM-6B 是一个基于深度学习的自然语言处理模型,它在回答问题方面表现出色。但是,它也有一些局限性,具体如下:
>1. 语言理解有限:ChatGLM-6B 只学习了中文自然语言,对于其他语言可能会存在理解上的局限性。
>2. 知识储备不足:ChatGLM-6B 的训练数据集只包含了中文语料,因此它可能无法回答一些非中文的问题或者某些特定领域的问题。
>3. 数据量有限:ChatGLM-6B 的训练数据集只有几百万条记录,因此它可能无法回答一些非常具体或者复杂的问题。
>
>为了改进 ChatGLM-6B,可以考虑以下几个方面:
>1. 学习更多的语言知识:可以学习其他语言的自然语言处理技术,扩大语言理解的范围。
>2. 扩大知识储备:可以收集更多的中文语料,或者使用其他语言的数据集来扩充知识储备。
>3. 增加数据量:可以使用更大的数据集来训练 ChatGLM-6B,提高模型的表现。
>4. 引入更多的评估指标:可以引入更多的评估指标来评估模型的表现,从而发现 ChatGLM-6B 存在的不足和局限性。
>5. 改进模型架构:可以改进 ChatGLM-6B 的模型架构,提高模型的性能和表现。例如,可以使用更大的神经网络或者改进的卷积神经网络结构。

## 路线图

- [ ] Langchain 应用
  - [x] 接入非结构化文档（已支持 md、pdf、docx、txt 文件格式）
  - [x] jpg 与 png 格式图片的 OCR 文字识别
  - [x] 搜索引擎接入
  - [ ] 本地网页接入
  - [ ] 结构化数据接入（如 csv、Excel、SQL 等）
  - [ ] 知识图谱/图数据库接入
  - [ ] Agent 实现
- [x] 增加更多 LLM 模型支持
  - [x] [THUDM/chatglm2-6b](https://huggingface.co/THUDM/chatglm2-6b)
  - [x] [THUDM/chatglm-6b](https://huggingface.co/THUDM/chatglm-6b)
  - [x] [THUDM/chatglm-6b-int8](https://huggingface.co/THUDM/chatglm-6b-int8)
  - [x] [THUDM/chatglm-6b-int4](https://huggingface.co/THUDM/chatglm-6b-int4)
  - [x] [THUDM/chatglm-6b-int4-qe](https://huggingface.co/THUDM/chatglm-6b-int4-qe)
  - [x] [ClueAI/ChatYuan-large-v2](https://huggingface.co/ClueAI/ChatYuan-large-v2)
  - [x] [fnlp/moss-moon-003-sft](https://huggingface.co/fnlp/moss-moon-003-sft)
  - [x] 支持通过调用 [fastchat](https://github.com/lm-sys/FastChat) api 调用 llm
- [x] 增加更多 Embedding 模型支持
  - [x] [nghuyong/ernie-3.0-nano-zh](https://huggingface.co/nghuyong/ernie-3.0-nano-zh)
  - [x] [nghuyong/ernie-3.0-base-zh](https://huggingface.co/nghuyong/ernie-3.0-base-zh)
  - [x] [shibing624/text2vec-base-chinese](https://huggingface.co/shibing624/text2vec-base-chinese)
  - [x] [GanymedeNil/text2vec-large-chinese](https://huggingface.co/GanymedeNil/text2vec-large-chinese)
  - [x] [moka-ai/m3e-small](https://huggingface.co/moka-ai/m3e-small)
  - [x] [moka-ai/m3e-base](https://huggingface.co/moka-ai/m3e-base)
- [ ] Web UI
  - [x] 基于 gradio 实现 Web UI DEMO
  - [x] 基于 streamlit 实现 Web UI DEMO
  - [x] 添加输出内容及错误提示
  - [x] 引用标注
  - [ ] 增加知识库管理
    - [x] 选择知识库开始问答
    - [x] 上传文件/文件夹至知识库
    - [x] 知识库测试
    - [ ] 删除知识库中文件
  - [x] 支持搜索引擎问答
- [ ] 增加 API 支持
  - [x] 利用 fastapi 实现 API 部署方式
  - [ ] 实现调用 API 的 Web UI Demo
- [x] VUE 前端

## 项目交流群
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