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RAG进阶：Embedding Models嵌入式模型原理和选择

news 2025/8/15 0:54:30

一、概念与核心原理

1. 嵌入模型的本质

嵌入模型（Embedding Model）是一种将离散数据（如文本、图像）映射到连续向量空间的技术。通过高维向量表示（如 768 维或 3072 维），模型可捕捉数据的语义信息，使得语义相似的文本在向量空间中距离更近。例如，“忘记密码”和“账号锁定”会被编码为相近的向量，从而支持语义检索而非仅关键词匹配。

2. 核心作用

语义编码：将文本、图像等转换为向量，保留上下文信息（如 BERT 的 CLS Token 或均值池化。)
相似度计算：通过余弦相似度、欧氏距离等度量向量关联性，支撑检索增强生成（RAG）、推荐系统等应用。
信息降维：压缩复杂数据为低维稠密向量，提升存储与计算效率。

3. 关键技术原理

上下文依赖：现代模型（如 BGE-M3）动态调整向量，捕捉多义词在不同语境中的含义。
训练方法：对比学习（如 Word2Vec 的 Skip-gram/CBOW）、预训练+微调（如 BERT）。

二、主流模型分类与选型指南

Embedding模型将文本转换为数值向量，捕捉语义信息，使计算机能够理解和比较内容的"意义"。

选择Embedding模型的考虑因素：

因素	说明
任务性质	匹配任务需求(问答、搜索、聚类等)
领域特性	通用vs专业领域(医学、法律等)
多语言支持	需处理多语言内容时考虑
维度	权衡信息丰富度与计算成本
许可条款	开源vs专有服务
最大tokens	适合的上下文窗口大小

最佳实践：为特定应用测试多个embedding模型，评估在实际数据上的性能而非仅依赖通用基准。

我们一般拿问答系统的标准评估数据集SQuAD（的验证集）进行评估，SQuAD是由斯坦福大学发布的用于 阅读理解问答任务 的英文数据集。主要用于训练和评估模型：根据一段文章回答相关的问题。数据集中每个样本包括：

一段文章（context）
一个问题（question）
正确答案（answer），答案是文章中的一段文本。

下载地址：https://rajpurkar.github.io/SQuAD-explorer/dataset/dev-v2.0.json

我们拿2个Embedding模型进行评估对比，其代码如下：

# embedding_model效果对比
from sentence_transformers import SentenceTransformer, util
import json
import numpy as np# 加载SQuAD数据（假设已处理成列表格式）
with open(r"D:\Test\LLMTrain\day18\data\squad_dev.json") as f:squad_data = json.load(f)["data"]# 提取问题和答案对
qa_pairs = []
for article in squad_data:for para in article["paragraphs"]:for qa in para["qas"]:if not qa["is_impossible"]:qa_pairs.append({"question": qa["question"],"answer": qa["answers"][0]["text"],"context": para["context"]})# 初始化两个本地模型
model1 = SentenceTransformer(r'D:\Test\LLMTrain\testllm\llm\sentence-transformers\paraphrase-multilingual-MiniLM-L12-v2')  # 模型1
model2 = SentenceTransformer(r'D:\Test\LLMTrain\testllm\llm\sungw111\text2vec-base-chinese-sentence')  # 模型2# 编码所有上下文（作为向量库）
contexts = [item["context"] for item in qa_pairs]
context_embeddings1 = model1.encode(contexts)  # 模型1的向量库
context_embeddings2 = model2.encode(contexts)  # 模型2的向量库# 评估函数
def evaluate(model, query_embeddings, context_embeddings):correct = 0for idx, qa in enumerate(qa_pairs[:100]):  # 测试前100条# 查找最相似上下文sim_scores = util.cos_sim(query_embeddings[idx], context_embeddings)best_match_idx = np.argmax(sim_scores)# 检查答案是否在匹配段落中if qa["answer"] in contexts[best_match_idx]:correct += 1return correct / len(qa_pairs[:100])# 编码所有问题
query_embeddings1 = model1.encode([qa["question"] for qa in qa_pairs[:100]])
query_embeddings2 = model2.encode([qa["question"] for qa in qa_pairs[:100]])# 执行评估
acc1 = evaluate(model1, query_embeddings1, context_embeddings1)
acc2 = evaluate(model2, query_embeddings2, context_embeddings2)print(f"模型1准确率: {acc1:.2%}")
print(f"模型2准确率: {acc2:.2%}")

打印的结果是：

模型1准确率: 47.00%
模型2准确率: 22.00%

由此，我们就可以知道两个Embedding模型在英文的场景下的理解能力。

Embedding模型有很多种，以下是一些主流分类和选型指南。

1. 通用全能型

BGE-M3：北京智源研究院开发，支持多语言、混合检索（稠密+稀疏向量），处理 8K 上下文，适合企业级知识库。
NV-Embed-v2：基于 Mistral-7B，检索精度高（MTEB 得分 62.65），但需较高计算资源。

2.垂直领域特化型

中文场景： BGE-large-zh-v1.5 （合同/政策文件）、 M3E-base （社交媒体分析）。
多模态场景： BGE-VL （图文跨模态检索），联合编码 OCR 文本与图像特征。

3.轻量化部署型

nomic-embed-text：768 维向量，推理速度比 OpenAI 快 3 倍，适合边缘设备。
gte-qwen2-1.5b-instruct：1.5B 参数，16GB 显存即可运行，适合初创团队原型验。

选型决策树：

1. 中文为主 → BGE 系列 > M3E；
2. 多语言需求 → BGE-M3 > multilingual-e5；
3. 预算有限 → 开源模型（如 Nomic Embed）

三、代码案例操作

1、从魔塔社区下载Embedding

#模型下载
from modelscope import snapshot_download
model_dir = snapshot_download('BAAI/bge-m3',cache_dir=r"D:\Test\LLMTrain\testllm\llm")

2、语义相似度测试

安装包

pip install -U sentence-transformers

逻辑代码

from sentence_transformers import SentenceTransformermodel = SentenceTransformer("BAAI/bge-m3")  # 或 "all-MiniLM-L6-v2"sentences = ["这是一只猫。", "This is a cat."]
embeddings = model.encode(sentences)# 看相似度
from sklearn.metrics.pairwise import cosine_similarity
print(cosine_similarity([embeddings[0]], [embeddings[1]])) # 结果：0.94xxx

使用LlamaIndex的演示代码：

from llama_index.embeddings.huggingface import HuggingFaceEmbedding
import numpy as np# 加载 BGE 中文嵌入模型
model_name = r"D:\Test\LLMTrain\testllm\llm\BAAI\bge-m3"
embed_model = HuggingFaceEmbedding(model_name=model_name,device="cpu",  #  使用 GPU为 cuda，如果没有 GPU 改为 "cpu"normalize=True,  # 归一化向量，方便计算余弦相似度
)# 嵌入文档
documents = ["忘记密码如何处理？", "用户账号被锁定"]
doc_embeddings = [embed_model.get_text_embedding(doc) for doc in documents]# 嵌入查询并计算相似度
query = "密码重置流程"
query_embedding = embed_model.get_text_embedding(query)# 计算余弦相似度（因为 normalize=True，点积就是余弦相似度）
similarity = np.dot(query_embedding, doc_embeddings[0])
print(f"相似度：{similarity:.4f}")  # 输出示例：0.7942

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