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Retrieval Augmented Generation (RAG) は、独自のナレッジベースを利用できる生成 AI アプリを構築する一般的な手法です。このチュートリアルでは、RAG アプリケーションを構築し、Weave を使用して取得ステップをトラッキングし、LLM judge を使って応答を評価する方法を説明します。これにより、アプリケーションが返す回答の品質を測定し、改善できます。 このガイドは、パイプラインに可観測性と体系的な評価を追加したい、RAG アプリケーションを構築する開発者向けです。 Evals hero

学べること

このガイドでは、次の方法を学びます。
  • ナレッジベースを構築する。
  • 関連するドキュメントを検索する 取得 step を含む RAG アプリケーションを作成する。
  • Weave で取得 step をトラッキングする。
  • LLM judge を使って RAG アプリケーションを評価し、コンテキストの適合率を測定する。
  • カスタムのスコアリング関数を定義する。

前提条件

  • W&Bアカウント
  • Python 3.10+ または Node.js 18+
  • 必要なパッケージがインストールされていること:
    • Python: pip install weave openai
    • TypeScript: npm install weave openai
  • OpenAI APIキー が環境変数として設定されていること。

ナレッジベースを構築する

ナレッジベースは、RAG アプリケーションがクエリ時に検索対象とするコーパスです。このセクションでは、少数の記事に対してベクトル埋め込みを計算し、後で特定の質問に最も関連性の高い記事を取得できるようにします。 まず、記事の埋め込みを計算します。通常、この処理は記事に対して一度だけ実行し、埋め込みとメタデータをデータベースに格納しますが、ここでは簡単にするため、スクリプトを実行するたびに毎回実行します。
from openai import OpenAI
import weave
from weave import Model
import numpy as np
import json
import asyncio

articles = [
    "Novo Nordisk and Eli Lilly rival soars 32 percent after promising weight loss drug results Shares of Denmarks Zealand Pharma shot 32 percent higher in morning trade, after results showed success in its liver disease treatment survodutide, which is also on trial as a drug to treat obesity. The trial “tells us that the 6mg dose is safe, which is the top dose used in the ongoing [Phase 3] obesity trial too,” one analyst said in a note. The results come amid feverish investor interest in drugs that can be used for weight loss.",
    "Berkshire shares jump after big profit gain as Buffetts conglomerate nears $1 trillion valuation Berkshire Hathaway shares rose on Monday after Warren Buffetts conglomerate posted strong earnings for the fourth quarter over the weekend. Berkshires Class A and B shares jumped more than 1.5%, each. Class A shares are higher by more than 17% this year, while Class B has gained more than 18%. Berkshire was last valued at $930.1 billion, up from $905.5 billion where it closed on Friday, according to FactSet. Berkshire on Saturday posted fourth-quarter operating earnings of $8.481 billion, about 28 percent higher than the $6.625 billion from the year-ago period, driven by big gains in its insurance business. Operating earnings refers to profits from businesses across insurance, railroads and utilities. Meanwhile, Berkshires cash levels also swelled to record levels. The conglomerate held $167.6 billion in cash in the fourth quarter, surpassing the $157.2 billion record the conglomerate held in the prior quarter.",
    "Highmark Health says its combining tech from Google and Epic to give doctors easier access to information Highmark Health announced it is integrating technology from Google Cloud and the health-care software company Epic Systems. The integration aims to make it easier for both payers and providers to access key information they need, even if its stored across multiple points and formats, the company said. Highmark is the parent company of a health plan with 7 million members, a provider network of 14 hospitals and other entities",
    "Rivian and Lucid shares plunge after weak EV earnings reports Shares of electric vehicle makers Rivian and Lucid fell Thursday after the companies reported stagnant production in their fourth-quarter earnings after the bell Wednesday. Rivian shares sank about 25 percent, and Lucids stock dropped around 17 percent. Rivian forecast it will make 57,000 vehicles in 2024, slightly less than the 57,232 vehicles it produced in 2023. Lucid said it expects to make 9,000 vehicles in 2024, more than the 8,428 vehicles it made in 2023.",
    "Mauritius blocks Norwegian cruise ship over fears of a potential cholera outbreak Local authorities on Sunday denied permission for the Norwegian Dawn ship, which has 2,184 passengers and 1,026 crew on board, to access the Mauritius capital of Port Louis, citing “potential health risks.” The Mauritius Ports Authority said Sunday that samples were taken from at least 15 passengers on board the cruise ship. A spokesperson for the U.S.-headquartered Norwegian Cruise Line Holdings said Sunday that 'a small number of guests experienced mild symptoms of a stomach-related illness' during Norwegian Dawns South Africa voyage.",
    "Intuitive Machines lands on the moon in historic first for a U.S. company Intuitive Machines Nova-C cargo lander, named Odysseus after the mythological Greek hero, is the first U.S. spacecraft to soft land on the lunar surface since 1972. Intuitive Machines is the first company to pull off a moon landing — government agencies have carried out all previously successful missions. The company's stock surged in extended trading Thursday, after falling 11 percent in regular trading.",
    "Lunar landing photos: Intuitive Machines Odysseus sends back first images from the moon Intuitive Machines cargo moon lander Odysseus returned its first images from the surface. Company executives believe the lander caught its landing gear sideways on the moon's surface while touching down and tipped over. Despite resting on its side, the company's historic IM-1 mission is still operating on the moon.",
]

def docs_to_embeddings(docs: list) -> list:
    openai = OpenAI()
    document_embeddings = []
    for doc in docs:
        response = (
            openai.embeddings.create(input=doc, model="text-embedding-3-small")
            .data[0]
            .embedding
        )
        document_embeddings.append(response)
    return document_embeddings

article_embeddings = docs_to_embeddings(articles) # 注: 通常、この処理は記事に対して一度だけ実行し、埋め込みとメタデータをデータベースに格納します

RAG アプリを作成する

ナレッジベースの準備ができたので、次は RAG アプリケーション自体を構築できます。このセクションでは、取得ステップと LLM Call を組み合わせ、さらにその両方を Weave でラップして、すべての入力と出力が自動的にトラッキングされるようにします。 次に、取得関数 get_most_relevant_documentweave.op() デコレータでラップし、Model クラスを作成します。取得関数を weave.op() でラップすると、呼び出しごとにその入力と出力を Weave で取得できるようになり、後で取得ステップを確認できるようになります。weave.init('<team-name>/rag-quickstart') を呼び出して、後で確認できるように関数のすべての入力と出力のトラッキングを開始します。チーム名を指定しない場合、出力は W&B のデフォルト team または entity に記録されます。
from openai import OpenAI
import weave
from weave import Model
import numpy as np
import asyncio

@weave.op()
def get_most_relevant_document(query):
    openai = OpenAI()
    query_embedding = (
        openai.embeddings.create(input=query, model="text-embedding-3-small")
        .data[0]
        .embedding
    )
    similarities = [
        np.dot(query_embedding, doc_emb)
        / (np.linalg.norm(query_embedding) * np.linalg.norm(doc_emb))
        for doc_emb in article_embeddings
    ]
    # 最も類似したドキュメントのインデックスを取得する
    most_relevant_doc_index = np.argmax(similarities)
    return articles[most_relevant_doc_index]

class RAGModel(Model):
    system_message: str
    model_name: str = "gpt-3.5-turbo-1106"

    @weave.op()
    def predict(self, question: str) -> dict: # 注: `question` は後で評価行からデータを選択するために使用されます
        from openai import OpenAI
        context = get_most_relevant_document(question)
        client = OpenAI()
        query = f"""Use the following information to answer the subsequent question. If the answer cannot be found, write "I don't know."
        Context:
        \"\"\"
        {context}
        \"\"\"
        Question: {question}"""
        response = client.chat.completions.create(
            model=self.model_name,
            messages=[
                {"role": "system", "content": self.system_message},
                {"role": "user", "content": query},
            ],
            temperature=0.0,
            response_format={"type": "text"},
        )
        answer = response.choices[0].message.content
        return {'answer': answer, 'context': context}

# team 名と project 名を設定します
weave.init('<team-name>/rag-quickstart')
model = RAGModel(
    system_message="You are an expert in finance and answer questions related to finance, financial services, and financial markets. When responding based on provided information, be sure to cite the source."
)
model.predict("What significant result was reported about Zealand Pharma's obesity trial?")

LLM judge を用いた評価

RAG アプリケーションが実行され、Weave でトラッキングされるようになったら、次のステップは、質問にどの程度適切に回答できるかを評価することです。このセクションでは、LLM を自動 judge として使用し、ラベルを手作業で作成することなくアプリケーションの応答をスコアリングする方法を示します。 アプリケーションを評価する簡単な方法がない場合、1 つの方法として、LLM を使ってそのいくつかの側面を評価できます。以下は、与えられた回答にたどり着くうえでコンテキストが有用だったかを検証するよう LLM judge に促し、コンテキストの適合率を測定しようとする例です。このプロンプトは、広く使われている RAGAS フレームワーク をもとに拡張したものです。

スコアリング関数を定義する

Build an Evaluation pipeline tutorial と同様に、アプリをテストするためのサンプル行のセットとスコアリング関数を定義します。スコアリング関数は 1 行を受け取り、それを評価します。入力引数は行内の対応するキーと一致している必要があるため、ここでの question は行の辞書から取得されます。output はモデルの出力です。モデルへの入力も、その入力引数に基づいてサンプルから取得されるため、ここでの question も同様です。この例では async 関数を使用しているので、並列に実行できます。async の簡単な入門については、Python asyncio ドキュメント を参照してください。
from openai import OpenAI
import weave
import asyncio

@weave.op()
async def context_precision_score(question, output):
    context_precision_prompt = """Given question, answer and context verify if the context was useful in arriving at the given answer. Give verdict as "1" if useful and "0" if not with json output.
    Output in only valid JSON format.

    question: {question}
    context: {context}
    answer: {answer}
    verdict: """
    client = OpenAI()

    prompt = context_precision_prompt.format(
        question=question,
        context=output['context'],
        answer=output['answer'],
    )

    response = client.chat.completions.create(
        model="gpt-4-turbo-preview",
        messages=[{"role": "user", "content": prompt}],
        response_format={ "type": "json_object" }
    )
    response_message = response.choices[0].message
    response = json.loads(response_message.content)
    return {
        "verdict": int(response["verdict"]) == 1,
    }

questions = [
    {"question": "What significant result was reported about Zealand Pharma's obesity trial?"},
    {"question": "How much did Berkshire Hathaway's cash levels increase in the fourth quarter?"},
    {"question": "What is the goal of Highmark Health's integration of Google Cloud and Epic Systems technology?"},
    {"question": "What were Rivian and Lucid's vehicle production forecasts for 2024?"},
    {"question": "Why was the Norwegian Dawn cruise ship denied access to Mauritius?"},
    {"question": "Which company achieved the first U.S. moon landing since 1972?"},
    {"question": "What issue did Intuitive Machines' lunar lander encounter upon landing on the moon?"}
]
evaluation = weave.Evaluation(dataset=questions, scorers=[context_precision_score])
asyncio.run(evaluation.evaluate(model)) # 注: 評価するモデルを定義する必要があります

任意: Scorer クラスを定義する

前のセクションのスコアリング関数はシンプルなケースではうまく機能しますが、同じ judge を複数の評価で再利用したい場合や、スコアの集計方法をカスタマイズしたい場合には、Scorer クラスが役立ちます。以下の手順では、どのような場合に定義すべきかと、その方法を示します。 アプリケーションによっては、カスタム評価クラスを作成したい場合があります。たとえば、チャットモデルやプロンプトなどのパラメーターを持つ標準化済みの LLMJudge クラス、各行に対するカスタムスコアリング、集計スコアのカスタム計算を作成したいことがあります。Weave にはそのまま使用できる Scorer クラスがいくつか用意されており、カスタム Scorer も簡単に作成できます。以下の例では、カスタム class CorrectnessLLMJudge(Scorer) を作成する方法を示します。 大まかには、カスタム Scorer を作成する手順は次のとおりです。
  1. weave.flow.scorer.Scorer を継承するカスタムクラスを定義します。
  2. score 関数をオーバーライドし、関数の各 call をトラッキングしたい場合は @weave.op() を追加します。
    • この関数では、モデルの予測結果が渡される output 引数を定義する必要があります。モデルが “None” を返す場合に備えて、タイプ Optional[dict] として定義してください。
    • 残りの引数は、汎用的な Any または dict にすることも、weave.Evaluate クラスを使用してモデルを評価する際に使うデータセットから特定の列を選ぶこともできます。preprocess_model_input を使用する場合、これらの引数名は、その処理後の単一行の列名またはキーと完全に一致している必要があります。
  3. 任意: summarize 関数をオーバーライドして、集計スコアの計算をカスタマイズします。デフォルトでは、カスタム関数を定義しない場合、Weave は weave.flow.scorer.auto_summarize 関数を使用します。
    • この関数には @weave.op() デコレーターが必要です。
from weave import Scorer

class CorrectnessLLMJudge(Scorer):
    prompt: str
    model_name: str
    device: str

    @weave.op()
    async def score(self, output: Optional[dict], query: str, answer: str) -> Any:
        """pred、query、target を比較して予測の正確性をスコアリングします。
        Args:
            - output: 評価対象のモデルから提供される dict
            - query: データセットで定義された質問
            - answer: データセットで定義された正解
        Returns:
            - 単一の dict {メトリクス名: 単一の評価値}"""

        # get_model は、指定したパラメーターに基づいてモデルを取得する汎用関数として定義されています (OpenAI、HF など)
        eval_model = get_model(
            model_name = self.model_name,
            prompt = self.prompt
            device = self.device,
        )
        # 評価を高速化するための非同期評価です。async である必要はありません
        grade = await eval_model.async_predict(
            {
                "query": query,
                "answer": answer,
                "result": output.get("result"),
            }
        )
        # 出力のパース。pydantic を使うと、より堅牢に実装できます
        evaluation = "incorrect" not in grade["text"].strip().lower()

        # Weave に表示される列名
        return {"correct": evaluation}

    @weave.op()
    def summarize(self, score_rows: list) -> Optional[dict]:
        """スコアリング関数によって各行に対して計算されたすべてのスコアを集計します。
        Args:
            - score_rows: dict のリスト。各 dict はメトリクスとスコアを持ちます
        Returns:
            - 入力と同じ構造のネストされた dict"""

        # 何も指定しない場合は weave.flow.scorer.auto_summarize 関数が使用されます
        # return auto_summarize(score_rows)

        valid_data = [x.get("correct") for x in score_rows if x.get("correct") is not None]
        count_true = list(valid_data).count(True)
        int_data = [int(x) for x in valid_data]

        sample_mean = np.mean(int_data) if int_data else 0
        sample_variance = np.var(int_data) if int_data else 0
        sample_error = np.sqrt(sample_variance / len(int_data)) if int_data else 0

        # 追加の "correct" レイヤーは必須ではありませんが、UI に構造を持たせられます
        return {
            "correct": {
                "true_count": count_true,
                "true_fraction": sample_mean,
                "stderr": sample_error,
            }
        }
これを Scorer として使用するには、初期化してから、次のように Evaluationscorers 引数に渡します。
evaluation = weave.Evaluation(dataset=questions, scorers=[CorrectnessLLMJudge()])

まとめ

このセクションでは、前のステップの内容をすべて 1 つのエンドツーエンドの例にまとめ、各要素がどのように連携するのかを確認し、それらをご自身の RAG アプリケーションに合わせて調整できるようにします。 RAG アプリケーションで同じ結果を得るには、次のようにします。
  • LLM Call と取得ステップの関数を weave.op() でラップします。
  • オプション: predict 関数とアプリケーションの詳細を含む Model のサブクラスを作成します。
  • 評価用の例を収集します。
  • 1 つの例をスコアリングする評価関数を作成します。
  • Evaluation クラスを使用して、例に対する評価を実行します。
注: Evaluation の非同期実行により、OpenAI や Anthropic などのモデルで rate limit に達することがあります。これを防ぐには、たとえば WEAVE_PARALLELISM=3 のように、並列ワーカー数を制限する環境変数を設定できます。 コード全体は次のとおりです。
from openai import OpenAI
import weave
from weave import Model
import numpy as np
import json
import asyncio

# 評価に使用するサンプル
articles = [
    "Novo Nordisk and Eli Lilly rival soars 32 percent after promising weight loss drug results Shares of Denmarks Zealand Pharma shot 32 percent higher in morning trade, after results showed success in its liver disease treatment survodutide, which is also on trial as a drug to treat obesity. The trial “tells us that the 6mg dose is safe, which is the top dose used in the ongoing [Phase 3] obesity trial too,” one analyst said in a note. The results come amid feverish investor interest in drugs that can be used for weight loss.",
    "Berkshire shares jump after big profit gain as Buffetts conglomerate nears $1 trillion valuation Berkshire Hathaway shares rose on Monday after Warren Buffetts conglomerate posted strong earnings for the fourth quarter over the weekend. Berkshires Class A and B shares jumped more than 1.5%, each. Class A shares are higher by more than 17% this year, while Class B has gained more than 18%. Berkshire was last valued at $930.1 billion, up from $905.5 billion where it closed on Friday, according to FactSet. Berkshire on Saturday posted fourth-quarter operating earnings of $8.481 billion, about 28 percent higher than the $6.625 billion from the year-ago period, driven by big gains in its insurance business. Operating earnings refers to profits from businesses across insurance, railroads and utilities. Meanwhile, Berkshires cash levels also swelled to record levels. The conglomerate held $167.6 billion in cash in the fourth quarter, surpassing the $157.2 billion record the conglomerate held in the prior quarter.",
    "Highmark Health says its combining tech from Google and Epic to give doctors easier access to information Highmark Health announced it is integrating technology from Google Cloud and the health-care software company Epic Systems. The integration aims to make it easier for both payers and providers to access key information they need, even if it's stored across multiple points and formats, the company said. Highmark is the parent company of a health plan with 7 million members, a provider network of 14 hospitals and other entities",
    "Rivian and Lucid shares plunge after weak EV earnings reports Shares of electric vehicle makers Rivian and Lucid fell Thursday after the companies reported stagnant production in their fourth-quarter earnings after the bell Wednesday. Rivian shares sank about 25 percent, and Lucids stock dropped around 17 percent. Rivian forecast it will make 57,000 vehicles in 2024, slightly less than the 57,232 vehicles it produced in 2023. Lucid said it expects to make 9,000 vehicles in 2024, more than the 8,428 vehicles it made in 2023.",
    "Mauritius blocks Norwegian cruise ship over fears of a potential cholera outbreak Local authorities on Sunday denied permission for the Norwegian Dawn ship, which has 2,184 passengers and 1,026 crew on board, to access the Mauritius capital of Port Louis, citing “potential health risks.” The Mauritius Ports Authority said Sunday that samples were taken from at least 15 passengers on board the cruise ship. A spokesperson for the U.S.-headquartered Norwegian Cruise Line Holdings said Sunday that 'a small number of guests experienced mild symptoms of a stomach-related illness' during Norwegian Dawns South Africa voyage.",
    "Intuitive Machines lands on the moon in historic first for a U.S. company Intuitive Machines Nova-C cargo lander, named Odysseus after the mythological Greek hero, is the first U.S. spacecraft to soft land on the lunar surface since 1972. Intuitive Machines is the first company to pull off a moon landing — government agencies have carried out all previously successful missions. The company's stock surged in extended trading Thursday, after falling 11 percent in regular trading.",
    "Lunar landing photos: Intuitive Machines Odysseus sends back first images from the moon Intuitive Machines cargo moon lander Odysseus returned its first images from the surface. Company executives believe the lander caught its landing gear sideways on the surface of the moon while touching down and tipped over. Despite resting on its side, the company's historic IM-1 mission is still operating on the moon.",
]

def docs_to_embeddings(docs: list) -> list:
    openai = OpenAI()
    document_embeddings = []
    for doc in docs:
        response = (
            openai.embeddings.create(input=doc, model="text-embedding-3-small")
            .data[0]
            .embedding
        )
        document_embeddings.append(response)
    return document_embeddings

article_embeddings = docs_to_embeddings(articles) # 注意: 通常、この処理は記事に対して一度だけ実行し、埋め込みとメタデータをデータベースに格納します

# 検索ステップにデコレーターを追加する
@weave.op()
def get_most_relevant_document(query):
    openai = OpenAI()
    query_embedding = (
        openai.embeddings.create(input=query, model="text-embedding-3-small")
        .data[0]
        .embedding
    )
    similarities = [
        np.dot(query_embedding, doc_emb)
        / (np.linalg.norm(query_embedding) * np.linalg.norm(doc_emb))
        for doc_emb in article_embeddings
    ]
    # 最も類似したドキュメントのインデックスを取得する
    most_relevant_doc_index = np.argmax(similarities)
    return articles[most_relevant_doc_index]

# アプリの詳細を含む Model サブクラスと、レスポンスを生成する predict 関数を作成する
class RAGModel(Model):
    system_message: str
    model_name: str = "gpt-3.5-turbo-1106"

    @weave.op()
    def predict(self, question: str) -> dict: # 注意: `question` は後で評価行からデータを選択するために使用されます
        from openai import OpenAI
        context = get_most_relevant_document(question)
        client = OpenAI()
        query = f"""Use the following information to answer the subsequent question. If the answer cannot be found, write "I don't know."
        Context:
        \"\"\"
        {context}
        \"\"\"
        Question: {question}"""
        response = client.chat.completions.create(
            model=self.model_name,
            messages=[
                {"role": "system", "content": self.system_message},
                {"role": "user", "content": query},
            ],
            temperature=0.0,
            response_format={"type": "text"},
        )
        answer = response.choices[0].message.content
        return {'answer': answer, 'context': context}

# チームとプロジェクト名を設定する
weave.init('<team-name>/rag-quickstart')
model = RAGModel(
    system_message="You are an expert in finance and answer questions related to finance, financial services, and financial markets. When responding based on provided information, be sure to cite the source."
)

# スコアリング関数は question と output を使用してスコアを生成します
@weave.op()
async def context_precision_score(question, output):
    context_precision_prompt = """Given question, answer and context verify if the context was useful in arriving at the given answer. Give verdict as "1" if useful and "0" if not with json output.
    Output in only valid JSON format.

    question: {question}
    context: {context}
    answer: {answer}
    verdict: """
    client = OpenAI()

    prompt = context_precision_prompt.format(
        question=question,
        context=output['context'],
        answer=output['answer'],
    )

    response = client.chat.completions.create(
        model="gpt-4-turbo-preview",
        messages=[{"role": "user", "content": prompt}],
        response_format={ "type": "json_object" }
    )
    response_message = response.choices[0].message
    response = json.loads(response_message.content)
    return {
        "verdict": int(response["verdict"]) == 1,
    }

questions = [
    {"question": "What significant result was reported about Zealand Pharma's obesity trial?"},
    {"question": "How much did Berkshire Hathaway's cash levels increase in the fourth quarter?"},
    {"question": "What is the goal of Highmark Health's integration of Google Cloud and Epic Systems technology?"},
    {"question": "What were Rivian and Lucid's vehicle production forecasts for 2024?"},
    {"question": "Why was the Norwegian Dawn cruise ship denied access to Mauritius?"},
    {"question": "Which company achieved the first U.S. moon landing since 1972?"},
    {"question": "What issue did Intuitive Machines' lunar lander encounter upon landing on the moon?"}
]

# Evaluation オブジェクトを定義し、サンプルの質問とスコアリング関数を渡す
evaluation = weave.Evaluation(dataset=questions, scorers=[context_precision_score])
asyncio.run(evaluation.evaluate(model))

まとめ

このチュートリアルでは、この例の取得 step のように、アプリケーションのさまざまな step に可観測性を組み込む方法を紹介しました。また、アプリケーションの応答を自動的に評価するために、LLM judge のような、より複雑なスコアリング関数を構築する方法も学びました。

次のステップ

エンジニア向けの実践的なRAG手法をさらに深く学ぶには、RAG++ courseをご覧ください。W&B、Cohere、Weaviateが提供する本番運用対応のソリューションを通じて、パフォーマンスの最適化、コスト削減、アプリケーションの精度と関連性の向上に役立つ知見を学べます。