Spring AI 驱动的企业级 RAG 系统:从技术原理到落地实践,一文看懂!
Spring AI 驱动的企业级 RAG 系统:从技术原理到落地实践,一文看懂!
本专题聚焦 Spring AI 框架与检索增强生成(RAG)技术的深度融合,旨在全方位展现二者结合所释放的技术价值与商业潜力。我们将围绕企业内部知识库问答、智能客服响应、教育领域答疑、技术文档助手、医疗知识查询等核心场景展开深度剖析——每个场景不仅提供可复现的实现案例、关键问题诊断思路及优化方案,还将额外补充场景适配技巧(如医疗场景的隐私数据脱敏方案、教育场景的知识点分层检索策略),帮助您更透彻地理解 RAG 技术如何攻克大模型“幻觉”难题,以及 Spring AI 如何通过标准化 API 降低 AI 系统的开发门槛与维护成本,最终助力企业解锁基于私有知识库的可控智能生成能力。
在本文中,我们将以 Java Spring AI 框架为技术底座,全程演示企业级 RAG 系统的“0 到 1”构建过程,覆盖文档自动化处理、向量高效存储、智能检索匹配、增强生成输出四大核心环节,并融入实际项目中的性能调优与安全防护要点。
一、系统目标与核心需求拆解
RAG 系统的核心价值在于让大模型“有据可依”——基于企业私有知识库内容生成精准、可控的回答,彻底解决大模型“无中生有”的幻觉问题,同时满足知识库动态更新、高并发检索、多格式文档兼容等企业级需求,在企业培训、客户服务、技术支持等场景中实现降本增效。
1. 系统核心目标
- 闭环化“检索-生成”流程:精准定位知识库中与用户问题匹配的核心内容,结合大模型生成完全贴合知识库、无额外冗余信息的回答,同时保障企业私有数据在检索与生成过程中的安全性(如数据传输加密、访问权限控制)。
- 高可用架构设计:支持 GB 级大规模文档的批量导入与解析,可稳定应对每秒 100+ 并发查询请求,且系统响应延迟严格控制在 3 秒以内,满足企业高峰期业务需求。
- 多场景灵活适配:兼容 PDF、Word、Markdown、Excel 等主流文档格式,提供“文档新增-内容更新-历史删除”的全生命周期管理能力,同时支持按业务线、部门划分知识库分区,满足多团队协同需求。
2. 关键功能需求
- 文档自动化处理:系统需自动完成文档解析(精准提取文本,保留表格、代码块等结构化信息)、文本分块(按语义逻辑拆分,避免信息断裂)、向量嵌入(将文本转化为机器可识别的向量),并同步存储至向量数据库,全程无需人工干预。
- 友好化接口设计:提供两类核心 HTTP 接口——文档上传接口(支持单文件/多文件批量上传,返回处理进度与结果)、问答查询接口(接收用户问题,返回带引用来源、相似度得分的结构化回答),便于前端系统或第三方应用集成。
- 检索精度优化:针对低相关性检索结果,支持基于语义相似度的上下文重排序、关键词过滤(如排除过期文档中的无效信息);针对短文本问题(如“年假怎么申请”),自动补充语义扩展(如关联“年假申请流程”“年假审批条件”等相关维度),提升检索准确性。
- 全链路监控与异常处理:对文档解析失败(如损坏文件)、向量数据库连接中断、大模型调用超时/密钥失效等异常场景,提供明确的错误码与描述信息,并记录详细日志(含时间戳、请求参数、异常堆栈),支持日志可视化分析,便于运维人员快速排查问题。
二、核心技术栈选型与适配分析
RAG 系统的实现依赖“文档处理-向量存储-检索匹配-增强生成”四大核心模块,结合 Spring AI 框架的生态优势与企业级项目的稳定性需求,技术栈选型如下表所示,同时补充各组件的适配理由与替代方案参考:
技术组件 | 作用说明 | 适配理由与替代方案参考 |
---|---|---|
Spring AI 0.8.1 | 核心开发框架,提供大模型(如通义千问、GPT)、向量存储(如 Milvus、Elasticsearch)的标准化集成 API,简化配置与调用流程。 | 适配理由:与 Spring Boot 生态无缝衔接,降低 Java 开发者学习成本;替代方案:若需兼容更多大模型,可搭配 LangChain4j 框架补充。 |
Milvus 2.3.0 | 开源向量数据库,用于存储文档分块的向量数据,支持近似最近邻(ANN)检索、动态数据更新,且具备水平扩展能力。 | 适配理由:支持高维向量(如 1536 维的通义千问 Embedding),检索性能优于传统关系型数据库;替代方案:小规模场景可选用 Elasticsearch 7.10+(支持向量检索)。 |
Apache Tika 2.9.0 | 文档解析工具,支持 PDF、Word、Excel、PPT 等 1000+ 格式的文本提取,可保留文档结构信息(如表格、列表)。 | 适配理由:解析兼容性强,无需针对不同格式开发单独解析逻辑;替代方案:若仅需处理 PDF,可选用 PDFBox(轻量级)。 |
LangChain4j 0.24.0 | 辅助文本分块与检索链管理,提供递归字符分块、语义分块等多种分块策略,支持自定义分块规则。 | 适配理由:分块算法成熟,可根据文档类型(如技术文档、FAQ)动态调整分块粒度;替代方案:简单场景可基于 Apache Commons Text 实现自定义分块。 |
通义千问 API(qwen-turbo) | 大模型服务,用于基于检索到的上下文生成自然语言回答,支持中文场景优化,响应速度快(平均 500ms 内)。 | 适配理由:国内网络环境友好,无需额外配置代理,且支持低成本的 API 调用;替代方案:若需更强的代码生成能力,可选用 CodeLlama(开源部署)。 |
三、添加项目依赖
在 Maven 项目中,通过以下依赖引入 Spring AI、Milvus、Tika 等核心组件(需提前配置 Spring 官方仓库或阿里云镜像):
<!-- Spring Boot 基础依赖 -->
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
<version>3.2.5</version>
</dependency>
<!-- Spring AI 核心依赖(集成大模型与向量存储) -->
<dependency>
<groupId>org.springframework.ai</groupId>
<artifactId>spring-ai-core</artifactId>
<version>0.8.1</version>
</dependency>
<!-- Spring AI 通义千问集成(大模型) -->
<dependency>
<groupId>org.springframework.ai</groupId>
<artifactId>spring-ai-qwen</artifactId>
<version>0.8.1</version>
</dependency>
<!-- Spring AI Milvus 集成(向量数据库) -->
<dependency>
<groupId>org.springframework.ai</groupId>
<artifactId>spring-ai-milvus-store</artifactId>
<version>0.8.1</version>
</dependency>
<!-- 文档解析:Apache Tika -->
<dependency>
<groupId>org.apache.tika</groupId>
<artifactId>tika-core</artifactId>
<version>2.9.0</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.apache.tika</groupId>
<artifactId>tika-parsers-standard-package</artifactId>
<version>2.9.0</version>
</dependency>
<!-- 文本分块:LangChain4j -->
<dependency>
<groupId>dev.langchain4j</groupId>
<artifactId>langchain4j-core</artifactId>
<version>0.24.0</version>
</dependency>
<!-- 工具类:Apache Commons IO(文件处理) -->
<dependency>
<groupId>commons-io</groupId>
<artifactId>commons-io</artifactId>
<version>2.15.1</version>
</dependency>
同时,在 application.yml
中配置大模型与向量数据库的连接信息(需替换为实际环境参数):
spring:
# 通义千问大模型配置(需申请 API 密钥)
ai:
qwen:
api-key: your-qwen-api-key
base-url: https://dashscope.aliyuncs.com/compatible-mode/v1
# Milvus 向量数据库配置
milvus:
host: 127.0.0.1
port: 19530
database-name: rag_knowledge_base
collection-name: document_chunks
embedding-dimension: 1536 # 通义千问 embedding 维度
四、关键服务实现
RAG 系统的核心逻辑封装在 3 个服务中:DocumentProcessingService
(文档处理)、KnowledgeBaseRetrievalService
(知识库检索)、RagGenerationService
(增强生成)。以下是完整代码实现:
1. 文档处理服务:DocumentProcessingService
负责文档解析、文本分块、向量嵌入与存储,是知识库构建的核心:
import dev.langchain4j.data.document.Document;
import dev.langchain4j.data.document.loader.FileSystemDocumentLoader;
import dev.langchain4j.data.document.splitter.DocumentSplitters;
import dev.langchain4j.data.segment.TextSegment;
import org.apache.tika.metadata.Metadata;
import org.apache.tika.parser.AutoDetectParser;
import org.apache.tika.sax.BodyContentHandler;
import org.springframework.ai.embedding.EmbeddingClient;
import org.springframework.ai.milvus.MilvusVectorStore;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Service;
import org.xml.sax.ContentHandler;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.util.List;
@Service
public class DocumentProcessingService {
// 注入 Spring AI 向量存储(Milvus)与嵌入客户端(通义千问)
@Autowired
private MilvusVectorStore milvusVectorStore;
@Autowired
private EmbeddingClient embeddingClient;
/**
* 处理上传的文档:解析 -> 分块 -> 嵌入 -> 存储
* @param documentPath 本地文档路径(如 /upload/enterprise_manual.pdf)
* @return 处理结果(成功/失败 + 分块数量)
*/
public String processDocument(String documentPath) {
try {
// 1. 文档解析:提取文本(支持多格式)
File documentFile = new File(documentPath);
String documentText = parseDocumentText(documentFile);
if (documentText.isEmpty()) {
return "文档解析失败:未提取到文本(可能是空白文档或损坏文件)";
}
// 2. 文本分块:按语义分割(避免跨段落语义断裂)
// 分块大小:512 字符,重叠度:50 字符(保证上下文连续性)
Document document = Document.from(documentText, "企业知识库文档");
List<TextSegment> textSegments = DocumentSplitters
.recursive(512, 50)
.split(document);
// 3. 向量嵌入与存储:将分块转化为向量并写入 Milvus
milvusVectorStore.add(embeddingClient.embed(textSegments));
return String.format("文档处理成功!共生成 %d 个文本分块,已存入知识库", textSegments.size());
} catch (Exception e) {
return "文档处理失败:" + e.getMessage();
}
}
/**
* 解析文档文本(基于 Apache Tika)
*/
private String parseDocumentText(File documentFile) throws Exception {
ContentHandler contentHandler = new BodyContentHandler(-1); // -1 表示不限制文本长度
Metadata metadata = new Metadata();
AutoDetectParser parser = new AutoDetectParser(); // 自动识别文档格式
try (FileInputStream inputStream = new FileInputStream(documentFile)) {
parser.parse(inputStream, contentHandler, metadata);
return contentHandler.toString().trim();
}
}
/**
* 从知识库删除文档(按文档路径匹配)
*/
public String deleteDocument(String documentPath) {
// 实际场景需通过文档元数据(如路径)筛选并删除,此处简化逻辑
milvusVectorStore.delete(documentPath);
return "文档已从知识库删除:" + documentPath;
}
}
2. 知识库检索服务:KnowledgeBaseRetrievalService
负责接收用户问题,生成查询向量,从 Milvus 检索最相关的文本分块:
import dev.langchain4j.data.document.Document;
import dev.langchain4j.data.document.loader.FileSystemDocumentLoader;
import dev.langchain4j.data.document.splitter.DocumentSplitters;
import dev.langchain4j.data.segment.TextSegment;
import org.apache.tika.metadata.Metadata;
import org.apache.tika.parser.AutoDetectParser;
import org.apache.tika.sax.BodyContentHandler;
import org.springframework.ai.embedding.EmbeddingClient;
import org.springframework.ai.milvus.MilvusVectorStore;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Service;
import org.xml.sax.ContentHandler;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.util.List;
@Service
public class DocumentProcessingService {
// 注入 Spring AI 向量存储(Milvus)与嵌入客户端(通义千问)
@Autowired
private MilvusVectorStore milvusVectorStore;
@Autowired
private EmbeddingClient embeddingClient;
/**
* 处理上传的文档:解析 -> 分块 -> 嵌入 -> 存储
* @param documentPath 本地文档路径(如 /upload/enterprise_manual.pdf)
* @return 处理结果(成功/失败 + 分块数量)
*/
public String processDocument(String documentPath) {
try {
// 1. 文档解析:提取文本(支持多格式)
File documentFile = new File(documentPath);
String documentText = parseDocumentText(documentFile);
if (documentText.isEmpty()) {
return "文档解析失败:未提取到文本(可能是空白文档或损坏文件)";
}
// 2. 文本分块:按语义分割(避免跨段落语义断裂)
// 分块大小:512 字符,重叠度:50 字符(保证上下文连续性)
Document document = Document.from(documentText, "企业知识库文档");
List<TextSegment> textSegments = DocumentSplitters
.recursive(512, 50)
.split(document);
// 3. 向量嵌入与存储:将分块转化为向量并写入 Milvus
milvusVectorStore.add(embeddingClient.embed(textSegments));
return String.format("文档处理成功!共生成 %d 个文本分块,已存入知识库", textSegments.size());
} catch (Exception e) {
return "文档处理失败:" + e.getMessage();
}
}
/**
* 解析文档文本(基于 Apache Tika)
*/
private String parseDocumentText(File documentFile) throws Exception {
ContentHandler contentHandler = new BodyContentHandler(-1); // -1 表示不限制文本长度
Metadata metadata = new Metadata();
AutoDetectParser parser = new AutoDetectParser(); // 自动识别文档格式
try (FileInputStream inputStream = new FileInputStream(documentFile)) {
parser.parse(inputStream, contentHandler, metadata);
return contentHandler.toString().trim();
}
}
/**
* 从知识库删除文档(按文档路径匹配)
*/
public String deleteDocument(String documentPath) {
// 实际场景需通过文档元数据(如路径)筛选并删除,此处简化逻辑
milvusVectorStore.delete(documentPath);
return "文档已从知识库删除:" + documentPath;
}
}
3. 增强生成服务:RagGenerationService
结合检索到的上下文与大模型,生成准确回答,并标注引用来源:
import org.springframework.ai.chat.ChatClient;
import org.springframework.ai.chat.ChatResponse;
import org.springframework.ai.chat.prompt.Prompt;
import org.springframework.ai.chat.prompt.PromptTemplate;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Service;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;
@Service
public class RagGenerationService {
// 注入 Spring AI 聊天客户端(通义千问)
@Autowired
private ChatClient qwenChatClient;
/**
* 检索增强生成:基于知识库上下文生成回答
* @param userQuery 用户问题
* @param relevantContext 检索到的相关上下文
* @return 带引用来源的回答
*/
public String generateEnhancedAnswer(String userQuery, List<String> relevantContext) {
// 1. 构建 Prompt 模板(明确要求大模型基于上下文回答,避免幻觉)
String promptTemplate = """
请严格基于以下知识库内容回答用户问题,不要添加外部信息:
{relevant_context}
用户问题:{user_query}
回答要求:
1. 先直接回答问题,语言简洁明了;
2. 最后标注“引用来源”,列出使用的上下文片段(保留相似度得分);
3. 若上下文无法回答问题,直接回复“知识库中未找到相关信息”。
""";
// 2. 填充模板参数(上下文拼接为字符串)
String contextStr = String.join("\n\n", relevantContext);
Map<String, Object> params = new HashMap<>();
params.put("relevant_context", contextStr);
params.put("user_query", userQuery);
// 3. 生成 Prompt 并调用大模型
Prompt prompt = new PromptTemplate(promptTemplate, params).create();
ChatResponse response = qwenChatClient.call(prompt);
// 4. 返回生成结果(去除多余空格,格式化引用来源)
return response.getResult().getOutput().trim()
.replace("引用来源:", "\n\n引用来源:");
}
}
五、异常处理与优化
1. 常见异常场景与处理
通过 @ControllerAdvice
实现全局异常处理,覆盖 RAG 系统核心异常:
import org.springframework.http.HttpStatus;
import org.springframework.http.ResponseEntity;
import org.springframework.web.bind.annotation.ControllerAdvice;
import org.springframework.web.bind.annotation.ExceptionHandler;
import org.springframework.web.multipart.MaxUploadSizeExceededException;
@ControllerAdvice
public class RagGlobalExceptionHandler {
// 文档上传大小超限(如超过 100MB)
@ExceptionHandler(MaxUploadSizeExceededException.class)
public ResponseEntity<String> handleMaxSizeException(MaxUploadSizeExceededException e) {
return new ResponseEntity<>("文档上传失败:文件大小超过限制(最大支持 100MB)", HttpStatus.BAD_REQUEST);
}
// 向量数据库连接异常
@ExceptionHandler(org.milvus.client.exception.ConnectFailedException.class)
public ResponseEntity<String> handleMilvusConnectionException(Exception e) {
return new ResponseEntity<>("知识库连接失败:请检查 Milvus 服务是否正常运行", HttpStatus.SERVICE_UNAVAILABLE);
}
// 大模型 API 调用异常(超时、密钥错误)
@ExceptionHandler(org.springframework.ai.client.AiClientException.class)
public ResponseEntity<String> handleAiClientException(Exception e) {
return new ResponseEntity<>("回答生成失败:" + e.getMessage() + "(请检查 API 密钥或网络)", HttpStatus.BAD_REQUEST);
}
// 检索结果为空
@ExceptionHandler(IllegalStateException.class)
public ResponseEntity<String> handleEmptyRetrievalException(IllegalStateException e) {
if (e.getMessage().contains("no relevant context")) {
return new ResponseEntity<>("知识库中未找到相关信息,请尝试调整问题表述或补充知识库文档", HttpStatus.OK);
}
return new ResponseEntity<>("系统异常:" + e.getMessage(), HttpStatus.INTERNAL_SERVER_ERROR);
}
}
2. 系统优化策略
-
分块粒度优化
针对技术文档(如 API 手册),将分块大小调整为 1024 字符,保留更多代码片段上下文;针对短文本(如 FAQ),分块大小设为 256 字符,提升检索精度。
-
向量索引优化
在 Milvus 中创建 IVF_FLAT 索引(小规模数据)或 HNSW 索引(大规模数据),将检索速度提升 5-10 倍。
-
缓存机制
对高频查询(如 “企业考勤制度”)的检索结果缓存 1 小时,减少向量数据库与大模型的重复调用,降低延迟。
六、实际运用展示
通过 RagController
整合上述服务,提供 HTTP 接口供客户端调用(支持文档上传与问答查询):
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.*;
import org.springframework.web.multipart.MultipartFile;
import java.io.File;
import java.util.List;
@RestController
@RequestMapping("/rag")
public class RagController {
@Autowired
private DocumentProcessingService documentProcessingService;
@Autowired
private KnowledgeBaseRetrievalService retrievalService;
@Autowired
private RagGenerationService generationService;
// 文档上传接口(支持批量上传)
@PostMapping("/document/upload")
public String uploadDocument(
@RequestParam("files") MultipartFile[] files,
@RequestParam(value = "uploadPath", defaultValue = "/tmp/rag_upload") String uploadPath
) {
// 创建本地临时目录
File uploadDir = new File(uploadPath);
if (!uploadDir.exists()) uploadDir.mkdirs();
StringBuilder result = new StringBuilder();
for (MultipartFile file : files) {
try {
// 保存文件到本地
String localFilePath = uploadPath + File.separator + file.getOriginalFilename();
file.transferTo(new File(localFilePath));
// 调用服务处理文档
String processResult = documentProcessingService.processDocument(localFilePath);
result.append(file.getOriginalFilename()).append(":").append(processResult).append("\n");
} catch (Exception e) {
result.append(file.getOriginalFilename()).append(":处理失败:").append(e.getMessage()).append("\n");
}
}
return result.toString();
}
// 问答查询接口(支持自定义 Top K 检索数量)
@GetMapping("/query")
public String queryAnswer(
@RequestParam("question") String userQuestion,
@RequestParam(value = "topK", defaultValue = "5") int topK
) {
// 1. 检索相关上下文
List<String> relevantContext = retrievalService.retrieveRelevantContext(userQuestion, topK);
if (relevantContext.isEmpty()) {
throw new IllegalStateException("no relevant context found");
}
// 2. 生成增强回答
return generationService.generateEnhancedAnswer(userQuestion, relevantContext);
}
// 文档删除接口
@DeleteMapping("/document/delete")
public String deleteDocument(@RequestParam("documentPath") String documentPath) {
return documentProcessingService.deleteDocument(documentPath);
}
}
接口调用示例
1. 文档上传(Postman 调用):
- 请求地址:
http://localhost:8080/rag/document/upload
- 请求方式:POST
- 请求参数:
files
(选择本地 PDF/Word 文件)、uploadPath
(可选) - 响应示例:
enterprise_manual.pdf:文档处理成功!共生成 42 个文本分块,已存入知识库
2. 问答查询(浏览器调用):
- 请求地址:
http://localhost:8080/rag/query?question=企业员工年假天数是多少?&topK=3
- 响应示例:
企业员工年假天数根据工龄确定:1. 工龄满1年不满10年:5天/年;2. 工龄满10年不满20年:10天/年;3. 工龄满20年及以上:15天/年。
引用来源:
【相似度:0.92】企业考勤与休假制度(2024版):年假天数标准:1. 工龄满1年不满10年:5天/年;2. 工龄满10年不满20年:10天/年;3. 工龄满20年及以上:15天/年。年假需提前3天申请,经部门负责人审批后生效。
【相似度:0.75】员工福利手册:年假属于法定带薪假期,未休年假可按日工资的300%折算(包含正常工资),折算截止时间为次年3月31日。
【相似度:0.68】人力资源管理制度:员工入职满1年后方可享受年假,试用期不计入工龄;离职员工未休年假按实际在职天数折算。
七、总结
本文基于 Spring AI 框架,完整实现了一套企业级 RAG 系统,从技术选型、依赖配置到核心服务代码,提供了可直接落地的解决方案。该系统通过 Spring AI 简化了大模型与向量存储的集成,通过 Apache Tika 与 LangChain4j 解决了多格式文档处理与分块优化问题,最终实现了 “文档入库 - 问题检索 - 增强生成” 的全流程自动化。
与传统大模型问答相比,本系统的核心优势在于:基于私有知识库生成回答,避免幻觉、支持动态更新知识库、提供可追溯的引用来源,可直接应用于企业客服、内部培训、技术支持等场景。
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- 为什么要做 RAG
- 搭建一个简单的 ChatPDF
- 检索的基础概念
- 什么是向量表示(Embeddings)
- 向量数据库与向量检索
- 基于向量检索的 RAG
- 搭建 RAG 系统的扩展知识
- 混合检索与 RAG-Fusion 简介
- 向量模型本地部署
- …
第三阶段(30天):模型训练
恭喜你,如果学到这里,你基本可以找到一份大模型 AI相关的工作,自己也能训练 GPT 了!通过微调,训练自己的垂直大模型,能独立训练开源多模态大模型,掌握更多技术方案。
到此为止,大概2个月的时间。你已经成为了一名“AI小子”。那么你还想往下探索吗?
- 为什么要做 RAG
- 什么是模型
- 什么是模型训练
- 求解器 & 损失函数简介
- 小实验2:手写一个简单的神经网络并训练它
- 什么是训练/预训练/微调/轻量化微调
- Transformer结构简介
- 轻量化微调
- 实验数据集的构建
- …
第四阶段(20天):商业闭环
对全球大模型从性能、吞吐量、成本等方面有一定的认知,可以在云端和本地等多种环境下部署大模型,找到适合自己的项目/创业方向,做一名被 AI 武装的产品经理。
- 硬件选型
- 带你了解全球大模型
- 使用国产大模型服务
- 搭建 OpenAI 代理
- 热身:基于阿里云 PAI 部署 Stable Diffusion
- 在本地计算机运行大模型
- 大模型的私有化部署
- 基于 vLLM 部署大模型
- 案例:如何优雅地在阿里云私有部署开源大模型
- 部署一套开源 LLM 项目
- 内容安全
- 互联网信息服务算法备案
- …
学习是一个过程,只要学习就会有挑战。天道酬勤,你越努力,就会成为越优秀的自己。
如果你能在15天内完成所有的任务,那你堪称天才。然而,如果你能完成 60-70% 的内容,你就已经开始具备成为一名大模型 AI 的正确特征了。
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