2026/1/8 10:20:39
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1. 案例目标2. 技术栈与核心依赖3. 环境配置4. 案例实现5. 案例效果6. 案例实现思路7. 扩展建议8. 总结
1. 案例目标
本案例旨在构建一个基于Neo4j图数据库的电影问答系统#xff0c;使用LangChain框架将自然语言查询转换为Cypher查询语句#xff0c;从而实现对电影数…目录1. 案例目标2. 技术栈与核心依赖3. 环境配置4. 案例实现5. 案例效果6. 案例实现思路7. 扩展建议8. 总结1. 案例目标本案例旨在构建一个基于Neo4j图数据库的电影问答系统使用LangChain框架将自然语言查询转换为Cypher查询语句从而实现对电影数据的智能问答。该系统能够理解用户关于电影的自然语言问题自动生成相应的Cypher查询从Neo4j数据库中检索相关信息并以自然语言形式返回答案。核心功能自然语言到Cypher查询的自动转换基于电影和关键词的复杂查询处理支持多条件组合查询如电影类型与流行度组合支持聚合查询如计算平均流行度2. 技术栈与核心依赖本案例使用了以下主要技术和依赖技术/库版本用途Python3.11.11编程语言langchain0.1.0核心框架提供链式处理能力langchain-openai0.0.5OpenAI模型集成langchain-neo4j0.0.1Neo4j图数据库集成neo4j5.15.0Neo4j Python驱动kagglehub0.2.5从Kaggle下载数据集openai1.6.1OpenAI API客户端tiktoken0.5.2OpenAI的token计算工具注意本案例使用了GPT-4模型作为语言模型需要配置有效的OpenAI API密钥。3. 环境配置在运行本案例之前需要进行以下环境配置3.1 安装依赖包%pip install -qU langchain langchain-openai langchain-neo4j neo4j kagglehub3.2 配置API密钥import getpass import os os.environ[OPENAI_API_KEY] getpass.getpass() os.environ[NEO4J_URI] bolt://localhost:7687 os.environ[NEO4J_USERNAME] neo4j os.environ[NEO4J_PASSWORD] getpass.getpass()3.3 Neo4j数据库配置本案例假设已在本地安装并运行了Neo4j数据库默认端口为7687。需要提供用户名和密码进行连接。警告确保Neo4j数据库服务已启动并且提供的用户名和密码正确无误。4. 案例实现4.1 连接Neo4j数据库首先创建与Neo4j数据库的连接from langchain_neo4j import Neo4jGraph graph Neo4jGraph() # 清除现有数据 graph.query(MATCH (n) DETACH DELETE n)4.2 加载示例电影数据使用提供的示例数据创建电影和人物节点及其关系# 创建电影节点 movies_query MERGE (m:Movie {title: $movie.title}) ON CREATE SET m.released $movie.released, m.tagline $movie.tagline # 创建人物节点和关系 actors_query MERGE (p:Person {name: $person.name}) ON CREATE SET p.born $person.born WITH p MERGE (m:Movie {title: $movie.title}) MERGE (p)-[r:ACTED_IN]-(m) ON CREATE SET r.roles $person.roles directors_query MERGE (p:Person {name: $person.name}) ON CREATE SET p.born $person.born WITH p MERGE (m:Movie {title: $movie.title}) MERGE (p)-[:DIRECTED]-(m) # 执行查询 for movie, actors, director in zip(movies, actors, directors): graph.query(movies_query, params{movie: movie}) for actor in actors: graph.query(actors_query, params{movie: movie, person: actor}) graph.query(directors_query, params{movie: movie, person: director})4.3 定义图模式查看和定义图数据库的模式结构graph.refresh_schema() print(graph.schema)节点属性Movie {tagline: STRING, title: STRING, released: INTEGER}Person {born: INTEGER, name: STRING}关系属性ACTED_IN {roles: LIST}关系(:Person)-[:ACTED_IN]-(:Movie)(:Person)-[:DIRECTED]-(:Movie)4.4 创建GraphCypherQAChain使用LangChain的GraphCypherQAChain将自然语言转换为Cypher查询from langchain_neo4j import GraphCypherQAChain from langchain_openai import ChatOpenAI llm ChatOpenAI(modelgpt-4o, temperature0) chain GraphCypherQAChain.from_llm( graphgraph, llmllm, verboseTrue, allow_dangerous_requestsTrue )4.5 执行查询使用创建的链执行自然语言查询response chain.invoke({query: Who was the director of the movie Forrest Gump?}) response4.6 使用Kaggle电影数据集案例还展示了如何从Kaggle下载并导入更大的电影数据集import kagglehub # 下载数据集 path kagglehub.dataset_download(rounakbanik/the-movies-dataset) # 移动文件到Neo4j导入目录 import shutil import os neo4j_import_dir /var/lib/neo4j/import/ # Linux路径 # Windows路径可能是: C:\\Users\\Neo4j\\.Neo4jDesktop\\relate-data\\dbmss\\dbms-xxx\\import\\ shutil.copy(os.path.join(path, movies_metadata.csv), neo4j_import_dir) shutil.copy(os.path.join(path, keywords.csv), neo4j_import_dir)4.7 导入Kaggle数据到Neo4j# 导入电影数据 movies_query LOAD CSV WITH HEADERS FROM file:///movies_metadata.csv AS row WITH row WHERE row.id IS NOT NULL MERGE (m:Movie {id: row.id}) SET m.title row.title, m.popularity toFloat(row.popularity) # 导入关键词数据 keywords_query CALL apoc.periodic.iterate( LOAD CSV WITH HEADERS FROM file:///keywords.csv AS row RETURN row, WITH row, apoc.convert.fromJsonList(row.keywords) AS keywords UNWIND keywords AS keyword MERGE (k:Keyword {name: keyword.name}) MERGE (m:Movie {id: row.id}) MERGE (m)-[:HAS_KEYWORD]-(k), {batchSize: 1000, parallel: true} ) graph.query(movies_query) graph.query(keywords_query)4.8 使用增强模式使用增强模式获取更详细的图结构信息enhanced_graph Neo4jGraph(enhanced_schemaTrue) print(enhanced_graph.schema)节点属性-Movie- id: STRING 示例: 862- title: STRING 示例: Toy Story- popularity: FLOAT 示例: 21.946943-Keyword- name: STRING 示例: terror关系(:Movie)-[:HAS_KEYWORD]-(:Keyword)4.9 执行复杂查询使用增强图数据执行更复杂的查询llm ChatOpenAI(modelgpt-4o, temperature0) chain GraphCypherQAChain.from_llm( graphenhanced_graph, llmllm, verboseTrue, allow_dangerous_requestsTrue ) # 查询示例1 response chain.invoke({ query: What movies have a popularity score above 8.0 and are tagged with comedy? }) # 查询示例2 response chain.invoke({ query: What is the average popularity score of movies tagged with romance? }) # 查询示例3 response chain.invoke({ query: What movies are tagged with both comedy and romance? })5. 案例效果本案例实现了以下效果5.1 自然语言查询转换系统能够将自然语言问题自动转换为Cypher查询语句例如输入Who was the director of the movie Forrest Gump?生成的Cypher查询cypher MATCH (p:Person)-[:DIRECTED]-(m:Movie {title: Forrest Gump}) RETURN p.name输出Robert Zemeckis was the director of the movie Forrest Gump.5.2 复杂条件查询系统能够处理包含多个条件的复杂查询输入What movies have a popularity score above 8.0 and are tagged with comedy?生成的Cypher查询cypher MATCH (m:Movie)-[:HAS_KEYWORD]-(k:Keyword {name: comedy}) WHERE m.popularity 8.0 RETURN m.title输出Ratchet Clank, Kick-Ass, Jackass 3D, Aliens in the Attic, A Dogs Will have a popularity score above 8.0 and are tagged with comedy.5.3 聚合查询系统能够处理需要聚合计算的查询输入What is the average popularity score of movies tagged with romance?生成的Cypher查询cypher MATCH (m:Movie)-[:HAS_KEYWORD]-(k:Keyword {name: romance}) RETURN avg(m.popularity) AS average_popularity输出The average popularity score of movies tagged with romance is 12.390850747422673.5.4 多关系查询系统能够处理涉及多个关系的查询输入What movies are tagged with both comedy and romance?生成的Cypher查询cypher MATCH (m:Movie)-[:HAS_KEYWORD]-(k1:Keyword {name: comedy}), (m)-[:HAS_KEYWORD]-(k2:Keyword {name: romance}) RETURN m.title输出Lisbela and the Prisoner, Love Hina Christmas Special: Silent Eve, Love Is in the Air are tagged with both comedy and romance.6. 案例实现思路本案例的实现思路可以分为以下几个关键步骤6.1 数据模型设计案例采用了图数据库的数据模型将电影、人物和关键词表示为节点将它们之间的关系表示为边电影节点(Movie)包含标题、发布年份、标语和流行度等属性人物节点(Person)包含姓名和出生年份等属性关键词节点(Keyword)包含关键词名称属性关系ACTED_IN(出演)、DIRECTED(导演)、HAS_KEYWORD(拥有关键词)6.2 自然语言到Cypher的转换案例的核心是使用LangChain的GraphCypherQAChain将自然语言转换为Cypher查询接收用户自然语言查询利用图数据库模式信息生成提示词将提示词发送给LLM(如GPT-4)生成Cypher查询在Neo4j数据库中执行生成的Cypher查询将查询结果转换为自然语言回答6.3 增强模式的使用案例使用了Neo4j的增强模式功能提供更详细的图结构信息包含属性的数据类型信息提供属性值的示例帮助LLM更准确地生成Cypher查询6.4 大规模数据处理案例展示了如何处理大规模数据集使用KaggleHub下载大型电影数据集使用Neo4j的LOAD CSV命令批量导入数据使用APOC过程的periodic.iterate进行并行处理注意在导入大规模数据时可能会遇到死锁问题如案例中所示。可以通过调整批处理大小和并行度来缓解此类问题。7. 扩展建议基于本案例的实现以下是一些可能的扩展方向7.1 增强查询能力支持更复杂的查询扩展系统以支持更复杂的自然语言查询如时间序列分析、路径查询等多轮对话实现多轮对话功能允许用户基于之前的回答进行追问模糊查询支持模糊匹配和容错查询提高用户体验查询优化实现查询优化策略提高复杂查询的执行效率7.2 扩展数据模型添加更多实体类型如导演、演员、制片公司、奖项等丰富关系类型如合作、获奖、评价等时间维度添加时间维度支持历史数据查询和趋势分析用户数据集成用户评分、评论等数据支持个性化推荐7.3 改进用户体验可视化界面开发Web界面提供可视化查询和结果展示查询建议基于用户输入提供查询建议和自动补全结果解释提供查询结果的解释和可视化展示多语言支持支持多种自然语言的查询和回答7.4 技术优化缓存机制实现查询结果缓存提高常用查询的响应速度模型微调针对特定领域微调LLM提高查询转换的准确性分布式处理实现分布式图数据库和查询处理支持更大规模数据实时更新支持数据的实时更新和增量导入7.5 应用场景扩展推荐系统基于图数据构建电影推荐系统知识图谱扩展为更广泛的电影知识图谱情感分析集成用户评论的情感分析结果跨领域查询支持电影与其他领域(如音乐、书籍)的关联查询8. 总结本案例成功展示了如何使用LangChain和Neo4j构建一个电影问答系统。该系统通过将自然语言查询转换为Cypher查询语句实现了对电影数据的智能问答。案例涵盖了从环境配置、数据导入、模式定义到查询执行的完整流程并展示了如何处理小规模示例数据和大规模真实数据集。主要成就成功实现了自然语言到Cypher查询的自动转换展示了图数据库在复杂关系查询中的优势演示了LangChain框架与Neo4j图数据库的集成方法提供了处理大规模图数据的实践经验技术亮点使用增强模式提供更详细的图结构信息提高查询转换准确性利用APOC过程实现高效的数据导入和处理结合GPT-4模型实现高质量的自然语言理解和查询生成展示了从简单到复杂查询的渐进式实现方法该案例为构建基于图数据库的智能问答系统提供了完整的参考实现可以作为其他领域问答系统开发的基础模板。通过适当的调整和扩展该方法可以应用于各种需要复杂关系查询的场景如社交网络分析、生物信息学研究、金融风控等领域。