在 .NET 應用程式中使用向量搜尋實作 Azure OpenAI 以及 RAG 模型

本教學探討如何利用 Open AI 模型與向量搜尋功能整合 RAG 模式於 .NET 應用程式中。範例應用程式對 Azure Cosmos DB 中儲存的自訂資料進行向量搜尋，並進一步利用生成式 AI 模型（如 GPT-35 和 GPT-4）優化回應。在接下來的章節中，你將建立一個範例應用程式，並探索展示這些概念的關鍵程式碼範例。

先決條件

.NET 8.0
一個 Azure 帳戶
一項 Azure Cosmos DB for MongoDB vCore 服務
Azure Open AI 服務
- 部署 text-embedding-ada-002 模型以用於嵌入
- 部署 gpt-35-turbo 聊天完成模型

應用程式概觀

Cosmos 食譜指南應用程式允許你針對一組食譜資料進行向量和 AI 驅動的搜尋。你可以直接搜尋可用食譜，或用應用程式提示食材名稱來找到相關食譜。應用程式及前方章節將引導您完成以下工作流程，以示範這類功能：

將範例資料上傳至用於 MongoDB 的 Azure Cosmos DB 資料庫。
使用 Azure OpenAI text-embedding-ada-002 模型為上傳的樣本資料建立嵌入和向量索引。
根據使用者提示執行向量相似性搜尋。
利用 Azure OpenAI gpt-35-turbo 完成模型，根據搜尋結果資料撰寫更有意義的答案。

開始

複製以下 GitHub 倉庫：

git clone https://github.com/microsoft/AzureDataRetrievalAugmentedGenerationSamples.git

在 C#/CosmosDB-MongoDBvCore 資料夾中，開啟 CosmosRecipeGuide.sln 檔案。

在 appsettings.json 檔案中，將以下設定值替換為你的 Azure OpenAI 和 Azure CosmosDB for MongoDb 值：

"OpenAIEndpoint": "https://<your-service-name>.openai.azure.com/",
"OpenAIKey": "<your-API-key>",
"OpenAIEmbeddingDeployment": "<your-ADA-deployment-name>",
"OpenAIcompletionsDeployment": "<your-GPT-deployment-name>",
"MongoVcoreConnection": "<your-Mongo-connection-string>"

按下 Visual Studio 頂端的開始按鈕啟動應用程式。

探索應用程式

當你第一次執行這個應用程式時，它會連接到 Azure Cosmos 資料庫，並回報目前還沒有可用的食譜。依照應用程式顯示的步驟開始核心工作流程。

選擇 將食譜上傳到 Cosmos 資料庫 ，然後按下 Enter。此指令會讀取本地專案的範例 JSON 檔案並上傳至 Cosmos DB 帳號。

Utility.cs 類別的程式碼會解析本地的 JSON 檔案。

public static List<Recipe> ParseDocuments(string Folderpath)
{
    List<Recipe> recipes = new List<Recipe>();

    Directory.GetFiles(Folderpath)
        .ToList()
        .ForEach(f =>
        {
            var jsonString= System.IO.File.ReadAllText(f);
            Recipe recipe = JsonConvert.DeserializeObject<Recipe>(jsonString);
            recipe.id = recipe.name.ToLower().Replace(" ", "");
            recipes.Add(recipe);
        }
    );

    return recipes;
}

UpsertVectorAsync 檔案中的方法會將文件上傳到 Azure Cosmos DB for MongoDB。

public async Task UpsertVectorAsync(Recipe recipe)
    {
        BsonDocument document = recipe.ToBsonDocument();

        if (!document.Contains("_id"))
        {
            Console.WriteLine("UpsertVectorAsync: Document does not contain _id.");
            throw new ArgumentException("UpsertVectorAsync: Document does not contain _id.");
        }

        string? _idValue = document["_id"].ToString();

        try
        {
            var filter = Builders<BsonDocument>.Filter.Eq("_id", _idValue);
            var options = new ReplaceOptions { IsUpsert = true };
            await _recipeCollection.ReplaceOneAsync(filter, document, options);
        }
        catch (Exception ex)
        {
            Console.WriteLine($"Exception: UpsertVectorAsync(): {ex.Message}");
            throw;
        }
    }

選擇 向量化配方，並將它們儲存在 Cosmos DB。

上傳到 Cosmos DB 的 JSON 項目不包含嵌入，因此無法針對透過向量搜尋進行的 RAG 進行優化。嵌入是一種資訊密集、以數值形式呈現文本語意意義的表示法。向量搜尋能找到具有上下文相似嵌入的項目。

GetEmbeddingsAsync 檔案中的方法會為資料庫中的每個項目建立嵌入。

public async Task<float[]?> GetEmbeddingsAsync(dynamic data)
{
    try
    {
        EmbeddingsOptions options = new EmbeddingsOptions(data)
        {
            Input = data
        };

        var response = await _openAIClient.GetEmbeddingsAsync(openAIEmbeddingDeployment, options);

        Embeddings embeddings = response.Value;
        float[] embedding = embeddings.Data[0].Embedding.ToArray();

        return embedding;
    }
    catch (Exception ex)
    {
        Console.WriteLine($"GetEmbeddingsAsync Exception: {ex.Message}");
        return null;
    }
}

CreateVectorIndexIfNotExists 檔案中會建立向量索引，讓你能進行向量相似度搜尋。

public void CreateVectorIndexIfNotExists(string vectorIndexName)
{
    try
    {
        //Find if vector index exists in vectors collection
        using (IAsyncCursor<BsonDocument> indexCursor = _recipeCollection.Indexes.List())
        {
            bool vectorIndexExists = indexCursor.ToList().Any(x => x["name"] == vectorIndexName);
            if (!vectorIndexExists)
            {
                BsonDocumentCommand<BsonDocument> command = new BsonDocumentCommand<BsonDocument>(
                    BsonDocument.Parse(@"
                        { createIndexes: 'Recipe',
                            indexes: [{
                            name: 'vectorSearchIndex',
                            key: { embedding: 'cosmosSearch' },
                            cosmosSearchOptions: {
                                kind: 'vector-ivf',
                                numLists: 5,
                                similarity: 'COS',
                                dimensions: 1536 }
                            }]
                        }"));

                BsonDocument result = _database.RunCommand(command);
                if (result["ok"] != 1)
                {
                    Console.WriteLine("CreateIndex failed with response: " + result.ToJson());
                }
            }
        }
    }
    catch (MongoException ex)
    {
        Console.WriteLine("MongoDbService InitializeVectorIndex: " + ex.Message);
        throw;
    }
}

在應用程式中選擇「 問 AI 助理」（依食譜名稱或描述搜尋食譜，或提出問題） 選項來執行使用者查詢。

使用者查詢會利用 Open AI 服務與嵌入模型轉換成嵌入。嵌入後會送至 Azure Cosmos DB for MongoDB，並用於向量搜尋。 VectorSearchAsync VCoreMongoService.cs檔案中的方法是進行向量搜尋，尋找接近所提供向量的向量，並回傳來自 Azure Cosmos DB for MongoDB vCore 的文件清單。

public async Task<List<Recipe>> VectorSearchAsync(float[] queryVector)
    {
        List<string> retDocs = new List<string>();
        string resultDocuments = string.Empty;

        try
        {
            //Search Azure Cosmos DB for MongoDB vCore collection for similar embeddings
            //Project the fields that are needed
            BsonDocument[] pipeline = new BsonDocument[]
            {
                BsonDocument.Parse(
                    @$"{{$search: {{
                            cosmosSearch:
                                {{ vector: [{string.Join(',', queryVector)}],
                                   path: 'embedding',
                                   k: {_maxVectorSearchResults}}},
                                   returnStoredSource:true
                                }}
                            }}"),
                BsonDocument.Parse($"{{$project: {{embedding: 0}}}}"),
            };

            var bsonDocuments = await _recipeCollection
                .Aggregate<BsonDocument>(pipeline).ToListAsync();

            var recipes = bsonDocuments
                .ToList()
                .ConvertAll(bsonDocument =>
                    BsonSerializer.Deserialize<Recipe>(bsonDocument));
            return recipes;
        }
        catch (MongoException ex)
        {
            Console.WriteLine($"Exception: VectorSearchAsync(): {ex.Message}");
            throw;
        }
    }

此 GetChatCompletionAsync 方法根據使用者提示及相關向量搜尋結果，產生更完善的聊天完成回應。

public async Task<(string response, int promptTokens, int responseTokens)> GetChatCompletionAsync(string userPrompt, string documents)
{
    try
    {
        ChatMessage systemMessage = new ChatMessage(
            ChatRole.System, _systemPromptRecipeAssistant + documents);
        ChatMessage userMessage = new ChatMessage(
            ChatRole.User, userPrompt);

        ChatCompletionsOptions options = new()
        {
            Messages =
            {
                systemMessage,
                userMessage
            },
            MaxTokens = openAIMaxTokens,
            Temperature = 0.5f, //0.3f,
            NucleusSamplingFactor = 0.95f,
            FrequencyPenalty = 0,
            PresencePenalty = 0
        };

        Azure.Response<ChatCompletions> completionsResponse =
            await openAIClient.GetChatCompletionsAsync(openAICompletionDeployment, options);
        ChatCompletions completions = completionsResponse.Value;

        return (
            response: completions.Choices[0].Message.Content,
            promptTokens: completions.Usage.PromptTokens,
            responseTokens: completions.Usage.CompletionTokens
        );

    }
    catch (Exception ex)
    {
        string message = $"OpenAIService.GetChatCompletionAsync(): {ex.Message}";
        Console.WriteLine(message);
        throw;
    }
}

該應用程式也運用提示工程，確保 Open AI 服務對所提供食譜的回應進行限制與格式化。

//System prompts to send with user prompts to instruct the model for chat session
private readonly string _systemPromptRecipeAssistant = @"
    You are an intelligent assistant for Contoso Recipes.
    You are designed to provide helpful answers to user questions about
    recipes, cooking instructions provided in JSON format below.

    Instructions:
    - Only answer questions related to the recipe provided below.
    - Don't reference any recipe not provided below.
    - If you're unsure of an answer, say ""I don't know"" and recommend users search themselves.
    - Your response  should be complete.
    - List the Name of the Recipe at the start of your response followed by step by step cooking instructions.
    - Assume the user is not an expert in cooking.
    - Format the content so that it can be printed to the Command Line console.
    - In case there is more than one recipe you find, let the user pick the most appropriate recipe.";

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Last updated on 2026-01-22