OpenSearch - Kerwin AI Information

📌 本文重點

多語場景下單一檢索技術不可靠

Sparse + dense 混合檢索能顯著提升召回

RRF 等穩健融合策略優於簡單加權

現有「只用 embedding」RAG 可漸進升級

多語 RAG 最大的痛點，不是模型能力，而是檢索可靠性：民眾怎麼描述需求，和政府怎麼寫方案，永遠長得不一樣。從 MyScheme 這種多語、口語化的政府資料集可以看到，純 BM25 找不到語義相近但字面不同的文件，純 dense embedding 又容易在多語、多拼寫下語義漂移或召回太亂。本文聚焦一件事：如何用 sparse + dense 混合檢索，在現有 RAG 專案裡實際提升 recall，而不是只靠「換一個更大的 embedding 模型」。

重點說明

1. 純 BM25 vs 純 dense：多語查詢的失敗模式

以 MyScheme 的農民補助方案為例，同一個意圖可能長這樣：

farmer income support scheme
kisan ko har saal paisa milne wali scheme
किसानों को हर साल पैसे देने वाली योजना
farmer ko 6000 rupees wali yojna

失敗模式很典型：

純 BM25
英文 query 找到英文文件還行，但遇到混 Hindi/English 的查詢時，停用詞與分詞完全不對齊，得分被噪音稀釋。
政府文件常用「PM-KISAN」「beneficiary」「disbursement」，民眾只說「har saal paisa」「6000 rupees」，詞彙不重疊直接失敗。
純 dense embedding
多語模型雖然能把 Hindi/English 映射到同一語義空間，但口語拼寫、錯字、混寫系統很容易落在 embedding 邊緣，導致相似度偏低。
RAG 常見做法是 top-k = 5~10，一旦語義有點偏，整批召回的文件都錯，LLM 再會「瞎補」也救不回來。

💡 關鍵： 在多語口語查詢下，BM25 容易因詞彙不重疊失效，而 dense 在 top-k = 5~10 時只要稍微語義偏離就會整批召回錯誤文件。

結論：lexical 是精確但太窄，dense 是寬但容易飄。混合檢索的目標就是用 sparse 捕捉字面線索、用 dense 捕捉語義，再在 ranking 階段做穩健融合。

2. Sparse + Dense Hybrid 的設計拆解

混合檢索不是「把兩個分數加起來」這麼簡單，它牽涉到幾個具體設計。

(1) 索引結構：一個引擎還是兩層系統？

單一引擎模式（適合小團隊）：
用 Elasticsearch / OpenSearch 的 BM25 + 稀疏向量（如 SPLADE、ELASTICSPLADE）+ dense 向量三合一索引。
優點：部署簡單、一套 API；缺點：向量能力受限於 ES/OpendSearch 版本，調參空間較小。
兩層模式（適合大型系統）：
第一層：search engine 做 sparse（BM25 + sparse vector）coarse recall。
第二層：向量資料庫（PGVector / Qdrant）做 dense rerank / 精細相似度計算。
可在第二層加上 cross-encoder reranker 或 LLM-based re-ranking。

(2) 查詢改寫與 normalization

多語、多拼寫下，query preprocessing 本身就是一個模組：

語言偵測：
使用 fastText / CLD3 或 LLM 自帶的語言偵測，標記 query 語言。
Normalization：
script normalization：全形/半形、Devanagari vs Latin transliteration。
lowercasing、去除標點與顯而易見的 noise。
多語 query 擴展（選配）：
將 Hindi query 透過 LLM 翻成英文：किसानों को हर साल पैसे देने वाली योजना -> farmer yearly income support scheme，兩個版本都丟進檢索。

實務上，一個簡單但有效的策略是：統一把查詢轉成英文+原語言兩個 view，分別檢索，再在 ranking 層融合。

(3) Score Fusion / RRF：怎麼「穩健」地合併分數

常見幾種做法：

線性加權（BM25_score * α + dense_score * β + sparse_score * γ）：
問題：不同分數尺度差很大、對參數敏感，容易在某些 query 下完全偏向單一來源。
Reciprocal Rank Fusion（RRF）：
每個檢索器給一個排序，對某文件的融合分數是：

[
RRF(d) = \sum_{s \in \text{sources}} \frac{1}{k + rank_s(d)}
]

k 為平滑常數（常用 k=60），不用調很多權重，對不同 query 分布也比較穩。

💡 關鍵： 使用 RRF 搭配 k=60 能在多種檢索來源之間提供穩健且低參數敏感度的排序融合。

對多語 RAG，我會優先選 RRF 作為第一版融合策略，然後再針對特定語言或場景加權調整。

實作範例

以下用一個簡化架構示範：

OpenSearch：BM25 + sparse vector（透過插件或內建向量）做第一層 hybrid search。
Qdrant：dense embedding 的向量查詢與 rerank。

1. OpenSearch 索引設定：文件 + 稀疏/密集向量

PUT myscheme-schemes
{
  "settings": {
    "analysis": {
      "analyzer": {
        "multilingual_analyzer": {
          "type": "custom",
          "tokenizer": "standard",
          "filter": ["lowercase", "stop_multilingual"]
        }
      },
      "filter": {
        "stop_multilingual": {
          "type": "stop",
          "stopwords": ["_english_", "_hindi_"]
        }
      }
    }
  },
  "mappings": {
    "properties": {
      "title": {
        "type": "text",
        "analyzer": "multilingual_analyzer"
      },
      "description": {
        "type": "text",
        "analyzer": "multilingual_analyzer"
      },
      "sparse_vector": {
        "type": "rank_features"
      },
      "dense_vector": {
        "type": "dense_vector",
        "dims": 768,
        "index": true,
        "similarity": "cosine"
      }
    }
  }
}

說明：

multilingual_analyzer 同時掛載英文和印地語 stopwords，但要注意不要過 aggressive（後面會講坑）。
sparse_vector 可以存像 SPLADE 這種模型產出的 token->weight，透過 rank_features 來用 BM25-like scoring。
dense_vector 用預先算好的多語 embedding，例如 Jina Embeddings / LaBSE / m3e。

2. 查詢流程：先 ES hybrid，再 Qdrant rerank

伪程式碼：

def search_myscheme(query: str):
    lang = detect_language(query)  # fastText / LLM
    norm_query = normalize_query(query, lang)

    # 1. 產生 sparse + dense 查詢向量
    sparse_q = splade_encode(norm_query)   # 稀疏向量：token->weight
    dense_q = embed_multilingual(norm_query)  # 768-d 向量

    # 2. 在 OpenSearch 做 hybrid search
    es_res = es.search(
        index="myscheme-schemes",
        body={
            "size": 50,
            "query": {
                "bool": {
                    "should": [
                        {"match": {"description": norm_query}},
                        {"rank_feature": {"field": "sparse_vector", "boost": 2}},
                        {
                          "script_score": {
                            "query": {"match_all": {}},
                            "script": {
                              "source": "cosineSimilarity(params.query_vector, 'dense_vector') + 1.0",
                              "params": {"query_vector": dense_q}
                            }
                          }
                        }
                    ]
                }
            }
        }
    )

    # 3. 把 top-50 丟進 Qdrant 用 dense similarity 做 rerank
    points = [
        {"id": doc["_id"], "vector": doc["_source"]["dense_vector"]}
        for doc in es_res["hits"]["hits"]
    ]

    qdrant_res = qdrant.search(
        collection_name="myscheme_schemes",
        query_vector=dense_q,
        search_params={"hnsw_ef": 128},
        limit=10,
        # 可以在這邊實作 RRF 或線性融合
    )

    return qdrant_res

如果想在單一 OpenSearch 裡就做 RRF，可以改成兩個子查詢各自出 top-k，再用 client 端做 RRF 合併。

3. 在現有「只用 embedding」的 RAG 上漸進式升級

典型現有流程：

# 既有做法
vec = embed(query)
results = vector_db.search(vec, top_k=10)
context = build_context(results)
answer = llm.generate(prompt_with(context, query))

漸進式升級建議：

第一步：加入 BM25 coarse recall
把 query 同時丟到 search engine：
python bm25_results = es_bm25_search(query, top_k=50) dense_results = vector_db.search(embed(query), top_k=30) fused = rrf_fusion(bm25_results, dense_results, k=60)
第二步：換 dense 為 multilingual + 加入 sparse
把原本英語 embedding 換成多語模型，再用 sparse 模型（SPLADE）重建索引。
第三步：加入語言偵測與 normalization
先實作簡單版：detect → normalize（lowercase+簡單清洗）→ bilingual query expansion。

💡 關鍵： 將現有「只用 embedding」流程按步驟加入 BM25、sparse 向量與語言偵測，可以在不重寫架構的情況下逐步提升召回與穩定度。

每一步都要搭配線上或離線評估，避免「看起來很厲害但實際沒有變好」。

建議與注意事項

1. 多語 stopwords 與錯誤分詞

坑 1：停用詞把關鍵字吃掉
多語 stopwords 列表往往過於粗糙，像 Hindi 裡有些詞在政府文本是關鍵字，在口語查詢卻被錯當停用詞。
建議先用 統計 + 標註樣本檢查停用詞對召回的影響，必要時為特定欄位（如 title）使用較少的停用詞。
坑 2：錯誤分詞導致 BM25 完全失效
非空白分隔語言（中文、某些印度語）如果切錯字，BM25 的詞頻意義直接失真。
解法：用 適語言分詞器（jieba、HanLP、Indic NLP），或在部分欄位改用 n-gram 分詞降低風險。

2. 長文本切片策略：token 限制下如何不破壞語義

混合檢索遇到長文件（例如政策全文）時，常見坑是：

chunk 切太細，BM25 還能找得到，但 dense embedding 像是記憶碎片，語義不完整。
chunk 切太粗，dense 相似度還好，但 BM25 命中的字詞被大量無關文本稀釋，排序變差。

建議策略：

以 語段（paragraph）或條款為單位切片，長度控制在 200–400 tokens。
每個 chunk 保留 標題 / 小節名，讓 lexical 的命中不只在正文。
如果有政策層級結構，建立 hierarchical RAG：先檢索 policy，再在 policy 下檢索條款。

3. 標註與線上 A/B：怎麼確認 recall 真的變好

不要只看「LLM 回答看起來比較合理」，要量化：

離線標註：
從真實 query（或合成 query）抽樣，為每個 query 標註「有用的文件 ID」。
比較純 BM25、純 dense、hybrid 在 top-k 的 Recall@k / MRR / nDCG。
線上 A/B：
對真實使用者流量，隨機分流到 dense-only vs hybrid pipeline。
收集：
- 使用者是否點選推薦方案。
- 是否更快完成查詢（減少反覆搜尋）。
避免只用主觀「好像比較好」，用行為指標判斷。

4. 架構選型：小團隊 vs 大型系統

小團隊 / MVP 階段：
優先選一個支援向量的 search engine（OpenSearch + k-NN plugin / Elasticsearch + vector）。
提示重點：一個 index 同時存 text + sparse + dense，client 端做 RRF fusion 就足夠支撐絕大部分 RAG 應用。
大型系統 / 高流量服務：
分層：
- Tier 1：search engine 做 BM25 + sparse coarse recall（top-100~200）。
- Tier 2：向量資料庫（PGVector / Qdrant / Milvus）做 dense rerank + optional cross-encoder。
好處：
- 可以針對不同語言、資料域調不同策略，如 Hindi 專用索引、英語專用索引再做 union。
- 資源隔離：檢索與 rerank 分別 scale。

核心結論：在多語、口語化場景下，單一檢索技術不夠可靠。把 BM25、稀疏向量和密集向量結合，搭配語言偵測與穩健的 score fusion（如 RRF），可以在不大改現有 RAG 架構的前提下，顯著提升查詢召回與答案穩定度。對已經在用「只用 embedding」的專案來說，這是一條可漸進落地的技術升級路線，而不是重寫整套系統。

🚀 你現在可以做的事

在現有 RAG 專案中加入一個 BM25 搜尋來源，並用 RRF(k=60) 與 dense 結果融合測試效果

選定一個多語 embedding 模型（如 LaBSE 或 m3e），為核心資料集建立 dense_vector 欄位

抽樣實際使用者查詢，標註「關鍵文件 ID」，離線比較 dense-only 與 hybrid pipeline 的 Recall@k

標籤: OpenSearch

從 BM25 到稀疏向量混合檢索打造可靠多語 RAG