Chroma, OpenAI, Weights & Biases로 질문 응답 시스템 강화
이 글은 ChatGPT와 대규모 언어 모델(LLMs)이 Chroma의 임베딩을 활용해 다양한 데이터 질의를 처리하는 방법을 살펴봅니다. 이 글은 AI 번역본입니다. 번역상 오류가 있으면 댓글로 알려주세요.
Created on September 15|Last edited on September 15
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소개
이 글에서는 ChatGPT, 파인튜닝, Chroma, OpenAI, Weights & Biases (W&B)와 같은 최신 기술이 Question Answering (QA) 시스템의 역량을 어떻게 크게 향상시키는지 살펴봅니다. OpenAI가 개발한 ChatGPT는 자연어 이해의 대표적인 모델로, 인간과 유사한 응답을 이해하고 생성하는 데 뛰어난 잠재력을 보여줍니다. 또한 머신러닝의 핵심 기법인 파인튜닝은 ChatGPT와 같은 사전 학습된 모델을 특정 과업에 맞게 조정해 성능과 적응력을 높일 수 있게 합니다.
이 글 전반에서 우리는 Question Answering (QA) 시스템을 이해하는 데 필요한 이론적 기반을 차근차근 풀어갑니다. 다양한 QA 유형을 살펴보고, 이러한 시스템이 어떻게 작동하는지 구조적으로 분석하며, 자연어 이해 발전에 기여한 OpenAI의 GPT 시리즈의 핵심 역할을 강조합니다. 또한 효율적인 임베딩을 지원하는 강력한 도구인 Chroma를 소개하고, NLP 애플리케이션을 확장하는 데서 Chroma가 수행하는 역할을 명확히 설명합니다.
또한 Weights & Biases를 활용한 실험 추적과 최적화 방법을 자세히 살펴보며, Question Answering (QA) 시스템에서 모델 성능 모니터링, 버전 관리, 하이퍼파라미터 튜닝 과정을 어떻게 효율화하는지 보여줍니다. 이 여정을 마치면, 최첨단 기술을 활용해 Question Answering (QA) 시스템을 구축하고 최적화하는 데 필요한 핵심 인사이트를 얻게 되어, NLP와 AI 분야의 혁신적 발전을 이끌 준비를 갖추게 될 것입니다.
이론적 배경
이 섹션에서는 Question Answering (QA) 시스템의 기본 유형과 작동 원리, OpenAI의 GPT 시리즈가 수행하는 역할, NLP 애플리케이션에서 Chroma의 중요성, 그리고 실험 추적과 최적화에서 Weights & Biases (W&B)가 제공하는 기능을 다룹니다.

QA 시스템의 기본기
QA 시스템은 자연어 처리(NLP)의 핵심 구성 요소로, 기계가 자연어로 된 사람의 질문을 이해하고 답변할 수 있게 합니다. 이러한 시스템은 크게 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 검색 기반 QA와 생성형 QA.
키워드 매칭, TF-IDF 랭킹, 의미적 유사도와 같은 방법을 활용하는 검색 기반 Question Answering (QA) 시스템은 입력 질문을 저장된 정보와 비교하여 지식 베이스나 문서 코퍼스에서 답을 추출합니다. 반면, GPT와 같은 트랜스포머 모델을 활용하는 생성형 Question Answering (QA) 시스템은 대규모 텍스트 코퍼스에서 학습된 패턴을 적용해 응답을 생성합니다. 이들은 문맥을 이해하고 상황에 맞는 답변을 만들어내는 데 탁월하며, 학습 데이터에 명시적으로 포함되지 않은 질문에도 적절한 답을 제시할 수 있습니다.
QA 시스템의 작동 원리는 다음과 같은 핵심 단계로 이루어집니다:
- 입력 처리 시스템은 입력된 질문을 전처리하고 토크나이즈한 뒤, 모델이 이해할 수 있는 형식으로 인코딩합니다.
- 문맥 이해: 생성형 QA에서는 시스템이 문맥 이해를 바탕으로 일관되고 적절한 답변을 생성합니다. 여기에는 의미 분석, 문맥에서 관련 정보를 식별하는 과정, 그리고 문맥에 부합하는 응답을 생성하는 과정이 포함됩니다.
- 답변 생성: 전처리된 입력과 문맥 이해를 바탕으로, 시스템은 질의에 가장 적합한 응답을 생성합니다. 검색 기반 Question Answering (QA)의 경우, 지식 베이스에서 가장 관련성이 높은 기존 답변을 랭킹하고 선택하는 과정이 포함될 수 있습니다.
OpenAI의 QA 기여사항
고급 자연어 이해 능력 덕분에 OpenAI의 GPT 시리즈(예: GPT-3.5)는 Question Answering (QA) 시스템을 크게 향상시켰습니다. 이 모델들은 트랜스포머 아키텍처를 기반으로 구축되어 텍스트 데이터의 문맥과 장기 의존성을 포착하는 데 매우 뛰어납니다. GPT 모델은 대규모 텍스트 데이터를 활용해 비지도 학습으로 사전 학습을 수행하므로, 다양한 언어적 뉘앙스와 패턴을 이해할 수 있습니다.
질문에 답하는 것과 같은 특정 작업을 위해서는 GPT 모델을 대상 도메인이나 데이터셋에 맞게 적응시키는 과정이 필요합니다. 정확도와 관련성을 높이기 위해, 이 미세 조정 과정은 모델의 파라미터를 조정하고 작업 특화 데이터로 학습하는 것을 포함합니다. 이를 통해 Question Answering (QA) 시스템은 사용자 질의에 대해 상황에 더 적합하고 정확한 응답을 제공할 수 있습니다.

Chroma 소개
빅데이터 환경이 ���르게 변화하는 가운데, 효율적인 데이터 임베딩 데이터베이스의 역량은 매우 중요합니다. Chroma와 같은 정교한 벡터 데이터베이스와 임베딩을 다룰 때는 데이터의 양과 복잡성이 매우 압도적일 수 있습니다.
Chroma는 방대한 데이터 볼륨을 처리하도록 설계된 실시간 오픈 소스 벡터 검색 엔진입니다. 데이터의 벡터 표현을 생성하기 위해 머신 러닝을 사용하며, 이를 통해 더 효율적인 저장과 더 빠르고 정밀한 검색이 가능합니다. Chroma의 강점은 지식, 사실, 기술을 LLM에 플러그형으로 제공해 LLM 애플리케이션을 구축할 수 있는 능력에 있습니다. Chroma는 대규모의 복잡한 데이터를 처리할 수 있지만, 그로부터 실제로 관련성 있는 결론을 도출하기는 어려울 수 있습니다.

Weights & Biases로 실험 추적하기
Weights & Biases (W&B)는 실험 추적, 모델 버전 관리, 성능 최적화를 위한 종합 플랫폼을 제공합니다. 모델 학습 진행 상황 모니터링, 서로 다른 모델 버전 비교, 결과의 효과적인 시각화를 위한 도구를 지원합니다. QA 시스템 개발에서 W&B는 실험 과정을 간소화하여 연구자와 개발자가 효율적으로 반복 실험을 수행하고, 모델을 미세 조정하며, 최적의 성능을 달성할 수 있도록 돕습니다.

Chroma, OpenAI, W&B 통합하기
Question Answering (QA) 시스템의 개발과 최적화에서 Chroma, OpenAI의 GPT, 그리고 Weights & Biases (W&B)를 통합하는 것은 자연어 질의를 이해하고 응답할 수 있는 지능형 시스템을 구축하기 위한 포괄적인 접근입니다. 이 통합은 고도화된 자연어 처리 능력, 데이터 임베딩 도구, 실험 추적 및 최적화 기능을 결합해 견고하고 적응적인 QA 시스템을 만듭니다. 이제 각 구성 요소를 자세히 살펴보고, 이들이 QA 시스템 전반의 성능 향상에 어떻게 기여하는지 알아보겠습니다.
OpenAI의 GPT로 QA 시스템 구축하기
우리 QA 시스템의 기반은 문맥 이해와 어텐션 메커니즘으로 잘 알려진 OpenAI의 GPT를 활용하는 데 있습니다. OpenAI GPT를 사용해 Question Answering (QA) 시스템을 구축하는 과정은 다음과 같은 핵심 단계로 이루어집니다:
모델 설정 및 로딩: 먼저 transformers와 torch 같은 필수 라이브러리를 설치한 뒤, 모델 로딩과 파인튜닝에 필요한 모듈을 임포트하세요.
QA용 파인튜닝: 다음 단계는 QA 작업에 맞춰 OpenAI의 GPT 모델을 파인튜닝하는 것입니다. 파인튜닝은 모델의 파라미터를 조정하고 QA 데이터셋으로 학습시켜, 질문에 대한 답변을 생성할 때 정확도와 관련성을 높이는 과정을 의미합니다.
QA 함수 정의: 파인튜닝된 OpenAI의 GPT 모델을 사용해 입력 질문에 기반한 답변을 생성하는 함수를 정의하세요. 이 함수는 입력 질문을 전처리하고, 모델 출력을 생성한 뒤, 그 출력을 사람이 읽을 수 있는 텍스트로 디코딩합니다.
테스트 및 평가: 샘플 질문으로 Question Answering (QA) 시스템을 테스트해 기능을 검증하고 성능을 평가하세요. 이 테스트 단계는 다양한 질의에서 QA 모델이 정확하고 문맥에 맞는 답변을 제공하는지 확인하는 데 도움이 됩니다.
Chroma로 Question Answering (QA) 강화하기
강력한 임베딩 데이터베이스인 Chroma는 모델 성능, 사용자 상호작용, 데이터 패턴에 대한 인사이트를 제공해 Question Answering (QA) 시스템을 강화합니다. QA 개발 프로세스에 Chroma를 통합하는 과정은 다음 단계로 이루어집니다:
Chroma 설치 및 설정: Chroma 라이브러리를 설치하고 임베딩에 필요한 모듈을 임포트하세요. Chroma는 QA 시스템 데이터를 탐색하고 이해하는 데 유용한 다양한 도구를 제공합니다.
통합 지원 Chroma는 AI 애플리케이션 개발을 돕는 다양한 Python 및 JavaScript 프레임워크와의 통합을 지원합니다.
배포: 사용자는 장기 실행 서버에 Chroma를 배포하고 원격으로 연결할 수도 있습니다.
모델 미세튜닝에 사용한 데이터셋
아래 코드 스니펫은 COVID-19 관련 질의응답(Question Answering, QA) 작업을 위한 머신러닝 모델 미세튜닝에 사용할 데이터셋을 준비하는 데 목적이 있습니다. 필요한 라이브러리를 임포트하고, COVID-QA 데이터셋을 로드한 뒤, 데이터를 정리하기 위해 Pandas 데이터프레임을 생성합니다. 이어서 데이터 증강, 모델 학습, 평가와 같은 후속 단계가 원활히 진행될 수 있도록 기반을 마련합니다.
선택한 데이터셋은 Covid QA 데이터셋입니다. CovidQA Kaggle 데이터셋은 COVID-19와 관련된 질의응답 모음으로, 전파 경로, 증상, 치료, 예방 조치 등 바이러스의 다양한 측면을 다룹니다. 이 데이터셋은 추출 기반 Question Answering (QA) 작업을 위해 머신러닝 모델을 학습하고 평가하는 데 사용되며, 모델이 COVID-19 관련 질문을 더 정확하게 이해하고 답변하도록 돕습니다.
1단계: 필요한 라이브러리 임포트
!pip install openai pandas wandbimport jsonimport pandas as pdImport requestsimport openaiimport wandbfrom sklearn.model_selection import train_test_split
2단계: 데이터셋 로드 및 Pandas 데이터프레임 생성
코로나 관련 데이터셋을 로드하겠습니다. 이 데이터는 JSON 형식으로 저장되어 있다고 가정합니다.
data_path = "/content/COVID-QA.json"with open(data_path, "r") as f:data = json.load(f)questions = []answers = []contexts = []for entry in data['data']:for paragraph in entry['paragraphs']:context = paragraph['context']for qa in paragraph['qas']:questions.append(qa['question'])answers.append(qa['answers'][0]['text'])contexts.append(context)df = pd.DataFrame({'question': questions,'answer': answers,'context': contexts})
3단계: Chroma로 데이터 강화
여기서는 데이터 보강과 향상을 위해 Chroma를 활용합니다. Chroma는 사전 주석이 달린 텍스트 문서와 해당 임베딩에 접근할 수 있는 데이터베이스 플랫폼입니다. 이 문맥에서 우리는 말뭉치를 Chroma에 로드하여 데이터셋을 향상하는 기능을 활용했습니다. 이 단계는 데이터셋 향상을 위해 Chroma의 API 또는 관련 기능에 접근할 수 있다고 가정합니다.
말뭉치를 Chroma에 로드하기
import chromadbfrom chromadb.utils.embedding_functions import OpenAIEmbeddingFunction
OpenAI 구성
openai.api_key = 'your_openai_api_key'embedding_function = OpenAIEmbeddingFunction(api_key=openai.api_key)
Chroma 구성
chroma_client = chromadb.Client() # Ephemeral by defaultscifact_corpus_collection = chroma_client.create_collection(name='scifact_corpus', embedding_function=embedding_function)
배치 처리와 데이터의 Chroma 삽입 및 OpenAI의 GPT를 통한 액세스
batch_size = 100for i in range(0, len(df), batch_size):batch_df = df[i:i+batch_size]scifact_corpus_collection.add(ids=batch_df['doc_id'].apply(lambda x: str(x)).tolist(), # Chroma takes string IDs.documents=(batch_df['title'] + '. ' + batch_df['abstract'].apply(lambda x: ' '.join(x))).to_list(), # We concatenate the title and abstract.metadatas=[{"structured": structured} for structured in batch_df['structured'].to_list()] # We also store the metadata, though we don't use it in this example.)
4단계: OpenAI의 GPT로 답변 생성
증강된 질문에 대해 답변을 생성하려면 OpenAI API를 활용하세요.
from openai import OpenAIdef get_improved_answer(question, context, api_key):client = OpenAI(api_key=api_key)response = client.completions.create(model="gpt-3.5-turbo-instruct",prompt=f"Question: {question}\nContext: {context}\nAnswer:",max_tokens=150)return response.choices[0].text.strip()
답변 생성 예시
df['generated_answer'] = df.apply(lambda row: get_answer(row['augmented_question'], row['augmented_context']), axis=1)
5단계: Weights & Biases 초기화 및 데이터 로깅, 결과 평가와 시각화
Weights & Biases를 초기화하고, 미세 조정 전에 기존 답변을 로그로 남기기
import wandbwandb.init(project='enhanced_qa_with_openai_chroma')old_answers = df['answer'].head(5).tolist()old_questions = df['question'].head(5).tolist()old_answers_table = wandb.Table(data=[old_questions, old_answers], columns=["Question", "Old Answer"])wandb.log({"Old Answers Table": old_answers_table})
미세 조정 후 개선된 답변을 정의하고 기록하기
improved_answers = []for index, row in df.head(5).iterrows():improved_answer = get_improved_answer(row['question'], row['context'])improved_answers.append(improved_answer)
개선된 답변 테이블 기록하기
improved_answers_table = wandb.Table(data=[old_questions, improved_answers], columns=["Question", "Improved Answer"])wandb.log({"Improved Answers Table": improved_answers_table})
미세 조정 후 답변이 어떻게 개선되었는지 간단히 설명하세요.
improvement_description = "The table above compares the answers generated by the model before fine-tuning and after fine-tuning. After fine-tuning, the model provides more accurate and relevant answers, showcasing the effectiveness of the fine-tuning process in enhancing the model's performance."wandb.log({"Improvement Description": improvement_description})
아래 표에는 OpenAI 접근 방식으로 우리 모델이 생성한 기존 답변이 표시되어 있습니다. 이 답변들은 정확하며 질의된 주제에 대한 기본 정보를 제공합니다.

반면 아래 표에는 OpenAI로 우리 모델을 미세 조정한 후 얻은 개선된 답변이 나와 있습니다. 정확성을 유지하면서도 더 상세하고 추가 문맥을 제공하여 전반적인 응답 품질을 높였습니다.

통합의 이점과 향후 고려사항
Chroma, OpenAI의 GPT, 그리고 Weights & Biases (W&B)를 통합하면 Question Answering (QA) 시스템의 개발과 최적화에 여러 핵심 이점을 제공합니다. 첫째, GPT의 문맥 이해, Chroma의 임베딩 기능, W&B의 실험 추적을 결합해 포괄적인 인사이트를 제공합니다. 이러한 시너지는 QA 시스템의 동작, 성능 패턴, 최적화 기회를 깊이 있게 파악할 수 있게 합니다.
더 나아가, 이러한 통합 접근 방식은 반복적 개선을 지원하여, 실제 데이터와 사용자 상호작용을 바탕으로 QA 시스템을 지속적으로 고도화할 수 있게 합니다. 미세 조정, 임베딩 데이터, 실험 추적 같은 기능은 지속적인 개선을 촉진하여, 시스템이 변화하는 요구 사항과 사용자 니즈에 맞춰 발전하도록 보장합니다.
또한 Chroma의 시각화와 W&B의 추적 기능을 통해 데이터 기반 의사결정을 가능하게 하여, 시스템 개선을 위한 근거 있는 판단을 내릴 수 있게 합니다. 이 접근 방식은 확장성과 적응성이 뛰어나 변화하는 요구 사항, 데이터셋, 사용자 기대에 유연하게 대응하며, 향상된 기능과 성능을 갖춘 지능형 Question Answering (QA) 시스템을 구축하기 위한 견고한 기반을 마련합니다.
팁과 모범 사례
OpenAI GPT를 사용해 Question Answering (QA) 시스템을 구축하고, 임베딩 효율화를 위해 Chroma를 통합하며, 실험 추적과 최적화를 위해 Weights & Biases (W&B)를 활용할 때 유용한 구체적인 팁과 모범 사례는 다음과 같습니다:
- 미세 조정을 시작하기 전에 데이터셋을 충분히 준비하고 체계적으로 구성하세요. Pandas와 같은 도구를 사용해 데이터를 효율적으로 불러오고 정리하세요.
- OpenAI API 키를 안전하게 관리하세요. 보안을 위해 코드에 직접 하드코딩하지 마세요. 대신 환경 변수를 사용하거나 안전한 구성 관리 방식을 적용하는 것을 권장합니다.
- 대규모 데이터셋을 다룰 때는 배치 처리 기법을 사용해 메모리 사용을 최적화하고 처리 효율을 높이세요. 이는 ChromaDB 같은 외부 API와 상호작용할 때 특히 중요합니다.
- 특정 작업과 요구 사항에 맞는 적절한 미세 조정용 모델을 선택하세요. 제공된 예시에서는 gpt-3.5-turbo-instruct를 사용했지만, 데이터의 특성과 작업의 복잡도에 따라 다른 모델을 검토해야 할 수 있습니다.
- Weights & Biases (W&B)와 같은 로깅 도구를 사용해 미세 조정 전후의 모델 성능을 추적하고 시각화하세요. 이전 답변과 개선된 답변 등 중요한 지표를 기록해 미세 조정 과정의 효과를 분석하세요.
- 코드 안에 각 단계의 목적과 선택한 이유를 명확하고 간결하게 설명하는 문서를 작성하세요. 이는 코드의 가독성과 명확성을 유지하고, 다른 사람들이 프로젝트를 이해하고 협업하기 쉽게 만들어 줍니다.
결론
Chroma, OpenAI, Weights & Biases를 활용한 Question Answering (QA) 시스템 고도화에서는 QA 시스템 개발에 혁신적인 접근을 제시했습니다. ChatGPT의 맥락 이해, 미세 조정의 적응성, Chroma의 데이터 인사이트, Weights & Biases의 최적화 기능이 결합되어 강력한 생태계를 이룹니다. 이 통합을 통해 개발자는 정확도와 적응성이 높고 사용자 중심적인 QA 시스템을 구축할 수 있으며, 이는 인간과 기계 간 상호작용의 미래에 의미 있는 변화를 가져옵니다.
이 변화하는 지형을 헤쳐 나가면서, 이러한 발전은 AI가 통찰을 매끄럽게 이해하고 시각화하며 성능을 최적화하는 새로운 시대를 열어, 자연어 이해에서 더 깊은 연결과 변혁적인 경험을 가능하게 합니다. 이 여정은 단순한 기술적 진보를 넘어, 의미 있고 영향력 있는 결과를 위해 우리가 AI와 상호작용하고 그 힘을 활용하는 방식에 근본적인 변화를 의미합니다.
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