# 구조화된 생성으로 근거 강조 표시가 있는 RAG 시스템 구축하기
_작성자: [Aymeric Roucher](https://huggingface.co/m-ric), 번역: [유용상](https://huggingface.co/4n3mone)_

**구조화된 생성**(Structured generation)은 LLM 출력이 특정 패턴을 따르도록 강제하는 방법입니다.

이 방법은 여러 가지 용도로 사용될 수 있습니다:
- ✅ 특정 키가 있는 딕셔너리 출력
- 📏 출력이 N글자 이상이 되도록 보장
- ⚙️ 더 일반적으로, 다운스트림 처리를 위해 출력이 특정 정규 표현식 패턴을 따르도록 강제
- 💡 검색 증강 생성(RAG)에서 답변을 뒷받침하는 소스를 강조 표시

이 노트북은 마지막 예시를 구체적으로 보여줍니다.

**➡️ 우리는 답변을 제공할 뿐만 아니라 이 답변의 근거가 되는 스니펫을 강조 표시하는 RAG 시스템을 구축합니다.**

_RAG에 대한 소개가 필요하다면, [이 쿡북](advanced_rag)을 확인해 보세요._

이 노트북은 먼저 프롬프트를 통한 구조화된 생성의 단순한 접근 방식을 보여주고 그 한계를 강조한 다음, 더 효율적인 구조화된 생성을 위한 제한된 디코딩(constrained decoding)을 시연합니다.

이 노트북은 HuggingFace Inference Endpoints를 활용합니다 (예제는 [서버리스](https://huggingface.co/docs/api-inference/quicktour) 엔드포인트를 사용하지만, [전용](https://huggingface.co/docs/inference-endpoints/en/guides/access) 엔드포인트로 변경할 수 있습니다), 또한 [outlines](https://github.com/outlines-dev/outlines)라는 구조화된 텍스트 생성 라이브러리를 사용한 로컬 추론 예제도 보여줍니다.

```python
!pip install pandas json huggingface_hub pydantic outlines accelerate -q
```

```python
import pandas as pd
import json
from huggingface_hub import InferenceClient

pd.set_option("display.max_colwidth", None)
```

```python
repo_id = "mistralai/Mistral-Nemo-Instruct-2407"

llm_client = InferenceClient(model=repo_id, timeout=120)

# Test your LLM client
llm_client.text_generation(prompt="대한민국의 수도는?", max_new_tokens=50)
```

## 모델에 프롬프트 제공하기

모델에서 구조화된 출력을 얻으려면, 충분히 성능이 좋은 모델에 적절한 지시사항을 포함한 프롬프트를 제공하면 됩니다. 대부분의 경우 이 방법이 잘 작동할 것입니다.

이번 경우, 우리는 RAG 모델이 답변뿐만 아니라 신뢰도 점수와 근거가 되는 스니펫도 함께 생성하기를 원합니다.

이러한 출력을 JSON 형식의 딕셔너리로 생성하면, 나중에 쉽게 처리할 수 있습니다 (여기서는 근거가 되는 스니펫을 강조하여 표시할 예정입니다).

```python
RELEVANT_CONTEXT = """
문서:

오늘 서울의 날씨가 정말 좋네요.
Transformers에서 정지 시퀀스를 정의하려면 파이프라인 또는 모델에 stop_sequence 인수를 전달해야 합니다.

"""
```

```python
RAG_PROMPT_TEMPLATE_JSON= """문서를 기반으로 사용자 쿼리에 응답합니다.

다음은 문서입니다: {context}


답변을 JSON 형식으로 제공하고, 답변의 직접적 근거가 된 문서의 모든 관련 짧은 소스 스니펫과 신뢰도 점수를 0에서 1 사이의 부동 소수점으로 제공해야 합니다.
근거 스니펫은 전체 문장이 아닌 기껏해야 몇 단어 정도로 매우 짧아야 합니다! 그리고 문맥에서 정확히 동일한 문구와 철자를 사용하여 추출해야 합니다.

답변은 다음과 같이 작성해야 하며, “Answer:” 및 “End of answer.” 를 포함해야 합니다.

Answer:
{{
  “answer": 정답 문장,
  “confidence_score": 신뢰도 점수,
  “source_snippets": [“근거_1”, “근거_2”, ...]
}}
End of answer.

이제 시작하세요!
다음은 사용자 질문입니다: {user_query}.
Answer:
"""
```

```python
USER_QUERY = "Transformers에서 정지 시퀀스를 어떻게 정의하나요?"
```

```python
>>> prompt = RAG_PROMPT_TEMPLATE_JSON.format(
...     context=RELEVANT_CONTEXT, user_query=USER_QUERY
... )
>>> print(prompt)
```

<pre>
문서를 기반으로 사용자 쿼리에 응답합니다.

다음은 문서입니다: 
문서:

오늘 서울의 날씨가 정말 좋네요.
Transformers에서 정지 시퀀스를 정의하려면 파이프라인 또는 모델에 stop_sequence 인수를 전달해야 합니다.




답변을 JSON 형식으로 제공하고, 답변의 직접적 근거가 된 문서의 모든 관련 짧은 소스 스니펫과 신뢰도 점수를 0에서 1 사이의 부동 소수점으로 제공해야 합니다.
근거 스니펫은 전체 문장이 아닌 기껏해야 몇 단어 정도로 매우 짧아야 합니다! 그리고 문맥에서 정확히 동일한 문구와 철자를 사용하여 추출해야 합니다.

답변은 다음과 같이 작성해야 하며, “Answer:” 및 “End of answer.” 를 포함해야 합니다.

Answer:
{
  “answer": 정답 문장,
  “confidence_score": 신뢰도 점수,
  “source_snippets": [“근거_1”, “근거_2”, ...]
}
End of answer.

이제 시작하세요!
다음은 사용자 질문입니다: Transformers에서 정지 시퀀스를 어떻게 정의하나요?.
Answer:
</pre>

```python
>>> answer = llm_client.text_generation(
...     prompt,
...     max_new_tokens=256,
... )

>>> answer = answer.split("End of answer.")[0]
>>> print(answer)
```

<pre>
{
  "answer": "Transformers에서 정지 시퀀스를 정의하려면 파이프라인 또는 모델에 stop_sequence 인수를 전달해야 합니다.",
  "confidence_score": 0.95,
  "source_snippets": ["정지 시퀀스를 정의하려면 파이프라인 또는 모델에 stop_sequence 인수를 전달해야 합니다."]
}
</pre>

LLM의 출력은 딕셔너리의 문자열 표현입니다. 따라서 `literal_eval`을 사용하여 이를 딕셔너리로 로드합시다.

```python
from ast import literal_eval

parsed_answer = literal_eval(answer)
```

```python
>>> def highlight(s):
...     return "\x1b[1;32m" + s + "\x1b[0m"


>>> def print_results(answer, source_text, highlight_snippets):
...     print("Answer:", highlight(answer))
...     print("\n\n", "=" * 10 + " Source documents " + "=" * 10)
...     for snippet in highlight_snippets:
...         source_text = source_text.replace(snippet.strip(), highlight(snippet.strip()))
...     print(source_text)


>>> print_results(
...     parsed_answer["answer"], RELEVANT_CONTEXT, parsed_answer["source_snippets"]
... )
```

<pre>
Answer: [1;32mTransformers에서 정지 시퀀스를 정의하려면 파이프라인 또는 모델에 stop_sequence 인수를 전달해야 합니다.[0m


 ========== Source documents ==========

문서:

오늘 서울의 날씨가 정말 좋네요.
Transformers에서 [1;32m정지 시퀀스를 정의하려면 파이프라인 또는 모델에 stop_sequence 인수를 전달해야 합니다.[0m
</pre>

잘 작동합니다! 🥳

하지만 성능이 낮은 모델을 사용하는 경우는 어떨까요?

성능이 떨어지는 모델의 불안정한 출력을 시뮬레이션하기 위해, temperature 값을 높여보겠습니다.

```python
>>> answer = llm_client.text_generation(
...     prompt,
...     max_new_tokens=250,
...     temperature=1.6,
...     return_full_text=False,
... )
>>> print(answer)
```

<pre>
{
    "answer": adjectistiques Banco Comambique-howiktenल्ल 없을Ela Nal realisticINTEn обор reminding frustPolit lMer Maria Banco Comambique-howiktenल्ल 없을Ela Nal realisticINTEn обор музы inférieurke Zendaya alguna７ Mons ram incColumn Orth manages Richie HackAUcasismo<< fpsTIvlOcriptive Ou Tam psycho-Kinsic Serum SecurityülY on Hazard SautéFust St I With 모 clans Eddy Bindingtsoke funeral Stefano authenticitatcontent。

적으로ებულიização finnotes fins witCamera 하나 ls Metallurne couleur platinum/c وأنت textarea Golfyyzuhalten assume prog_reset"Piagn Ameth amivio COR '',
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</pre>

출력이 올바른 JSON 형식조차 아닌 것을 확인할 수 있습니다.

## 👉 제한된 디코딩(Constrained decoding)

JSON 출력을 강제하기 위해, 우리는 **제한된 디코딩**을 사용해야 합니다. 여기서 LLM이 **문법**이라고 불리는 일련의 규칙에 맞는 토큰만 출력하도록 강제합니다.

이 문법은 Pydantic 모델, JSON 스키마 또는 정규 표현식을 사용하여 정의할 수 있습니다. 그러면 AI는 지정된 문법에 맞는 응답을 생성합니다.

예를 들어, 여기서는 [Pydantic 타입](https://docs.pydantic.dev/latest/api/types/)을 따릅니다.

```python
from pydantic import BaseModel, confloat, StringConstraints
from typing import List, Annotated


class AnswerWithSnippets(BaseModel):
    answer: Annotated[str, StringConstraints(min_length=10, max_length=100)]
    confidence: Annotated[float, confloat(ge=0.0, le=1.0)]
    source_snippets: List[Annotated[str, StringConstraints(max_length=30)]]
```

생성된 스키마가 요구 사항을 올바르게 나타내는지 확인해 보세요.

```python
AnswerWithSnippets.schema()
```

클라이언트의 `text_generation` 메서드를 사용하거나 `post` 메서드를 사용할 수 있습니다.

```python
>>> # Using text_generation
>>> answer = llm_client.text_generation(
...     prompt,
...     grammar={"type": "json", "value": AnswerWithSnippets.schema()},
...     max_new_tokens=250,
...     temperature=1.6,
...     return_full_text=False,
... )
>>> print(answer)

>>> # Using post
>>> data = {
...     "inputs": prompt,
...     "parameters": {
...         "temperature": 1.6,
...         "return_full_text": False,
...         "grammar": {"type": "json", "value": AnswerWithSnippets.schema()},
...         "max_new_tokens": 250,
...     },
... }
>>> answer = json.loads(llm_client.post(json=data))[0]["generated_text"]
>>> print(answer)
```

<pre>
{
  "answer": " neces恨bay внеpok Archives-Common Propsogs’organpern 공격forschfläche elicous neces恨bay внеpok món-�","confidence": 1,"source_snippets": ["Washington Roman Humналеualion", "_styleImplementedAugust lire",
  ""]

                                                            }
{
  "answer": " بخopuerto կար因數 kavuts mi Firefox Penguins er sdபெர erinnert publiée 물리 DK\({}^{\ Cis بخopuerto կար因數"
,
  "confidence": 0.7825484027713585
,
  "source_snippets": [

"Transformerграни moisady отгaನ", ", migrations ceproductionautal",
"Listeners accelerating loocae"
]
}
</pre>

✅ 높은 temperature 설정으로 인해 답변 내용은 여전히 말이 되지 않지만, 생성된 출력 텍스트는 이제 우리가 문법에서 정의한 정확한 키와 자료형을 가진 올바른 JSON 형식입니다!

이제 이 출력물을 추가 처리를 위해 파싱할 수 있습니다.

### Outlines를 사용해서 로컬 환경에서 문법 활용하기

[Outlines](https://github.com/outlines-dev/outlines/)는 Hugging Face의 Inference API에서 출력 생성을 제한하기 위해 내부적으로 실행되는 라이브러리입니다. 이를 로컬 환경에서도 사용할 수 있습니다.

이 라이브러리는 [로짓(logits)에 편향(bias)을 적용하는 방식](https://github.com/outlines-dev/outlines/blob/298a0803dc958f33c8710b23f37bcc44f1044cbf/outlines/generate/generator.py#L143)으로 작동하여, 사용자가 정의한 제약 조건에 부합하는 선택지만 강제로 선택되도록 합니다.

```python
schema_as_str
```

```python
import outlines

repo_id = "Qwen/Qwen2-7B-Instruct"
# 로컬에서 모델 로드하기
model = outlines.models.transformers(repo_id)

schema_as_str = json.dumps(AnswerWithSnippets.schema())

generator = outlines.generate.json(model, schema_as_str)

# Use the `generator` to sample an output from the model
result = generator(prompt)
print(result)
```

제약 생성(constrained generation)을 사용하여 [Text-Generation-Inference](https://huggingface.co/docs/text-generation-inference/en/index)를 활용할 수도 있습니다 (자세한 내용과 예시는 [문서](https://huggingface.co/docs/text-generation-inference/en/conceptual/guidance)를 참조하세요).

지금까지 우리는 특정 RAG 사용 사례를 보여주었지만, 제약 생성은 그 이상으로 많은 도움이 됩니다.

예를 들어, [LLM judge](llm_judge) 워크플로우에서도 제약 생성을 사용하여 다음과 같은 JSON을 출력할 수 있습니다:
```py
{
    "score": 1,
    "rationale": "The answer does not match the true answer at all.",
    "confidence_level": 0.85
}
```

오늘은 여기까지입니다. 끝까지 따라와 주셔서 감사드립니다! 👏

<EditOnGithub source="https://github.com/huggingface/cookbook/blob/main/notebooks/ko/structured_generation.md" />