2026-04-14 10:28:22 +08:00
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# Text2SQL 算法技术方案
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## 算法架构概述
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Text2SQL 是一个将自然语言转换为 SQL 查询语句的智能算法系统,采用多智能体协作架构,结合向量检索和大语言模型技术,实现高效准确的 SQL 生成。
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## 智能体组成
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Text2SQL 系统由以下三个核心智能体组成:
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| 智能体名称 | 主要职责 | 核心功能 |
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| ------------- | ------ | ------------------------ |
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| Schema Linker | 表选择 | 向量检索粗筛、LLM 精筛、外键扩展 |
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| SQL Generator | SQL 生成 | Few-shot 示例增强、LLM 生成 SQL |
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| Validator | SQL 验证 | 程序验证、库执行探针(0/1/-1)、LLM 语义验证、结果评估 |
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这些智能体协同工作,形成完整的自然语言到 SQL 的转换流程。
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## 核心算法流程
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```mermaid
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flowchart TD
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subgraph 输入层
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A[自然语言问题]
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2026-04-16 10:53:10 +08:00
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Actx[可选会话上文
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dialog_context]
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2026-04-14 10:28:22 +08:00
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end
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2026-04-16 10:53:10 +08:00
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2026-04-14 10:28:22 +08:00
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subgraph 核心处理层
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2026-04-16 10:53:10 +08:00
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A --> B[意图分类 classify_dialog]
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Actx --> B
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B -->|conversation| C[直接返回引导性中文回复]
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B -->|text2sql| N0[问句归一 normalize_nl_question
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TRANSLATE_EN_TO_ZH=true 默认开启]
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N0 --> D0[合并上文用于检索选表
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_merge_dialog_for_model]
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subgraph "Schema Linker 表选择模块"
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D[表选择流程]
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D1[向量粗筛 _coarse_filter
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SchemaIndexer Chroma 或全表降级]
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D2[LLM 精筛 _llm_select_tables
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select_tables]
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D2b[经纪商维度表优先
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_prioritize_broker_tables]
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D3[外键双向扩展
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_expand_relations]
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D4[生成紧凑 Schema 字符串
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to_compact_string]
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2026-04-14 10:28:22 +08:00
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D --> D1
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D1 --> D2
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2026-04-16 10:53:10 +08:00
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D2 --> D2b
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D2b --> D3
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D3 --> D4
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2026-04-14 10:28:22 +08:00
|
|
|
|
end
|
2026-04-16 10:53:10 +08:00
|
|
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D0 --> D
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subgraph "SQL Generator SQL生成模块"
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E[SQL 生成 _generate_sql]
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E1[Few-shot 示例增强 FewShotSelector
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Chroma 或 JSONL FEWSHOT_USE_CHROMA]
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E2[LLM chat 生成
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temperature=0.0 top_p=1.0]
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E3[sqlglot 方言归一
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normalize_sql_for_dialect]
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2026-04-14 10:28:22 +08:00
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E --> E1
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E1 --> E2
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2026-04-16 10:53:10 +08:00
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E2 --> E3
|
2026-04-14 10:28:22 +08:00
|
|
|
|
end
|
2026-04-16 10:53:10 +08:00
|
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D4 --> E
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subgraph "Validator SQL验证模块 _validate_sql"
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F[程序校验]
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F1[语法验证 sqlglot]
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F1a[表列一致性验证 SchemaManager]
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F1b[危险操作检查 check_dangerous_operations]
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F1c[T-SQL 字面量规则检查
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check_no_cjk_in_sql_string_literals]
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F1d[库探针 probe_sql_execution_status_ex
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需 database_url 配置]
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F2[LLM 语义验证 validate_sql
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仅探针为 None 时调用]
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F0a[探针 1 交付说明
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sql_probe_success_delivery_message]
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F0b[探针 0 无数据说明
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empty_result_user_feedback]
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2026-04-14 10:28:22 +08:00
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F --> F1
|
2026-04-16 10:53:10 +08:00
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F1 --> F1a
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F1a --> F1b
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F1b --> F1c
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F1c -->|无程序错误| F1d
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F1c -->|有程序错误| I[未通过 max_retry 内重试]
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F1d -->|探针 None| F2
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F1d -->|探针 1| F0a
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F1d -->|探针 0| F0b
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F1d -->|探针 -1| I
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F2 -->|LLM 报错| I
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F2 -->|通过| H[GenerationResult 有效 SQL]
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F0a --> H
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F0b --> H
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2026-04-14 10:28:22 +08:00
|
|
|
|
end
|
2026-04-16 10:53:10 +08:00
|
|
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E3 --> F
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I --> R[重试回合]
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R --> R1[extract_tables 合并上次SQL引用的表]
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R1 --> R2[外键再扩展 _expand_relations]
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R2 --> R3[重新生成紧凑 Schema to_compact_string]
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R3 -->|下一 attempt| E
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2026-04-14 10:28:22 +08:00
|
|
|
|
end
|
2026-04-16 10:53:10 +08:00
|
|
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|
|
2026-04-14 10:28:22 +08:00
|
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|
subgraph 数据层
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2026-04-16 10:53:10 +08:00
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|
J[SchemaManager
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|
加载 Schema 元数据]
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K[Chroma 持久化
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schema 向量索引 SchemaIndexer]
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K2[Few-shot 向量库或 JSONL
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FewShotSelector]
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Emb[嵌入模型
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OpenAI 兼容 Embeddings API]
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M[DeepSeek LLM
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统一接口 deepseek.chat/select_tables
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/validate_sql 等方法]
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N[业务库 SQLAlchemy
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2026-04-14 10:28:22 +08:00
|
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database_url]
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2026-04-16 10:53:10 +08:00
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J --> D1
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J --> F1a
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Emb --> D1
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Emb --> E1
|
2026-04-14 10:28:22 +08:00
|
|
|
|
K --> D1
|
2026-04-16 10:53:10 +08:00
|
|
|
|
K2 --> E1
|
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|
|
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M --> N0
|
2026-04-14 10:28:22 +08:00
|
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M --> D2
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|
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|
M --> E2
|
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|
|
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M --> F2
|
2026-04-16 10:53:10 +08:00
|
|
|
|
M --> F0a
|
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|
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M --> F0b
|
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|
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M --> B
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|
N --> F1d
|
2026-04-14 10:28:22 +08:00
|
|
|
|
end
|
|
|
|
|
|
```
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## 详细算法流程说明
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### 1. 意图分类
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- **Dialog Classifier**:对用户输入的自然语言进行意图分类
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2026-04-16 10:53:10 +08:00
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- **分类模式**:支持 `rules`(仅规则)和 `hybrid`(混合)两种模式
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- `rules` 模式:仅使用关键词和短语规则,无 LLM 调用
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- `hybrid` 模式(默认):明显查数词/寒暄/元问题走规则快速返回;其余交 LLM 判断
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- **分类结果**:非查询意图(conversation)直接返回对话回复,查询意图(text2sql)进入 SQL 生成流程
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- **规则关键词**:包含查数词(查、查询、统计、汇总)、业务词(余额、交易、账户、持仓)、寒暄词(元问题、致谢等)
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2026-04-14 10:28:22 +08:00
|
|
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|
|
2026-04-16 10:53:10 +08:00
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### 2. Schema Linker 表选择模块
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2026-04-14 10:28:22 +08:00
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|
2026-04-16 10:53:10 +08:00
|
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- **问句归一化(可选)**:`normalize_nl_question_for_text2sql`
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- 将用户中英文问题归一为标准中文(默认开启,`TRANSLATE_EN_TO_ZH=true`)
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- 使同一语义的中英文表述对齐,保证 SQL 一致性
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- 使用 LLM temperature=0 贪心解码
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- **对话上文合并**:`_merge_dialog_for_model`
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- 拼接上文与当前问句,控制总长度(默认 4000 字符用于检索,6000 字符用于选表)
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- 优先保留当前问句完整
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- **向量检索粗筛**:`_coarse_filter` → `SchemaIndexer`
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- 使用嵌入模型将表结构转换为向量
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2026-04-14 10:28:22 +08:00
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|
- 使用 Chroma DB 进行相似度搜索
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2026-04-16 10:53:10 +08:00
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- 返回 top-k 个最相关的候选表
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- 可配置是否启用向量检索(`use_vector_search`)
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2026-04-14 10:28:22 +08:00
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2026-04-16 10:53:10 +08:00
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- **LLM 精筛**:`_llm_select_tables` → `select_tables`
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- 构造包含候选表名和注释的提示
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- 调用 DeepSeek 模型选择最相关的表
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- 返回相关表列表和选择理由
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2026-04-14 10:28:22 +08:00
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2026-04-16 10:53:10 +08:00
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|
- **经纪商维度表优先(可选)**:`_prioritize_broker_tables`
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- 问题涉及对手方/经纪商时,优先纳入 `TSBBrokerContract` 与 `MCBroker`
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- 避免仅选中报表视图却无 BrokerID
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2026-04-14 10:28:22 +08:00
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|
2026-04-16 10:53:10 +08:00
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|
- **外键双向扩展**:`_expand_relations`
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|
- 自动添加被引用的表(外键指向的表)
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|
- 自动添加引用当前表的表(反向外键)
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|
- 确保 JOIN 完整性
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- **生成紧凑 Schema 字符串**:`to_compact_string`
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- 根据选中的表生成紧凑的 Schema 描述
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- 包含表名、注释、字段、类型、主键、外键等信息
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### 3. SQL Generator SQL生成模块
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- **Few-shot 示例增强**:`FewShotSelector`
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- 支持 Chroma 向量库或 JSONL 两种存储方式
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|
- 根据用户问题计算语义相似度
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- 选择 top-k 个最相似的高质量示例(支持评分、标签、难度过滤)
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2026-04-14 10:28:22 +08:00
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|
- 将示例注入到提示中,指导 SQL 生成
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2026-04-16 10:53:10 +08:00
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|
- 可配置 `FEWSHOT_USE_CHROMA=true/false`
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2026-04-14 10:28:22 +08:00
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|
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2026-04-16 10:53:10 +08:00
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|
- **LLM 生成 SQL**:`_generate_sql` → `deepseek.chat`
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- 构造包含 Schema、用户问题、示例(可选)、对话上文的提示
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- 使用 `temperature=0.0, top_p=1.0` 贪心解码
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- T-SQL 特殊要求:使用方括号 `[]`、禁止反引号、`+` 拼接字符串、今日用 `CAST(GETDATE() AS DATE)`
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2026-04-14 10:28:22 +08:00
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|
|
2026-04-16 10:53:10 +08:00
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- **SQL 方言归一**:`normalize_sql_for_dialect`
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- 使用 sqlglot 清理和规范化生成的 SQL
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- 提取 markdown 代码块中的 SQL
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### 4. Validator SQL验证模块
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- **程序校验**(确定性规则,按顺序执行):
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- **语法验证**:`validate_sql_syntax`(sqlglot)
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- **Schema 一致性验证**:`validate_schema_consistency`(检查表和列是否存在于 Schema 中)
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|
- **危险操作检查**:`check_dangerous_operations`(DROP、DELETE、UPDATE、INSERT、ALTER、TRUNCATE 等)
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|
- **T-SQL 字面量规则检查**:`check_no_cjk_in_sql_string_literals`(禁止在字符串字面量中出现中文)
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- **数据库试执行(探针)**:`probe_sql_execution_status_ex`
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- 仅在程序校验全部通过后执行
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- 需要配置 `database_url` 环境变量
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- 返回状态码:
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- **1**:执行成功,且**有返回行** → **跳过 LLM 语义验证**,直接将 SQL 交付用户,可调用 `sql_probe_success_delivery_message` 生成交付说明
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- **0**:执行成功,但**数据行数为 0** → 跳过 LLM 语义验证,调用 `empty_result_user_feedback` 生成补充说明和追问引导
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- **-1**:执行失败 → 进入重试流程,不交付 SQL
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- **None**:未配置 `database_url`,跳过探针
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- **LLM 语义验证**:`validate_sql`(仅探针为 None 时调用)
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2026-04-14 10:28:22 +08:00
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|
- 构造包含 SQL、表结构和用户问题的提示
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- 让 LLM 评估 SQL 是否正确回答了用户问题
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- 收集错误和警告信息
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2026-04-16 10:53:10 +08:00
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- 如果程序校验已通过 Schema 一致性,则过滤掉 LLM 常误报的 `unknown_table` 和 `unknown_column` 错误
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- **重试逻辑**:
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- 最多重试 `max_retry` 次(默认 2)
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- 每次重试:
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- 合并上次失败 SQL 中引用的表(`extract_tables_from_sql`)
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- 外键再扩展
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- 重新生成紧凑 Schema
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- 将上次校验错误反馈给 LLM
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### 5. 数据层支持
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- **Schema 管理**:`SchemaManager` 管理数据库表结构和元数据
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- 从 JSON/G3SB 文件加载表结构
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- 提供表和列的查询接口
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- 分析表之间的外键关系
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- 生成紧凑的 Schema 描述字符串
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- **向量数据库**:`SchemaIndexer` + Chroma DB 存储和检索表向量
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- 支持增量更新和查询
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- 可配置向量数据库路径
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- **Few-shot 示例库**:`FewShotSelector` 管理高质量示例
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- 支持 Chroma 向量库或 JSONL 文件两种存储方式
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- 基于语义相似度检索示例
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- 支持评分、标签、难度过滤
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- **DeepSeek API**:统一接口提供大语言模型能力
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- `deepseek.chat` 通用对话
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- `select_tables` 表选择
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- `validate_sql` SQL 验证
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- `normalize_nl_question` 问句归一
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2026-04-14 10:28:22 +08:00
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- 支持不同的模型参数配置
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## 技术栈
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| 类别 | 技术/库 | 用途 |
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| 编程语言 | Python | 算法实现 |
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| LLM | DeepSeek API | 提供大语言模型能力 |
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| 向量检索 | Chroma DB | 存储和检索表的向量表示 |
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| SQL 处理 | sqlglot | SQL 语法解析和验证 |
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| 环境管理 | dotenv | 管理环境变量 |
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## 算法特点
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2026-04-16 10:53:10 +08:00
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1. **模块化编排架构**:Text2SQLOrchestrator 统一编排表选择、SQL 生成、SQL 验证三大模块,各模块协同工作形成完整处理流程
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2. **问句归一化**:支持中英文问句归一为标准中文(默认开启),保证同一语义的查询生成一致的 SQL
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3. **向量检索增强**:Schema Linker 使用 Chroma 向量数据库快速筛选相关表,提高表选择效率,可配置启用/禁用
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4. **经纪商维度表优先**:针对证券/期货业务场景,涉及对手方/经纪商的问题自动优先纳入经纪商维度表
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5. **Few-shot 学习**:SQL Generator 利用示例库增强 SQL 生成质量,支持 Chroma 向量库或 JSONL 存储方式,可配置启用/禁用
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6. **多层验证机制**:程序校验(语法 + Schema 一致性 + 危险操作 + T-SQL 字面量规则)+ 库上探针 + LLM 语义验证
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7. **智能探针分流**:探针返回 1(有数据)直接交付、0(无数据)附带说明引导用户补充条件、-1(失败)自动重试,None 时走 LLM 语义验证兜底
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8. **自动关联表扩展**:通过外键关系双向扩展相关表,确保 JOIN 完整性
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9. **对话上下文支持**:支持多轮对话的上下文合并,处理指代消解和续问
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10. **可配置性**:支持多种配置参数,如最大重试次数、向量检索开关、Few-shot 配置、问句归一开关等,适应不同场景需求
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2026-04-14 10:28:22 +08:00
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## Few-shot 学习详细说明
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### 概念介绍
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Few-shot 学习是一种机器学习方法,指通过少量示例来指导模型学习和执行任务。与传统的监督学习需要大量标注数据不同,Few-shot 学习仅需提供少量(通常为个位数)的示例,就能让模型理解任务的模式和要求。
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### 在 Text2SQL 系统中的应用
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在 Text2SQL 系统中,Few-shot 学习应用于 SQL 生成阶段,通过 `FewShotSelector` 组件实现,具体流程如下:
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2026-04-14 10:28:22 +08:00
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2026-04-16 10:53:10 +08:00
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1. **示例库构建**:系统维护一个存储高质量自然语言到 SQL 示例的库,支持两种存储方式:
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- **Chroma 向量库**:`FEWSHOT_USE_CHROMA=true` 时使用,提供高效的相似度检索
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- **JSONL 文件**:传统方式,从 `all_samples.jsonl` 加载示例
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- 每条示例包含:问题(中文/英文)、SQL 语句、评分、标签、难度等级等元数据
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2. **相似度匹配**:当用户提出自然语言问题时,使用嵌入模型将问题转换为向量,计算向量相似度
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3. **示例选择**:基于相似度排序,支持多维度过滤:
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- `top_k`:选择最相关的 top-k 个示例(默认 3)
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- `min_rating`:最低评分过滤(默认 7)
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- `required_tags`:必须包含的标签
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- `max_difficulty`:最大难度过滤
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4. **提示增强**:将选中的示例注入到给大语言模型的提示中,格式为:
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```
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参考以下相似示例的SQL编写风格:
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示例 1:
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问题:xxx
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SQL:
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xxx
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【当前Schema】
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xxx
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```
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5. **生成指导**:模型参考示例的结构和风格,结合用户问题和表结构,生成符合要求的 SQL 语句
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### 技术实现
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- **示例存储**:支持 Chroma 向量库持久化或 JSONL 文件加载两种方式
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- **向量索引**:
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- Chroma 模式:使用 Chroma DB 存储和检索向量
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- JSONL 模式:内存 numpy 数组 + 可选 .npy 缓存
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- **相似度计算**:利用预训练的嵌入模型将问题转换为向量,使用余弦相似度计算
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- **示例选择**:根据相似度得分和元数据过滤选择最相关的示例
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- **提示构造**:将选中的示例与用户问题、表结构一起构造提示,确保模型能理解任务要求
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### 优势
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1. **减少数据需求**:不需要大量的标注数据,仅需少量高质量示例
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2. **提高生成质量**:通过示例指导,模型能生成更符合特定场景的 SQL 语句
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3. **学习最佳实践**:示例库可以包含领域专家编写的高质量 SQL,使模型学习到最佳实践
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4. **适应不同场景**:通过扩展示例库,可以适应不同领域和复杂度的 SQL 生成需求
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5. **灵活性**:支持 Chroma 和 JSONL 两种存储方式,可根据场景选择
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6. **高质量保障**:通过评分、标签、难度等元数据过滤,确保选用高质量示例
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### 应用效果
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通过 Few-shot 学习,Text2SQL 系统能够:
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- 处理更复杂的查询场景
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- 生成更符合用户意图的 SQL 语句
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- 减少生成错误
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- 提高系统的泛化能力
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- 通过示例学习特定业务场景的 SQL 编写风格
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## 性能优化
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1. **向量索引预构建**:`build_vector_index` 方法提前构建向量索引,加速首次查询
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2. **懒加载机制**:向量索引在首次使用时才加载,避免启动开销
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3. **Few-shot 缓存**:向量缓存到 `.npy` 文件,换模型自动重建
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4. **贪心解码**:SQL 生成使用 `temperature=0.0` 贪心解码,提高一致性和速度
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5. **库探针优化**:仅取 1 行数据(`max_rows=1`)判断探针状态,最小化数据库负载
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6. **SQL 执行优化**:
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- 聚合查询优先直接执行而非 COUNT 包裹
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- 自动去掉派生表内无意义的 ORDER BY
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- 支持多种 SQL 方言的语法处理
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## 扩展性
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1. **支持多种数据库**:通过 sqlglot 支持不同的 SQL 方言(T-SQL、MySQL、PostgreSQL 等)
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2. **可插拔的 LLM**:统一通过 `DeepSeekClient` 接口调用,支持替换不同的大语言模型
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3. **可配置的嵌入模型**:通过环境变量支持 OpenAI、ModelScope、DashScope 等多种嵌入 API
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4. **自定义示例库**:可根据特定领域扩展示例库,支持 Chroma 或 JSONL 格式
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5. **Schema 灵活加载**:支持从 JSON 文件或 G3SB 格式加载 Schema
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6. **意图分类可扩展**:支持 rules 和 hybrid 两种模式,可扩展更多分类策略
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## 总结
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Text2SQL 算法通过模块化编排架构、向量检索、问句归一化和 Few-shot 学习技术,实现了从自然语言到 SQL 的高效准确转换。系统采用多层验证机制(程序校验 + 库上探针 + LLM 语义验证),配合智能探针分流策略,确保生成的 SQL 既正确又符合用户意图。算法流程清晰,逻辑完善,具有良好的可扩展性和可配置性,能够满足证券/期货等金融业务场景下的 SQL 生成需求。
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