langchain源码阅读系列（一）之LLM输入输出管理

原文首发于博客文章OpenAI 文档解读

LangChain 主体分为 6 个模块，分别是对（大语言）模型输入输出的管理、外部数据接入、链的概念、（上下文记忆）存储管理、智能代理以及回调系统，通过文档的组织结构，你可以清晰了解到 LangChain的侧重点，以及在大语言模型开发生态中对自己的定位。从本节开始我将对langchian各个模块对照源码进行介绍，首先看Model I/O模块👇

Model I/O

这部分包括对大语言模型输入输出的管理，输入环节的提示词管理（包含模板化提示词和提示词动态选择等），处理环节的语言模型（包括所有LLMs的通用接口，以及常用的LLMs工具；Chat模型是一种与LLMs不同的API，用来处理消息），输出环节包括从模型输出中提取信息。

提示词管理

提示模板
动态提示词=提示模板+变量，通过引入给提示词引入变量的方式，一方面保证了灵活性，一方面又能保证Prompt内容结构达到最佳

from langchain import PromptTemplate
no_input_prompt = PromptTemplate(input_variables=[], template="Tell me a joke.")
no_input_prompt.format()one_input_prompt = PromptTemplate(input_variables=["adjective"], template="Tell me a {adjective} joke.")
# "Tell me a funny chickens."
one_input_prompt.format(adjective="funny")multiple_input_prompt = PromptTemplate(input_variables=["adjective", "content"], template="Tell me a {adjective} joke about {content}."
)
# "Tell me a funny joke about chickens."
multiple_input_prompt.format(adjective="funny", content="chickens")

聊天提示模板
聊天场景中，消息可以与AI、人类或系统角色相关联，模型应该更加密切地遵循系统聊天消息的指示。这个是对 OpenAI gpt-3.5-tubor API中role字段（role 的属性用于显式定义角色，其中 system 用于系统预设，比如”你是一个翻译家“，“你是一个写作助手”，user 表示用户的输入， assistant 表示模型的输出）的一种抽象，以便应用于其他大语言模型。SystemMessage对应系统预设，HumanMessage用户输入，AIMessage表示模型输出，使用 ChatMessagePromptTemplate 可以使用任意角色接收聊天消息。

from langchain.prompts import (ChatPromptTemplate,PromptTemplate,SystemMessagePromptTemplate,AIMessagePromptTemplate,HumanMessagePromptTemplate,
)
from langchain.schema import (AIMessage,HumanMessage,SystemMessage
)def generate_template():template="You are a helpful assistant that translates {input_language} to {output_language}."system_message_prompt = SystemMessagePromptTemplate.from_template(template)human_template="{text}"human_message_prompt = HumanMessagePromptTemplate.from_template(human_template)chat_prompt = ChatPromptTemplate.from_messages([system_message_prompt, human_message_prompt])# [SystemMessage(content='You are a helpful assistant that translates English to Chinese.', additional_kwargs={}), HumanMessage(content='I like Large Language Model', additional_kwargs={}, example=False)]final_message = chat_prompt.format_prompt(input_language="English", output_language="Chinese", text="I like Large Language Model").to_messages()print(final_message)if __name__ == "__main__":generate_template()

其他
- 基于 StringPromptTemplate 自定义提示模板StringPromptTemplate
- 将Prompt输入与特征存储关联起来(FeaturePromptTemplate)
- 少样本提示模板（FewShotPromptTemplate）
- 从示例中动态提取提示词

LLMs

LLMs

将文本字符串作为输入并返回文本字符串的模型（纯文本补全模型），这里重点说下做项目尽量用异步的方式，体验会更好，下面的例子连续10个请求，时间相差接近5s。

import time
import asyncio
from langchain.llms import OpenAI
def generate_serially():llm = OpenAI(temperature=0.9)for _ in range(10):resp = llm.generate(["Hello, how are you?"])print(resp.generations[0][0].text)async def async_generate(llm):resp = await llm.agenerate(["Hello, how are you?"])print(resp.generations[0][0].text)async def generate_concurrently():llm = OpenAI(temperature=0.9)tasks = [async_generate(llm) for _ in range(10)]await asyncio.gather(*tasks)if __name__ == "__main__":s = time.perf_counter()asyncio.run(generate_concurrently())elapsed = time.perf_counter() - sprint("\033[1m" + f"Concurrent executed in {elapsed:0.2f} seconds." + "\033[0m")s = time.perf_counter()generate_serially()elapsed = time.perf_counter() - sprint("\033[1m" + f"Serial executed in {elapsed:0.2f} seconds." + "\033[0m")

缓存

如果多次请求的返回一样，就可以考虑使用缓存，一方面可以减少对API调用次数节省token消耗，一方面可以加快应用程序的速度。

from langchain.cache import InMemoryCache
import time
import langchain
from langchain.llms import OpenAI
llm = OpenAI(model_name="text-davinci-002", n=2, best_of=2)
langchain.llm_cache = InMemoryCache()
s = time.perf_counter()
llm("Tell me a joke")
elapsed = time.perf_counter() - s
# executed first in 2.18 seconds.
print("\033[1m" + f"executed first in {elapsed:0.2f} seconds." + "\033[0m")
llm("Tell me a joke")
# executed second in 0.72 seconds.
elapsed2 = time.perf_counter() - elapsed
print("\033[1m" + f"executed second in {elapsed2:0.2f} seconds." + "\033[0m")

流式传输

以打字机效果的方式逐字返回聊天内容

from langchain.llms import OpenAI
from langchain.callbacks.streaming_stdout import StreamingStdOutCallbackHandler
llm = OpenAI(streaming=True, callbacks=[StreamingStdOutCallbackHandler()], temperature=0)
resp = llm("模仿李白的风格写一首唐诗.")
print(resp)

跟踪 token 消耗情况
流式传输的情况下暂不支持计算，可以考虑内容全部传输完成后用tiktoken库计算

from langchain.llms import OpenAI
from langchain.callbacks import get_openai_callback
llm = OpenAI()
with get_openai_callback() as cb:resp = llm.generate(["模仿李白的风格写一首唐诗."])print(resp.generations[0][0].text)print(cb)

Chat models
将聊天消息列表作为输入并返回聊天消息的模型（对话补全模型）
其他
- 以json或者yml格式读取保存LLM的（参数）配置（llm.load_llm方法和llm.save方法）
- 为了节省你的token，还可以在测试过程中使用一个模拟LLM输出的FakeListLLM；还有一个模拟用户输入的HumanInputLLM。
- 与其他 AI相关基础设施的集成，用到随时查询即可

输出解析器

输出解析器用于构造大语言模型的响应格式，具体通过格式化指令和自定义方法两种方式。

# 格式化指令的方式
from langchain.output_parsers import CommaSeparatedListOutputParser
from langchain.prompts import PromptTemplate, ChatPromptTemplate, HumanMessagePromptTemplate
from langchain.llms import OpenAI
from langchain.chat_models import ChatOpenAI
output_parser = CommaSeparatedListOutputParser()
format_instructions = output_parser.get_format_instructions()
prompt = PromptTemplate(template="列出五个 {subject}.\n{format_instructions}",input_variables=["subject"],partial_variables={"format_instructions": format_instructions}
)
model = OpenAI(temperature=0)
_input = prompt.format(subject="大语言模型的特性")
output = model(_input)
# 可移植性, 可扩展性, 可重用性, 可维护性, 可读性
print(output)
output_parser.parse(output)

虽然内置了 DatetimeOutputParser、EnumOutputParser、PydanticOutputParser等解析器，但是我觉得ResponseSchema的控制自由度更好，但是不易于管理。

from langchain.output_parsers import StructuredOutputParser, ResponseSchema
from langchain.prompts import PromptTemplate, ChatPromptTemplate, HumanMessagePromptTemplate
from langchain.llms import OpenAI
from langchain.chat_models import ChatOpenAI
response_schemas = [ResponseSchema(name="answer", description="answer to the user's question"),ResponseSchema(name="source", description="source used to answer the user's question, should be a website.")
]
output_parser = StructuredOutputParser.from_response_schemas(response_schemas)
format_instructions = output_parser.get_format_instructions()
prompt = PromptTemplate(template="answer the users question as best as possible.\n{format_instructions}\n{question}",input_variables=["question"],partial_variables={"format_instructions": format_instructions}
)