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大语言模型(LLM) 的function calling

大语言模型(LLM)可以使用自然语言与人类对话。但在使用它完成某项复杂工作时，很多时候必须依赖其他外部工具，这包括但不限于：

• 训练的知识库和提示词以外的知识。包括某些垂直细分领域以及非公开的数据。
• 计算任务。相信我，即使它给出的结果看起来很像样，你也不能相信它在计算方面的能力；它无法保证100%的准确性。
• 实时数据。需要外部工具提供。

能识别需要使用的外部工具，能根据其结果数据完成对话的功能叫做function calling。

实验：OpenAI之function calling

OpenAI的GPT作为LLM的代表作，我们将给它提出如下问题：

问题：一共有3个人，每个人有15个苹果，10个鸭梨，一共有多少苹果？
注：　这个简单的逻辑和算数题只作为实验用途；实际应用中可以扩展到复杂的计算。

我们将给GPT提供两个function/tool。一个是乘法，一个是加法。
注：　其中加法用来迷惑GPT。

我们期待的结果：GPT能判断使用乘法及其参数，并使用乘法function calling给出的结果数据，最终返回正确答案：
三个人一共有45个苹果。

序列图：function calling如何工作

我们的代码和GPT将怎样完成这个过程呢？这里将整个过程描绘在下面的时序图中：

详情: 对话内容

以下内容是真实的对话历史，程序和GPT配合按照我们的预想完成了整个过程，并最终给出了正确答案。
注：以下用到的UserMessage, AIMessage, FunctionMessage都是LangChain中的概念；它比较贴切的抽象了不同role的对话项。


步骤1中的对话项：UserMessage ｜ 向GPT输入对话提示词。

#提示词
{"role": "user","content": "一共有3个人，每个人有15个苹果，10个鸭梨，一共有多少苹果？"
}

另外，在调用GPT接口时，定义了2个function type tools：乘法multiply和加法add。内容参见下一部分的代码部分。


步骤2中的对话项：AIMessage ｜ GPT返回需要调用的functions/tools及其调用参数。

#这里GPT没有给出最终答案，它识别出了需要调用乘法multiply，参数一first_int为3个人，参数二second_int为15个苹果/每人。
{"content": null,"role": "assistant","function_call": null,"tool_calls": [{"id": "call_ZMbo4SiA2iaZUSLJMyX8ZzkP","function": {"arguments": "{\"first_int\":3,\"second_int\":15}","name": "multiply"},"type": "function"}]
}

步骤4中的对话项：FunctionMessage ｜function calling的调用结果数据。
tool_call_id对应步骤2中的tool_calls元素中的id。content为程序调用function/tool后的结果数据。

#将function calling的结果为3*15=45，设定role为tool，将其加入对话中。
{"tool_call_id": "call_ZMbo4SiA2iaZUSLJMyX8ZzkP","role": "tool","name": "multiply","content": "45"
}

步骤6中的对话项：AIMessage ｜ 程序将以上所有对话项发送给GPT，GPT用自然语言返回最终结论。

#最终结果为：三个人一共有45个苹果。
{"content": "三个人一共有45个苹果。","role": "assistant","function_call": null,"tool_calls": null
}

参考代码

function calling的实现代码如下：

import json# 初始化环境和OpenAI
from openai import OpenAI
from dotenv import load_dotenv, find_dotenv
_ = load_dotenv(find_dotenv())
client = OpenAI()#调用GPT大模型
def get_completion(messages, tools, model="gpt-3.5-turbo"):response = client.chat.completions.create(model=model,messages=messages,# tool_choice支持设置 "auto"（由模型决定是否调用tool） 或者 "none" （不调用tool）作为value。 有tools定义时默认由模型决定。# 也可以强制要求必须调用指定的函数，如下所示# tool_choice= {"type": "function", "function": {"name": "multiply"}} ,  tools=tools)return response.choices[0].message#定义function/tool 1: multiply
def multiply(first_int: int, second_int: int) -> int:"""两个整数相乘"""return first_int * second_int#定义function/tool 2: add
def add(first_add: int, second_add: int) -> int:"""两个整数相加"""return first_add + second_add#以列表形式将function calling的格式告诉大模型
tools=[{"type": "function","function": {"name": "multiply","description": "两个整数相乘","parameters": {"type": "object","properties": {"first_int": {"type": "integer","description": "第一个乘数",},"second_int": {"type": "integer","description": "第二个乘数",}},"required": ["first_int", "second_int"],}}},{"type": "function","function": {"name": "add","description": "两个整数相加","parameters": {"type": "object","properties": {"first_add": {"type": "integer","description": "第一个加数",},"second_add": {"type": "integer","description": "第二个加数",}},"required": ["first_add", "second_add"],}}
}]# 调用大模型
prompt = "一共有3个人，每个人有15个苹果，10个鸭梨，一共有多少苹果？"
messages = [{"role": "user", "content": prompt}
]
response = get_completion(messages, tools)# 把大模型的回复加入到对话中
messages.append(response)  # 处理大模型需要function calling的情况
while (response.tool_calls is not None):# 循环进行function calling，将结果加入到对话中for tool_call in response.tool_calls:selected_tool = {"add": add, "multiply": multiply}[tool_call.function.name]args = json.loads(tool_call.function.arguments)tool_output = selected_tool(**args)messages.append({"tool_call_id": tool_call.id,  # 用于标识函数调用的 ID"role": "tool","name": tool_call.function.name,"content": str(tool_output)  # 数值result 必须转成字符串})# 调用大模型并把大模型的回复加入到对话中response = get_completion(messages, tools)messages.append(response)  print("=====最终回复=====")
print(response.content)

后续: 使用LangChain实现function calling

后续将更新：如何使用LangChain实现function calling，LangChain对比原生调用能提供哪些便利，以及其中可能出现的坑。

参考

OpenAI / function calling
LangChain / Tool/function calling