让 LLM 稳定输出 JSON

LLMs 是如何工作的

非常高层级的 GPT 模型，包括 ChatGPT、GPT-4、GPT-3.5-turbo，它们接受过庞大的数据集的训练，包括互联网、维基百科、公共 GitHub 代码和其他授权材料。它们被称为自回归，因为它们所做的只是综合所有这些信息。它们接受一个 prompt，或者我们可以称之为上下文。它们查看 prompt。然后它们基本上只是决定，给定这个 prompt，给定这个输入，下一个单词应该是什么？它实际上只是在预测下一个单词。

例如，如果给定 GPT 的输入是，“the largest city in the United States is“（美国最大的城市是），那么答案就是 New York City（纽约市）。LLMs 会一个字一个字地思考，LLMs 会返回 “New”、“York”，然后是“City”。同样，在更具对话性的环境中，如果我们问它地球和太阳之间的距离是多少。GPT 已经从互联网上学过这个，它将输出 9400 万英里。它是根据输入逐个单词逐个单词思考的。

在底层，LLMs 真正做的是每次输出单词时，都会查看一堆候选单词并为它们分配概率。例如，在最初的例子中，“美国最大的城市是”，它可能有很多候选城市，New 代表“纽约”（New York），或者“新泽西”（New Jersey），或者其他什么，Los 代表“洛杉矶”（Los Angeles），然后还有其他一些可能的例子。你可以看到，它确实认为“New York City”（纽约市）可能是正确的答案，因为 New 的概率为 95%。在这种情况下，它通常会选择最有可能的结果，所以它会选择 New，然后继续前进。这个单词出现后，我们现在就知道 New 是第一个单词，所以它对下一个单词是什么就有了更多的限制。

我们可以看到，现在它认为 New York（纽约）的可能性要高得多，但它也在考虑 New Brunswick（新不伦瑞克）、New Mexico（新墨西哥）和 New Delhi（新德里）等。直到完成第二个单词，这基本上是模型的叠加。它基本上知道答案是 New York City，概率几乎是 100%。但它仍在考虑其他一些剩余概率很低的选项，比如 County（县）、New York Metro（纽约地铁）、New York Times（纽约时报），但最终它选择了 City 并给出答案。

对于更专业的 LLM 人士来说，这在技术上过于简单化了。LLMs 并不是真正在预测单词，而是在预测 token，比如单词片段，这实际上是一种更有效的表达英语的方式，主要是因为单词片段会在一堆不同的单词中重复，而不是单词本身会重复。但概念仍然是一样的。LLM 在这种上下文中，很可能会连续输出一堆不同的 token。就是这样，这就是这些语言模型的真正含义。

详细内容请关注：OpenAI 内部工程师揭秘：如何通过 API 将大模型集成到自己的应用程序中

ReAct 是如何工作的

ReAct Prompt 模版

TOOL_DESC = """{name_for_model}: Call this tool to interact with the {name_for_human} API. What is the {name_for_human} API useful for? {description_for_model} Parameters: {parameters} Format the arguments as a JSON object."""

REACT_PROMPT = """Answer the following questions as best you can. You have access to the following tools:

{tool_descs}

Use the following format:

Question: the input question you must answer
Thought: you should always think about what to do
Action: the action to take, should be one of [{tool_names}]
Action Input: the input to the action
Observation: the result of the action
... (this Thought/Action/Action Input/Observation can be repeated zero or more times)
Thought: I now know the final answer
Final Answer: the final answer to the original input question

Begin!

Question: {query}"""

分析

在实践过程中发现：

• ReAct 按照 Prompt 的步骤一步步执行。
• 通过设置停止词，当生成与停止词一样的输出时，模型停止生成。
• 进行工具和参数解析（即处理 Action 和 Action Input），并调用工具。
• 将工具调用结果进行 ReAct 格式进行拼装，调用模型继续进行续写生成。
• 直到遇见 Final Answer: ，获得最终答案。

通过这现象，结合 LLMs 的工作原理，给定这个 prompt，给定这个输入，模型能预测下一个单词应该是什么。

详细内容可参考：ReAct 框架的代码实现工作原理

实践

COND_DATA_PROMPT = """根据提供 json_data 数据和用户问题生成 JSON 格式，其中 key 分别为 'on' 和 'how'。

要求：
- 'on' 的取值规则为两个数据集合对象中相同的key，'how' 的取值只能 outer、inner、left、right 之一，需要根据数据和用户问题进行分析选择其中一个，不能随便编造。
- 请生成包括 'on' 和 'how' 的 JSON。
- 不要输出 JSON 内容以外的其它文本。

按以下格式输出：

用户问题：
近三年东方财富、贵州茅台、中国平安的净利润、经营活动现金流入分别是多少

json_data 数据：
[{{"报告期": "20221231", "净利润": 75828913858.79, "机构全称": "贵州茅台"}},\
{{"报告期": "20211231", "净利润": 230951727.5, "机构全称": "贵州茅台"}},\
{{"报告期": "20201231", "净利润": 5062633598.29, "机构全称": "贵州茅台"}}]
[{{"报告期": "20221231", "经营活动现金流入": 431466.19, "机构全称": "贵州茅台"}},\
{{"报告期": "20211231", "经营活动现金流入": 3225481.84, "机构全称": "贵州茅台"}}]

\```json
{{
  "on": ["报告期", "机构全称"],
  "how": "outer"
}}  
\```

Begin!

用户问题：
{question}

json_data 数据：
{json_data}"""

经过多次验证总能得到符合预期的 JSON 结构

小结

核心思想是利用了大模型的续写能力，按照 Prompt 中的步骤进行续写。即：给定这个 prompt，给定这个输入，模型能预测下一个单词应该是什么。

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参考资料：

ReAct: Synergizing Reasoning and Acting in Language Models