AI全栈大模型工程师(二十)SKvs.LangChain

SK vs. LangChain

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概念对照

功能对照

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环境搭建

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1. 安装 Python 3.x：https://www.python.org/downloads/
2. 安装 SK 包：pip install semantic-kernel
3. 在项目目录创建 .env 文件，添加以下内容：

# .env
OPENAI_API_KEY=""
OPENAI_API_BASE=""
AZURE_OPENAI_DEPLOYMENT_NAME=""
AZURE_OPENAI_ENDPOINT=""
AZURE_OPENAI_API_KEY=""

OpenAI 和 Azure，配置好一个就行。

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## Hello, World!

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这是一个简单示例。

第一段代码是初始化。后面所有代码都要在执行过这段代码后，才能执行。

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import semantic_kernel as sk
from semantic_kernel.connectors.ai.open_ai import OpenAIChatCompletion
import os

# 加载 .env 到环境变量

from dotenv import load_dotenv, find_dotenv
_ = load_dotenv(find_dotenv())

# 创建 semantic kernel

kernel = sk.Kernel()

# 配置 OpenAI 服务

api_key = os.getenv('OPENAI_API_KEY')
endpoint = os.getenv('OPENAI_API_BASE')
model = OpenAIChatCompletion(
    "gpt-3.5-turbo", api_key, endpoint=endpoint)

# 把 LLM 服务加入 kernel

# 可以加多个。第一个加入的会被默认使用，非默认的要被指定使用

kernel.add_text_completion_service("my-gpt3", model)
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执行讲笑话的 prompt。

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# 定义 semantic function

tell_joke_about = kernel.create_semantic_function("给我讲个关于{{$input}}的笑话吧")

# 看结果

print(tell_joke_about("Hello world"))

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划重点： 用我们熟悉的操作系统来类比，可以更好地理解 SK。

1. 启动操作系统：kernel = sk.Kernel()
2. 安装驱动程序：kernel.add_xxx_service()
3. 安装应用程序：func = kernel.create_semantic_function()
4. 运行应用程序：func()

基于 SK 开发的主要工作是写「应用程序」，也就是 Plugins

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Plugins

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简单说，plugin 就是一组函数的集合。它可以包含两种函数：

• Semantic Functions - 语义函数，本质是 Prompt Engineering
• Native Functions - 原生函数，类似 OpenAI 的 Function Calling

值得一提的是，SK 的 plugin 会和 ChatGPT、Bing、Microsoft 365 通用。「很快」你用 SK 写的 plugin 就可以在这些平台上无缝使用了。这些平台上的 plugin 也可以通过 SK 被你调用。

注意：Plugins 最初命名为 Skills，后来改为 Plugins。但是无论文档还是代码，都还有大量的「Skill」遗留。见到后，就知道两者是一回事就好

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Semantic Functions

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Semantic Functions 是纯用数据（prompt + 描述）定义的，不需要编写任何代码。所以它与编程语言无关，可以被任何编程语言调用。

一个典型的 semantic function 包含两个文件：

• skprompt.txt: 存放 prompt，可以包含参数，还可以调用其它函数
• config.json: 存放描述，包括函数功能，参数的数据类型，以及调用大模型时的参数

举例：把 LangChain 「生成 Linux 命令」的例子用 SK 实现。

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skprompt.txt

#%% raw
将用户的指令转换成 Linux 命令

The output should be formatted as a JSON instance that conforms to the JSON schema below.

As an example, for the schema {“properties”: {“foo”: {“title”: “Foo”, “description”: “a list of strings”, “type”: “array”, “items”: {“type”: “string”}}}, “required”: [“foo”]}}
the object {“foo”: [“bar”, “baz”]} is a well-formatted instance of the schema. The object {“properties”: {“foo”: [“bar”, “baz”]}} is not well-formatted.

Here is the output schema:

{"properties": {"command": {"title": "Command", "description": "linux shell命令名", "type": "string"}, "arguments": {"title": "Arguments", "description": "命令的参数 (name:value)", "type": "object", "additionalProperties": {"type": "string"}}}, "required": ["command", "arguments"]}

{{$input}}
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config.json

#%%
{
“schema”: 1,
“type”: “completion”,
“description”: “将用户的指令转换成 Linux 命令”,
“completion”: {
“max_tokens”: 256,
“temperature”: 0,
“top_p”: 0,
“presence_penalty”: 0,
“frequency_penalty”: 0
},
“input”: {
“parameters”: [
{
“name”: “input”,
“description”: “用户的指令”,
“defaultValue”: “”
}
]
}
}
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上面两个文件都在 sk_samples/SamplePlugin/GenerateCommand 目录下。

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#### 调用 Semantic Functions

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# 加载 semantic function。注意目录结构

functions = kernel.import_semantic_skill_from_directory(
    "./sk_samples/", "SamplePlugin")
cli = functions["GenerateCommand"]

# 看结果

print(cli("将系统日期设为2023-04-01"))

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官方提供了大量的 Semantic Functions 可以参考：https://github.com/microsoft/semantic-kernel/tree/main/samples/skills

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Semantic Kernel Tools

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这是个 VS Code 的插件，在 VS Code 里可以直接创建和调试 Semantic Function。

安装地址：https://marketplace.visualstudio.com/items?itemName=ms-semantic-kernel.semantic-kernel

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Native Functions

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用编程语言写的函数，如果用 SK 的 Native Function 方式定义，就能纳入到 SK 的编排体系，可以被 Planner、其它 plugin 调用。

下面，写一个过滤有害 Linux 命令的函数，和 GenerateCommand 组合使用。

这个函数名是 harmful_command。如果输入的命令是有害的，就返回 true，否则返回 false。

它也要放到目录结构中，在 sk_samples/SamplePlugin/SamplePlugin.py 里加入。

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# 因为是代码，不是数据，所以必须 import

from sk_samples.SamplePlugin.SamplePlugin import SamplePlugin

# 加载 semantic function

functions = kernel.import_semantic_skill_from_directory(
    "./sk_samples/", "SamplePlugin")
cli = functions["GenerateCommand"]

# 加载 native function

functions = kernel.import_skill(SamplePlugin(), "SamplePlugin")
harmful_command = functions["harmful_command"]

# 看结果

command = cli("删除根目录下所有文件")
print(command)  # 这个 command 其实是 SKContext 类型
print(harmful_command(context=command))  # 所以要传参给 context
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### 用 SKContext 实现多参数 Functions

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如果 Function 都只有一个参数，那么只要把参数定义为 `{{$input}}`，就可以按前面的例子来使用，比较直观。`{{$input}}`会默认被赋值。

多参数时，就不能用默认机制了，需要定义 `SKContext` 类型的变量。

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# 因为是代码，不是数据，所以必须 import

from sk_samples.SamplePlugin.SamplePlugin import SamplePlugin

# 加载 native function

functions = kernel.import_skill(SamplePlugin(), "SamplePlugin")
add = functions["add"]

# 看结果

context = kernel.create_new_context()
context["number1"] = 1024
context["number2"] = 65536
total = add(context=context)
print(total)
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内置 Plugins

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SK 内置了若干好用的 plugin，但因为历史原因，它们叫 skill……

加载方法：

from semantic_kernel.core_skills import SkillName

它们是：

• ConversationSummarySkill - 生成对话的摘要
• FileIOSkill - 读写文件
• HttpSkill - 发出 HTTP 请求，支持 GET、POST、PUT 和 DELETE
• MathSkill - 加法和减法计算
• TextMemorySkill - 保存文本到 memory 中，可以对其做向量检索
• TextSkill - 把文本全部转为大写或小写，去掉头尾的空格（trim）
• TimeSkill - 获取当前时间及用多种格式获取时间参数
• WaitSkill - 等待指定的时间
• WebSearchEngineSkill - 在互联网上搜索给定的文本

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Memory

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SK 的 memory 使用非常简单：

1. 用 kernel.add_text_embedding_generation_service() 添加一个文本向量生成服务
2. 用 kernel.register_memory_store() 注册一个 memory store，可以是内存、文件、向量数据库等
3. 用 kernel.memory.save_information_async() 保存信息到 memory store
4. 用 kernel.memory.search_async() 搜索信息

使用 ChatALL 的 README.md 做数据，使用内存作为 memory store，我们演示下基于文档对话。

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### 初始化 Embedding

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import semantic_kernel as sk
from semantic_kernel.connectors.ai.open_ai import OpenAIChatCompletion, OpenAITextEmbedding
import os

# 加载 .env 到环境变量

from dotenv import load_dotenv, find_dotenv
_ = load_dotenv(find_dotenv())

# 创建 semantic kernel

kernel = sk.Kernel()

# 配置 OpenAI 服务

api_key = os.getenv('OPENAI_API_KEY')
endpoint = os.getenv('OPENAI_API_BASE')
model = OpenAIChatCompletion(
    "gpt-3.5-turbo", api_key, endpoint=endpoint)

# 把 LLM 服务加入 kernel

# 可以加多个。第一个加入的会被默认使用，非默认的要被指定使用

kernel.add_text_completion_service("my-gpt3", model)

# 添加 embedding 服务

kernel.add_text_embedding_generation_service(
    "ada", OpenAITextEmbedding("text-embedding-ada-002", api_key, endpoint=endpoint))
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### 文本向量化

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# 使用内存做 memory store

kernel.register_memory_store(memory_store=sk.memory.VolatileMemoryStore())

# 读取文件内容

with open('../05-langchain/ChatALL.md', 'r') as f:
    # with open('sk_samples/SamplePlugin/SamplePlugin.py', 'r') as f:
    content = f.read()

# 将文件内容分片，单片最大 100 token（注意：SK 的 text split 功能目前对中文支持不如对英文支持得好）

lines = sk.text.split_markdown_lines(content, 100)

# 将分片后的内容，存入内存

for index, line in enumerate(lines):
    await kernel.memory.save_information_async("chatall", id=index, text=line)
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### 向量搜索

#%%
result = await kernel.memory.search_async("chatall", "ChatALL怎么下载？")
print(result[0].text)
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## Pipeline / Chain

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SK 更想用 pipeline 来描述 LangChain 中 chain 的概念，大概因为 pipeline 这个词更操作系统吧。但 chain 这个名词影响力太大，所以 SK 时不时也会用它。

但是，SK 没有在代码里定义什么是 pipeline，它并不是一个类，或者函数什么的。它是贯彻整个 kernel 的一个概念。

当一个 kernel 添加了 LLM、memory、functions，我们写下的 functions 之间的组合调用，就是个 pipeline 了。

如果需要多条 pipeline，就定义多个 kernel。

<div class="alert alert-block alert-info">
<b>思考：</b>LangChain 定义了好几种 Chain；SK 只是用 kernel 把抽象功能组合起来，pipeline 的过程完全交给开发者自己定义。你觉得哪种设计更好？
</div>


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现在用 pipeline 思想把对话式搜索 ChatALL 的 README.md 功能做完整。

要用到内置的 `TextMemorySkill`。

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# 导入内置的 `TextMemorySkill`。主要使用它的 `recall()`

kernel.import_skill(sk.core_skills.TextMemorySkill())

# 直接在代码里创建 semantic function。里面调用了 `recall()`

sk_prompt = """
基于下面的背景信息回答问题。如果背景信息为空，或者和问题不相关，请回答"我不知道"。

[背景信息开始]
{{recall $input}}
[背景信息结束]

问题：{{$input}}
回答：
"""
ask = kernel.create_semantic_function(sk_prompt)

# 提问

context = kernel.create_new_context()
context[sk.core_skills.TextMemorySkill.COLLECTION_PARAM] = "chatall"
context[sk.core_skills.TextMemorySkill.RELEVANCE_PARAM] = 0.8
context["input"] = "ChatALL 怎么下载？"
result = ask(context=context)
print(result)
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Planner

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SK 的 planner 概念上对标 LangChain 的 agent，但目前实现得还比较简单（C# 版丰富些）。

SK Python 提供了三种 planner：

1. `BasicPlanner` - 把任务拆解，自动调用各个函数，完成任务。它只是个用于基础验证的功能，最终会被 `SequentialPlanner` 替代。[Prompt 地址](https://github.com/microsoft/semantic-kernel/blob/main/python/semantic_kernel/planning/basic_planner.py#L27-L123)
2. `SequentialPlanner` - 开发中，未发布。比 `BasicPlanner` 更高级，但目标一致。[Prompt 地址](https://github.com/microsoft/semantic-kernel/blob/main/python/semantic_kernel/planning/sequential_planner/Skills/SequentialPlanning/skprompt.txt)、[官方例程](https://github.com/microsoft/semantic-kernel/blob/main/python/samples/kernel-syntax-examples/sequential_planner.py)
3. `ActionPlanner` - 已发布。只输出 action，不执行。[Prompt 地址](https://github.com/microsoft/semantic-kernel/blob/main/python/semantic_kernel/planning/action_planner/skprompt.txt)、[官方例程](https://github.com/microsoft/semantic-kernel/blob/main/python/samples/kernel-syntax-examples/action_planner.py)

来，把查周杰伦的生日是星期几，用 SK 的 `BasicPlanner` 再做一遍（版本 > 0.3.7dev 才能工作）。

#%%
from semantic_kernel.core_skills import WebSearchEngineSkill, TimeSkill, MathSkill
from semantic_kernel.connectors.search_engine import BingConnector
from semantic_kernel.planning import BasicPlanner
import semantic_kernel as sk
from semantic_kernel.connectors.ai.open_ai import OpenAIChatCompletion, OpenAITextEmbedding
import os

# 加载 .env 到环境变量

from dotenv import load_dotenv, find_dotenv
_ = load_dotenv(find_dotenv())

# 创建 semantic kernel

kernel = sk.Kernel()

# 配置 OpenAI 服务

api_key = os.getenv('OPENAI_API_KEY')
endpoint = os.getenv('OPENAI_API_BASE')
model = OpenAIChatCompletion(
    "gpt-4", api_key, endpoint=endpoint)    # GPT-4 才能完成此任务。不信改成 gpt-3.5-turbo 试试

# 把 LLM 服务加入 kernel

# 可以加多个。第一个加入的会被默认使用，非默认的要被指定使用

kernel.add_text_completion_service("my-gpt4", model)

# 导入搜索 plugin

connector = BingConnector(api_key=os.getenv("BING_API_KEY"))
kernel.import_skill(WebSearchEngineSkill(connector), "WebSearch")

# 导入其它 plugin。所有被导入的 plugin，都是可以被 planner 调用的

kernel.import_skill(MathSkill(), "math")
kernel.import_skill(TimeSkill(), "time")

# 创建 planner

planner = BasicPlanner()

# 开始

ask = "周杰伦的生日是星期几？"
plan = await planner.create_plan_async(ask, kernel)
print(plan.generated_plan)
result = await planner.execute_plan_async(plan, kernel)
print(result)

后记

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