少样本机器学习算法 fewshot少样本分类

在Open AI的官方文档 GPT 最佳实践中，也给出了和上面这两大原则一脉相承的6大策略。分别是：

1. 写清晰的指示
2. 给模型提供参考（也就是示例）
3. 将复杂任务拆分成子任务
4. 给GPT时间思考
5. 使用外部工具
6. 反复迭代问题

提示的结构

• 指令（Instuction）告诉模型这个任务大概要做什么、怎么做，比如如何使用提供的外部信息、如何处理查询以及如何构造输出。这通常是一个提示模板中比较固定的部分。一个常见用例是告诉模型“你是一个有用的XX助手”，这会让他更认真地对待自己的角色。
• 上下文（Context）则充当模型的额外知识来源。这些信息可以手动插入到提示中，通过矢量数据库检索得来，或通过其他方式（如调用API、计算器等工具）拉入。一个常见的用例时是把从向量数据库查询到的知识作为上下文传递给模型。
• 提示输入（Prompt Input）通常就是具体的问题或者需要大模型做的具体事情，这个部分和“指令”部分其实也可以合二为一。但是拆分出来成为一个独立的组件，就更加结构化，便于复用模板。这通常是作为变量，在调用模型之前传递给提示模板，以形成具体的提示。
• 输出指示器标记要生成的文本的开始。这就像我们小时候的数学考卷，先写一个“解”，就代表你要开始答题了。

LangChain 提示模板的类型

from langchain.prompts.prompt import PromptTemplate
from langchain.prompts import FewShotPromptTemplate
from langchain.prompts.pipeline import PipelinePromptTemplate
from langchain.prompts import ChatPromptTemplate
from langchain.prompts import (
    ChatMessagePromptTemplate,
    SystemMessagePromptTemplate,
    AIMessagePromptTemplate,
    HumanMessagePromptTemplate,
)

使用 PromptTemplate

from langchain import PromptTemplate

template = """\
你是业务咨询顾问。
你给一个销售{product}的电商公司，起一个好的名字？
"""
prompt = PromptTemplate.from_template(template)

print(prompt.format(product="鲜花"))

也可以通过提示模板类的构造函数，在创建模板时手工指定input_variables

prompt = PromptTemplate(
    input_variables=["product", "market"], 
    template="你是业务咨询顾问。对于一个面向{market}市场的，专注于销售{product}的公司，你会推荐哪个名字？"
)
print(prompt.format(product="鲜花", market="高端"))

使用 ChatPromptTemplate

对于OpenAI推出的ChatGPT这一类的聊天模型，LangChain也提供了一系列的模板，这些模板的不同之处是它们有对应的角色。

import openai
openai.ChatCompletion.create(
  model="gpt-3.5-turbo",
  messages=[
        {"role": "system", "content": "You are a helpful assistant."},
        {"role": "user", "content": "Who won the world series in 2020?"},
        {"role": "assistant", "content": "The Los Angeles Dodgers won the World Series in 2020."},
        {"role": "user", "content": "Where was it played?"}
    ]
)

消息必须是消息对象的数组，其中每个对象都有一个角色（系统、用户或助理）和内容。对话可以短至一条消息，也可以来回多次。
通常，对话首先由系统消息格式化，然后是交替的用户消息和助理消息。

# 导入聊天消息类模板
from langchain.prompts import (
    ChatPromptTemplate,
    SystemMessagePromptTemplate,
    HumanMessagePromptTemplate,
)
# 模板的构建
template="你是一位专业顾问，负责为专注于{product}的公司起名。"
system_message_prompt = SystemMessagePromptTemplate.from_template(template)
human_template="公司主打产品是{product_detail}。"
human_message_prompt = HumanMessagePromptTemplate.from_template(human_template)
prompt_template = ChatPromptTemplate.from_messages([system_message_prompt, human_message_prompt])

# 格式化提示消息生成提示
prompt = prompt_template.format_prompt(product="鲜花装饰", product_detail="创新的鲜花设计。").to_messages()

# 下面调用模型，把提示传入模型，生成结果
import os
os.environ["OPENAI_API_KEY"] = '你的OpenAI Key'
from langchain.chat_models import ChatOpenAI
chat = ChatOpenAI()
result = chat(prompt)
print(result)

FewShot的思想起源

故事：
今天我下楼跑步时，一个老爷爷教孙子学骑车，小孩总掌握不了平衡，蹬一两下就下车。

• 爷爷说：“宝贝，你得有毅力！”
• 孙子说：“爷爷，什么是毅力？”
• 爷爷说：“你看这个叔叔，绕着楼跑了10多圈了，这就是毅力，你也得至少蹬个10几趟才能骑起来。”

这老爷爷就是给孙子做了一个One-Shot学习。如果他的孙子第一次听说却上来就明白什么是毅力，那就神了，这就叫Zero-Shot，表明这孩子的语言天赋不是一般的高，从知识积累和当前语境中就能够推知新词的涵义。有时候我们把Zero-Shot翻译为“顿悟”，聪明的大模型，某些情况下也是能够做到的。
Few-Shot（少样本）、One-Shot（单样本）和与之对应的 Zero-Shot（零样本）的概念都起源于机器学习。
在提示工程（Prompt Engineering）中，Few-Shot 和 Zero-Shot 学习的概念也被广泛应用。

• 在Few-Shot学习设置中，模型会被给予几个示例，以帮助模型理解任务，并生成正确的响应。
• 在Zero-Shot学习设置中，模型只根据任务的描述生成响应，不需要任何示例。

使用 FewShotPromptTemplate

1.创建示例样本

# 1. 创建一些示例
samples = [
  {
    "flower_type": "玫瑰",
    "occasion": "爱情",
    "ad_copy": "玫瑰，浪漫的象征，是你向心爱的人表达爱意的最佳选择。"
  },
  {
    "flower_type": "康乃馨",
    "occasion": "母亲节",
    "ad_copy": "康乃馨代表着母爱的纯洁与伟大，是母亲节赠送给母亲的完美礼物。"
  },
  {
    "flower_type": "百合",
    "occasion": "庆祝",
    "ad_copy": "百合象征着纯洁与高雅，是你庆祝特殊时刻的理想选择。"
  },
  {
    "flower_type": "向日葵",
    "occasion": "鼓励",
    "ad_copy": "向日葵象征着坚韧和乐观，是你鼓励亲朋好友的最好方式。"
  }
]

2. 创建提示模板

# 2. 创建一个提示模板
from langchain.prompts.prompt import PromptTemplate
template="鲜花类型: {flower_type}\n场合: {occasion}\n文案: {ad_copy}"
prompt_sample = PromptTemplate(input_variables=["flower_type", "occasion", "ad_copy"], 
                               template=template)
print(prompt_sample.format(**samples[0]))

在这个步骤中，我们创建了一个PromptTemplate对象。这个对象是根据指定的输入变量和模板字符串来生成提示的。在这里，输入变量包括 “flower_type”、“occasion”、“ad_copy”，模板是一个字符串，其中包含了用大括号包围的变量名，它们会被对应的变量值替换。
3. 创建 FewShotPromptTemplate 对象

# 3. 创建一个FewShotPromptTemplate对象
from langchain.prompts.few_shot import FewShotPromptTemplate
prompt = FewShotPromptTemplate(
    examples=samples,
    example_prompt=prompt_sample,
    suffix="鲜花类型: {flower_type}\n场合: {occasion}",
    input_variables=["flower_type", "occasion"]
)
print(prompt.format(flower_type="野玫瑰", occasion="爱情"))

# 输出
鲜花类型: 玫瑰
场合: 爱情
文案: 玫瑰，浪漫的象征，是你向心爱的人表达爱意的最佳选择。

鲜花类型: 康乃馨
场合: 母亲节
文案: 康乃馨代表着母爱的纯洁与伟大，是母亲节赠送给母亲的完美礼物。

鲜花类型: 百合
场合: 庆祝
文案: 百合象征着纯洁与高雅，是你庆祝特殊时刻的理想选择。

鲜花类型: 向日葵
场合: 鼓励
文案: 向日葵象征着坚韧和乐观，是你鼓励亲朋好友的最好方式。

鲜花类型: 野玫瑰
场合: 爱情

可以看到，FewShotPromptTemplate是一个更复杂的提示模板，它包含了多个示例和一个提示。这种模板可以使用多个示例来指导模型生成对应的输出。目前我们创建一个新提示，其中包含了根据指定的花的类型“野玫瑰”和场合“爱情”。

4. 调用大模型创建新文案

# 4. 把提示传递给大模型
import os
os.environ["OPENAI_API_KEY"] = '你的Open AI Key'
from langchain.llms import OpenAI
model = OpenAI(model_name='text-davinci-003')
result = model(prompt.format(flower_type="野玫瑰", occasion="爱情"))

使用示例选择器

如果我们的示例很多，那么一次性把所有示例发送给模型是不现实而且低效的。另外，每次都包含太多的Token也会浪费流量。

# 5. 使用示例选择器
from langchain.prompts.example_selector import SemanticSimilarityExampleSelector
from langchain.vectorstores import Chroma
from langchain.embeddings import OpenAIEmbeddings

# 初始化示例选择器
example_selector = SemanticSimilarityExampleSelector.from_examples(
    samples,
    OpenAIEmbeddings(),
    Chroma,
    k=1
)

# 创建一个使用示例选择器的FewShotPromptTemplate对象
prompt = FewShotPromptTemplate(
    example_selector=example_selector, 
    example_prompt=prompt_sample, 
    suffix="鲜花类型: {flower_type}\n场合: {occasion}", 
    input_variables=["flower_type", "occasion"]
)
print(prompt.format(flower_type="红玫瑰", occasion="爱情"))

在这个步骤中，它首先创建了一个SemanticSimilarityExampleSelector对象，这个对象可以根据语义相似性选择最相关的示例。然后，它创建了一个新的FewShotPromptTemplate对象，这个对象使用了上一步创建的选择器来选择最相关的示例生成提示。
然后，我们又用这个模板生成了一个新的提示，因为我们的提示中需要创建的是红玫瑰的文案，所以，示例选择器example_selector会根据语义的相似度（余弦相似度）找到最相似的示例，也就是“玫瑰”，并用这个示例构建了FewShot模板。

总结