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800行Python代码实现Claude Code 第二章:LLM 基础——直接和模型对话

  • 2026-08-26 09:08:58
800行Python代码实现Claude Code 第二章:LLM 基础——直接和模型对话

目标:理解 LLM API 调用原理,掌握 LCEL 链式写法,能独立编写plan() 类方法。


2.1 概念讲授:什么是 LLM 调用?

大语言模型(LLM)的 API 本质上是一个无状态函数:

  1. 输入:消息列表(messages)
  2. 输出:下一条消息(response)

每次调用都是独立的——模型不记得上次说了什么(这正是我们需要记忆系统的原因)。

关键参数

参数
类型
含义
model
str
使用的模型名,如gpt-4o-mini
temperature
float
创造性 0.0(确定)→ 1.0(随机);reasoning 模型固定为 1
timeout
int
超时秒数,防止 API 挂起
use_responses_api
bool
False
 强制用 Chat Completions,避免 Responses API 问题

Chat Completions vs Responses API

  1. ChatCompletions API(旧/稳定)
  2. /v1/chat/completions
  3. 适用:GPT-3.5, GPT-4, GPT-4o, GPT-4o-mini
  4. 特点:稳定,LangChain完整支持
  5. Responses API(新/推理模型)
  6. /v1/responses
  7. 适用:o1, o3, gpt-5系列推理模型
  8. 特点:包含 reasoning items(rs_xxx),需要 store=true
  9. LangChain支持尚不完整→用 use_responses_api=False回退

2.2 概念讲授:LCEL(LangChain Expression Language)

LangChain 提供了一种管道式写法,用| 连接各组件:

  1. chain = prompt | llm | output_parser
  2. result = chain.invoke({"变量名":"值"})

这就像 Unix 管道:

  1. echo "输入"| grep "过滤"| sort | head -3

三个核心组件

  1. ┌────────────────────┐┌──────────────┐┌───────────────────┐
  2. │ChatPromptTemplate│→│ChatOpenAI│→│StrOutputParser│
  3. │(格式化 prompt)││(调用 API)││(提取纯文本)│
  4. └────────────────────┘└──────────────┘└───────────────────┘
  5. .invoke({"task":"..."})AIMessage(...)"步骤1: ...\n步骤2..."

为什么用 LCEL 而不是直接调用?

  1. # 不用 LCEL(冗长,难以复用)
  2. messages =[HumanMessage(content=f"Break down: {task}")]
  3. response = llm.invoke(messages)
  4. text = response.content
  5. # 用 LCEL(简洁,可组合,可流式)
  6. chain = prompt | llm |StrOutputParser()
  7. text = chain.invoke({"task": task})

LCEL 的隐藏优势:统一的.invoke() /.stream() /.batch() 接口,切换流式输出只需改.stream()。


2.3 示例驱动:第一个 LLM 调用

  1. # demo_llm.py — 完整可运行示例
  2. from dotenv import load_dotenv
  3. load_dotenv()
  4. from langchain_openai importChatOpenAI
  5. from langchain_core.prompts importChatPromptTemplate
  6. from langchain_core.output_parsers importStrOutputParser
  7. # 1. 创建 LLM 实例
  8. llm =ChatOpenAI(
  9.     model="gpt-4o-mini",
  10.     temperature=1,
  11.     timeout=60,
  12.     use_responses_api=False,
  13. )
  14. # 2. 定义 Prompt 模板
  15. prompt =ChatPromptTemplate.from_messages([
  16. ("system","你是一个简洁的解释专家,用一句话回答。"),
  17. ("human","解释:{concept}")
  18. ])
  19. # 3. 构建 LCEL 链
  20. chain = prompt | llm |StrOutputParser()
  21. # 4. 调用
  22. result = chain.invoke({"concept":"TF-IDF"})
  23. print(result)
  24. # 输出类似:TF-IDF 是衡量词语在文档中重要性的统计方法,词频高且在其他文档中罕见的词权重更高。

2.4 ChatPromptTemplate 详解

from_messages 格式

  1. ChatPromptTemplate.from_messages([
  2. ("system","系统提示,定义 AI 的角色和行为"),
  3. ("human","用户消息,可包含 {变量}"),
  4. ("ai","可选:预填充的 AI 回复(few-shot)"),
  5. ("human","可继续添加更多消息"),
  6. ])

system vs human 的区别

  1. # system:全局指令,优先级最高,LLM 会严格遵守
  2. ("system","只用中文回答,禁止使用英文。")
  3. # human:用户的具体请求
  4. ("human","What is Python?")
  5. # 即使 human 用了英文,system 的指令会让 LLM 用中文回答

2.5 agent.py 中的 plan() 方法解析

  1. # agent.py 第 30-36 行
  2. def plan(self, task: str)-> str:
  3. """Generate plan using LLM"""
  4.     prompt =ChatPromptTemplate.from_messages([
  5. ("human","Break down the following task into clear, numbered steps:\n\n{task}")
  6. ])
  7.     chain:RunnableSequence= prompt | self.llm |StrOutputParser()
  8. return chain.invoke({"task": task})

执行流程分解:

  1. task ="写一个 hello world 脚本"
  2. ↓
  3. prompt.format_messages(task=task)
  4. →[HumanMessage("Break down... 写一个 hello world 脚本")]
  5. ↓
  6. llm.invoke([HumanMessage(...)])
  7. →AIMessage("1. 创建 hello.py\n2. 写入 print 语句\n3. 运行验证")
  8. ↓
  9. StrOutputParser().invoke(AIMessage(...))
  10. →"1. 创建 hello.py\n2. 写入 print 语句\n3. 运行验证"

plan() 在整体流程中的作用

  1. # main.py 中
  2. plan = agent.plan(task)# LLM Call #1:纯规划,不调用工具
  3. result = agent.execute(task, plan=plan)# plan 传入 execute,避免重复规划

plan 被合并进execute() 的full_input,让执行阶段的 LLM 直接按计划行动。


2.6 reflect() 方法:同样的模式

  1. def reflect(self, task: str, error: str)-> str:
  2.     prompt =ChatPromptTemplate.from_messages([
  3. ("human",
  4. "Task: {task}\n"
  5. "Error occurred: {error}\n\n"
  6. "Reflect on what went wrong and suggest how to fix it.")
  7. ])
  8.     chain = prompt | self.llm |StrOutputParser()
  9. return chain.invoke({"task": task,"error": error})

规律:plan() 和reflect() 用的是同一个模式:prompt|llm|parser,只是 prompt 内容不同。


✏️ 带练 2-A:修改 plan() 让它用中文回答

打开agent.py,找到plan() 方法,修改 prompt:

  1. # 修改前
  2. prompt =ChatPromptTemplate.from_messages([
  3. ("human","Break down the following task into clear, numbered steps:\n\n{task}")
  4. ])
  5. # 修改后(加一个 system 消息)
  6. prompt =ChatPromptTemplate.from_messages([
  7. ("system","你是一个任务规划专家,始终用中文回答,步骤简洁清晰。"),
  8. ("human","请将以下任务分解为清晰的编号步骤:\n\n{task}")
  9. ])

运行验证:

  1. uv run python -c "
  2. from dotenv import load_dotenv; load_dotenv()
  3. from agent import AIAgent
  4. a = AIAgent()
  5. print(a.plan('在 test 目录下创建 hello.py'))
  6. "

📝 独立练习 2-1

题目:在AIAgent 类中添加一个summarize(text:str)->str 方法,调用 LLM 返回三句话的摘要。

  1. def summarize(self, text: str)-> str:
  2. """用 LLM 将长文本总结为三句话"""
  3. # 你的代码(提示:用 LCEL 链,参考 plan() 的写法)
  4. pass

验收标准:

  • 调用agent.summarize("...长文本...") 能返回非空字符串
  • 返回内容是三句话左右的摘要

📝 独立练习 2-2

题目:实现一个流式输出版的plan(),将chain.invoke() 改为流式打印,让规划内容逐字出现。

  1. def plan_stream(self, task: str):
  2. """流式输出规划步骤"""
  3.     prompt =ChatPromptTemplate.from_messages([...])
  4.     chain = prompt | self.llm |StrOutputParser()
  5. # 提示:用 chain.stream({"task": task}) 替代 chain.invoke()
  6. for chunk in chain.stream({"task": task}):
  7. print(chunk, end="", flush=True)
  8. print()# 换行

🔍 小测 2

选择题:下面哪个 LCEL 链的写法是正确的?

  1. # A
  2. chain = llm | prompt |StrOutputParser()
  3. result = chain.invoke({"task":"hello"})
  4. # B
  5. chain = prompt | llm |StrOutputParser()
  6. result = chain.invoke({"task":"hello"})
  7. # C
  8. chain = prompt |StrOutputParser()| llm
  9. result = chain.invoke({"task":"hello"})
  10. # D
  11. chain = prompt | llm
  12. result = chain.invoke({"task":"hello"}).content

答案:B 和 D 都可以工作,但 B 更标准(有 Parser)。

  • A 错误:prompt 必须在 llm 之前,llm 的输入是 PromptValue,不是 AIMessage
  • C 错误:Parser 在 llm 之前,但 Parser 的输入应该是 AIMessage
  • D 可以:直接取.content 属性也行,但不如 StrOutputParser 通用

判断题:

  1. ChatOpenAI 和OpenAI 在 langchain_openai 中是同一个类。
  2. temperature=0 表示 LLM 每次都给出相同的答案。
  3. LCEL 链中,| 左边组件的输出会成为右边组件的输入。
  4. use_responses_api=False 会让请求走/v1/completions 端点。

答案:

  1. 错(完全不同的类,前者是 Chat 模型,后者是 Completion 模型)
  2. 接近对(确定性更高,但不保证完全一致)
  3. 对
  4. 错(走的是/v1/chat/completions,不是旧的/v1/completions)

本章小结

概念
要点
LLM API
无状态函数:messages in → message out
LCEL
`prompt \
ChatPromptTemplate
from_messages([("system",...),("human","{var}")])
StrOutputParser
从 AIMessage 提取纯文本
use_responses_api=False
防止 Responses API 的 reasoning item 引用失败

相关合集:
AI实践-开发最小AIAgent&Skills

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