引言：LangChain 的背景與意義

在人工智能快速發展的時代，大型語言模型（LLM）如 OpenAI 的 GPT 系列，已成為生成自然語言文本的核心技術。然而，將這些模型應用于實際應用（如聊天機器人或虛擬助手）時，開發者常常面臨提示管理、外部數據集成和上下文保持的挑戰。LangChain 作為一個開源框架，旨在簡化這些復雜性，提供模塊化工具，幫助開發者高效構建 LLM 驅動的應用。

LangChain 于 2022 年 10 月由 Harrison Chase 在 Robust Intelligence 啟動，迅速獲得社區支持，GitHub 上有數百位貢獻者，活躍的 Discord 服務器和 YouTube 教程也為其普及提供了助力 (LangChain - Wikipedia)。截至 2025 年 2 月，它仍是 LLM 應用開發的熱門選擇，支持 Python 和 JavaScript，擁有超過 100 萬開發者使用 (LangChain Official Website)。

本文將深入探討 LangChain 的核心模塊及其作用，并通過一個詳細的天氣查詢智能體示例，展示如何將這些模塊應用于實際開發，特別適合初學者快速上手。

LangChain 的模塊詳解

LangChain 的功能通過多個模塊實現，每個模塊負責特定任務。以下是關鍵模塊的詳細說明，基于 GitHub 倉庫 (LangChain GitHub Repository) 和官方文檔 (LangChain Python Documentation) 的信息。

關鍵模塊

1. LLMs（大型語言模型）

• 作用：提供與不同 LLM 的統一接口，支持 OpenAI、Hugging Face 等多種模型。
• 細節：通過標準化 API，開發者可以輕松切換模型，減少代碼改動。例如，使用 OpenAI 的 GPT-3.5 或 Hugging Face 的模型只需調整參數 (LangChain Python Documentation)。
• 重要性：為實驗和部署提供靈活性，適合初學者快速測試不同模型效果。

2. Chains（鏈）

• 作用：構建 LLM 或工具的序列調用，組合成復雜工作流。
• 細節：包括 SimpleSequentialChain（簡單順序鏈）、LLMChain（單一 LLM 調用鏈）等。開發者可嵌套鏈，處理如文檔摘要后回答問題等任務 (LangChain Python Documentation)。
• 重要性：模塊化設計讓任務分解更清晰，適合構建多步驟應用。

3. Agents（智能體）

• 作用：動態決策并使用工具，適合需要適應性任務，如網頁搜索或 API 調用。
• 細節：智能體根據 LLM 輸出選擇工具，如使用搜索工具查詢實時數據。ZeroShotAgent 是常見類型，無需預訓練示例 (LangChain Python Documentation)。
• 重要性：增強應用靈活性，特別適合交互式任務。

4. Memory（記憶）

• 作用：存儲和檢索信息，保持對話或任務上下文。
• 細節：提供多種記憶類型，如 ConversationBufferMemory（存儲所有消息）、ConversationSummaryMemory（存儲摘要）。例如，聊天機器人可記住用戶偏好 (LangChain Python Documentation)。
• 重要性：確保連續性，適合需要上下文的場景。

5. Retrievers（檢索器）

• 作用：從外部來源獲取相關數據，支持知識增強生成（RAG）。
• 細節：可配置為關鍵詞搜索或語義搜索，使用嵌入模型和向量存儲。適合從文檔庫中提取信息 (LangChain Python Documentation)。
• 重要性：提升回答準確性，特別在需要實時數據時。

6. Embeddings 和 Vector Stores（嵌入與向量存儲）

• 作用：將文本轉為向量，支持語義搜索；向量存儲管理這些向量。
• 細節：嵌入模塊支持多種模型，如 OpenAI 的嵌入 API；向量存儲如 FAISS 或 Pinecone，用于高效相似性搜索 (LangChain Python Documentation 和 LangChain Python Documentation)。
• 重要性：基礎 RAG 功能，適合處理大規模文本數據。

7. Tools（工具）

• 作用：為智能體提供外部功能，如 API 調用、搜索或計算。
• 細節：工具定義為函數，智能體可根據需要調用。例如，天氣查詢工具可調用 OpenWeatherMap API (LangChain Python Documentation)。
• 重要性：擴展智能體能力，適合交互式任務。

附加模塊

除了上述關鍵模塊，LangChain 還有以下輔助模塊，適合高級開發或特定需求：

• Callbacks：用于鏈或智能體執行時的日志和監控，適合調試 (LangChain Python Documentation)。
• Output Parsers：解析 LLM 輸出為結構化格式，增強數據處理 (LangChain Python Documentation)。
• Pydantic Integration：使用 Pydantic 驗證和序列化數據，確保輸入輸出格式正確 (LangChain GitHub Repository)。
• Chat：處理聊天交互，管理對話歷史，適合聊天機器人 (LangChain Python Documentation)。
• Utilities：通用輔助函數，如文本處理，簡化開發 (LangChain GitHub Repository)。
• Index：管理文檔索引，優化向量存儲同步，適合 RAG 應用 (Indexes — ???? LangChain 0.0.107)。
• Experimental：測試新功能，未穩定，適合探索 (LangChain GitHub Repository)。
• Schema：定義數據結構，輔助模塊間通信 (LangChain GitHub Repository)。

詳細示例：構建天氣查詢智能體

為了展示 LangChain 的實際應用，我們將構建一個天氣查詢智能體，能回答天氣問題并記住對話歷史。以下是逐步實現過程，基于 2025 年 2 月的最新文檔。

環境設置

首先，安裝 LangChain 和相關依賴，并設置 API 密鑰：

pip install langchain openai

設置環境變量：

import os
os.environ["OPENAI_API_KEY"] = "your_openai_api_key"
os.environ["OPENWEATHERMAP_API_KEY"] = "your_openweathermap_api_key"

定義天氣工具

使用 OpenWeatherMap API 創建工具：

from langchain.agents import Tool
from langchain.utilities import OpenWeatherMapWrapper

weather_api = OpenWeatherMapWrapper()
weather_tool = Tool(
    name="Weather API",
    func=weather_api.get_current_weather,
    description="Useful for when you need to get the current weather for a specific city",
)

設置 LLM 和記憶

使用 OpenAI 的 GPT-3.5-turbo 模型，并添加對話記憶：

from langchain.chatmodels import ChatOpenAI
from langchain.memory import ConversationBufferMemory

llm = ChatOpenAI(model_name="gpt-3.5-turbo")
memory = ConversationBufferMemory()

定義智能體

使用 ZeroShotAgent 創建智能體，包含記憶功能：

from langchain.agents import ZeroShotAgent, AgentExecutor

agent_prompt = ZeroShotAgent.create_prompt(
    tools=[weather_tool],
    prefix="You are an assistant that helps with weather information. You can remember previous queries and their responses to provide context for current questions.",
    suffix="Assistant",
    input_variables=["input", "agent_scratchpad", "chat_history"],
)

agent = ZeroShotAgent(llm=llm, prompt=agent_prompt, tools=[weather_tool], memory=memory)
agent_chain = AgentExecutor.from_agent_and_tools(
    agent=agent, tools=[weather_tool], memory=memory, verbose=True
)

交互測試

運行智能體，測試對話記憶：

response = agent_chain.run("What's the weather like in New York?")
print(response)  # 例如：New York has a temperature of 20°C and it's currently raining.

response = agent_chain.run("What's the weather like in Los Angeles?")
print(response)  # 例如：Los Angeles has a temperature of 25°C and it's sunny.

response = agent_chain.run("Is it colder in New York or Los Angeles?")
print(response)  # 例如：New York is colder, with a temperature of 20°C compared to Los Angeles at 25°C.

示例分析

• 工具使用：天氣工具調用 OpenWeatherMap API，獲取實時數據 (OpenWeatherMap API)。
• 記憶功能：ConversationBufferMemory 存儲對話歷史，智能體可參考前文回答比較問題。
• 智能體決策：ZeroShotAgent 根據工具描述和用戶輸入動態選擇工具，適合初學者快速構建交互式應用。

結論與展望

LangChain 的模塊化設計極大降低了 LLM 應用開發的門檻。通過理解 LLMs、Chains、Agents 等核心模塊，開發者可構建如天氣查詢機器人等智能體，并利用記憶功能保持上下文。令人驚訝的是，即使初學者也能通過簡單代碼實現復雜功能，如對話記憶和工具調用。

LangChain 的文檔和社區支持（如 GitHub 貢獻和 Discord 討論）為進一步學習提供了豐富資源 (LangChain GitHub Repository, LangChain - Wikipedia)。未來，開發者可探索更多模塊如 Index（文檔索引）或 Experimental（實驗功能），優化應用性能。

關鍵引用

• LangChain 官方網站
• LangChain GitHub 倉庫
• LangChain Python 文檔
• LangChain Indexes 文檔
• OpenWeatherMap API
• LangChain Wikipedia 頁面

本文轉載自公眾號九歌AI大模型  作者：九歌AI

原文鏈接：??https://mp.weixin.qq.com/s/9BPHEH1rP-ONGvyV1iPx_A??