开源模型应用落地-FastAPI-助力模型交互-WebSocket篇（五）

一、前言

使用 FastAPI 可以帮助我们更简单高效地部署 AI 交互业务。FastAPI 提供了快速构建 API 的能力,开发者可以轻松地定义模型需要的输入和输出格式,并编写好相应的业务逻辑。

FastAPI 的异步高性能架构,可以有效支持大量并发的预测请求,为用户提供流畅的交互体验。此外,FastAPI 还提供了容器化部署能力,开发者可以轻松打包 AI 模型为 Docker 镜像,实现跨环境的部署和扩展。

总之,使用 FastAPI 可以大大提高 AI 应用程序的开发效率和用户体验,为 AI 模型的部署和交互提供全方位的支持。

LangChain基础入门：开源模型应用落地-FastAPI-助力模型交互-WebSocket篇（一），本篇学习如何集成LangChain进行模型交互，并使用工具获取实时信息

二、术语

2.1.FastAPI

FastAPI 是一个用于构建 API 的现代、快速(高性能)的 Python Web 框架。它是基于标准 Python 类型注释的 ASGI (Asynchronous Server Gateway Interface) 框架。

FastAPI 具有以下主要特点:

快速: FastAPI 使用 ASGI 服务器和 Starlette 框架,在性能测试中表现出色。它可以与 Uvicorn 一起使用,提供非常高的性能。
简单: FastAPI 利用 Python 类型注释,使 API 定义变得简单且直观。开发人员只需要定义输入和输出模型,FastAPI 会自动生成 API 文档。
现代: FastAPI 支持 OpenAPI 标准,可以自动生成 API 文档和交互式文档。它还支持 JSON Schema 和数据验证。
全功能: FastAPI 提供了路由、依赖注入、数据验证、安全性、测试等功能,是一个功能齐全的 Web 框架。
可扩展: FastAPI 被设计为可扩展的。开发人员可以轻松地集成其他库和组件,如数据库、身份验证等。

2.2.WebSocket

是一种计算机通信协议,它提供了在单个 TCP 连接上进行全双工通信的机制。它是 HTML5 一个重要的组成部分。

WebSocket 协议主要有以下特点:

全双工通信：WebSocket 允许客户端和服务器之间进行双向实时通信,即数据可以同时在两个方向上流动。这与传统的 HTTP 请求-响应模型不同,HTTP 中数据只能单向流动。
持久性连接：WebSocket 连接是一种持久性的连接,一旦建立就会一直保持,直到客户端或服务器主动关闭连接。这与 HTTP 的连接是短暂的不同。
低开销：相比 HTTP 请求-响应模型,WebSocket 在建立连接时需要较少的数据交换,因此网络开销较小。
实时性：由于 WebSocket 连接是持久性的,且数据可以双向流动,因此 WebSocket 非常适用于需要实时、低延迟数据交互的应用场景,如聊天应用、实时游戏、股票行情等。

2.3.Tool

Tool（工具）是为了增强其语言模型的功能和实用性而设计的一系列辅助手段，用于扩展模型的能力。例如代码解释器（Code Interpreter）和知识检索（Knowledge Retrieval）等都属于其工具。

2.4.langchain预置的tools

https://github.com/langchain-ai/langchain/tree/v0.1.16/docs/docs/integrations/tools

基本这些工具能满足大部分需求，具体使用参见：

三、前置条件

3.1. 创建虚拟环境&安装依赖

增加Google Search的依赖包

conda create -n fastapi_test python=3.10
conda activate fastapi_test
pip install fastapi websockets uvicorn
pip install --quiet  langchain-core langchain-community langchain-openai
pip install google-search-results

3.2. 注册Google Search API账号

1. 输入注册信息

可以使用Google账号登录，但仍要执行下面的认证操作

2. 需要认证邮箱

3. 需要认证手机

使用接码平台：https://sms-activate.io/cn

选择Google服务

注意

1. 购买的虚拟号码要与IP（科学上网）所在地一致，此处选择美国

2. 使用支付宝充值，最低需要充值2美金

4. 认证成功

3.3. 生成Google Search API的KEY

四、技术实现

4.1. Google Search小试

# -*- coding: utf-8 -*-
import osfrom langchain_community.utilities.serpapi import SerpAPIWrapperos.environ["SERPAPI_API_KEY"] = "xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx"
serp = SerpAPIWrapper()
result = serp.run("广州的实时气温如何？")
print("实时搜索结果:", result)

调用结果：

4.2. 非流式输出

本章代码将开源模型应用落地-FastAPI-助力模型交互-WebSocket篇（三）基础上进行拓展

服务端：

import uvicorn
import osfrom typing import Annotated
from fastapi import (Depends,FastAPI,WebSocket,WebSocketException,WebSocketDisconnect,status,
)
from langchain.agents import create_structured_chat_agent, AgentExecutor
from langchain_community.utilities import SerpAPIWrapperfrom langchain_core.prompts import ChatPromptTemplate, SystemMessagePromptTemplate, HumanMessagePromptTemplate
from langchain_core.tools import tool
from langchain_openai import ChatOpenAIos.environ["OPENAI_API_KEY"] = 'sk-xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx'    #你的Open AI Key
os.environ["SERPAPI_API_KEY"] = "xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx"class ConnectionManager:def __init__(self):self.active_connections: list[WebSocket] = []async def connect(self, websocket: WebSocket):await websocket.accept()self.active_connections.append(websocket)def disconnect(self, websocket: WebSocket):self.active_connections.remove(websocket)async def send_personal_message(self, message: str, websocket: WebSocket):await websocket.send_text(message)async def broadcast(self, message: str):for connection in self.active_connections:await connection.send_text(message)manager = ConnectionManager()app = FastAPI()async def authenticate(websocket: WebSocket,userid: str,secret: str,
):if userid is None or secret is None:raise WebSocketException(code=status.WS_1008_POLICY_VIOLATION)print(f'userid: {userid},secret: {secret}')if '12345' == userid and 'xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx' == secret:return 'pass'else:return 'fail'@tool
def search(query:str):"""只有需要了解实时信息或不知道的事情的时候才会使用这个工具，需要传入要搜索的内容。"""serp = SerpAPIWrapper()result = serp.run(query)print("实时搜索结果:", result)return resultdef get_prompt():template='''Respond to the human as helpfully and accurately as possible. You have access to the following tools:{tools}Use a json blob to specify a tool by providing an action key (tool name) and an action_input key (tool input).Valid "action" values: "Final Answer" or {tool_names}Provide only ONE action per $JSON_BLOB, as shown:```{{"action": $TOOL_NAME,"action_input": $INPUT}}```Follow this format:Question: input question to answerThought: consider previous and subsequent stepsAction:```$JSON_BLOB```Observation: action result... (repeat Thought/Action/Observation N times)Thought: I know what to respondAction:```{{"action": "Final Answer","action_input": "Final response to human"}}Begin! Reminder to ALWAYS respond with a valid json blob of a single action. Use tools if necessary. Respond directly if appropriate. Format is Action:```$JSON_BLOB```then Observation'''system_message_prompt = SystemMessagePromptTemplate.from_template(template)human_template='''{input}{agent_scratchpad}(reminder to respond in a JSON blob no matter what)'''human_message_prompt = HumanMessagePromptTemplate.from_template(human_template)prompt = ChatPromptTemplate.from_messages([system_message_prompt, human_message_prompt])return promptasync def chat(query):global llm,toolsagent = create_structured_chat_agent(llm, tools, get_prompt())agent_executor = AgentExecutor(agent=agent, tools=tools, verbose=True, handle_parsing_errors=True)result = agent_executor.invoke({"input": query})print(result['output'])yield result['output']@app.websocket("/ws")
async def websocket_endpoint(*,websocket: WebSocket,userid: str,permission: Annotated[str, Depends(authenticate)],):await manager.connect(websocket)try:while True:text = await websocket.receive_text()if 'fail' == permission:await manager.send_personal_message(f"authentication failed", websocket)else:if text is not None and len(text) > 0:async for msg in chat(text):await manager.send_personal_message(msg, websocket)except WebSocketDisconnect:manager.disconnect(websocket)print(f"Client #{userid} left the chat")await manager.broadcast(f"Client #{userid} left the chat")if __name__ == '__main__':tools = [search]llm = ChatOpenAI(model="gpt-3.5-turbo", temperature=0, max_tokens=512)uvicorn.run(app, host='0.0.0.0',port=7777)

客户端：

<!DOCTYPE html>
<html><head><title>Chat</title></head><body><h1>WebSocket Chat</h1><form action="" onsubmit="sendMessage(event)"><label>USERID: <input type="text" id="userid" autocomplete="off" value="12345"/></label><label>SECRET: <input type="text" id="secret" autocomplete="off" value="xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx"/></label><br/><button onclick="connect(event)">Connect</button><hr><label>Message: <input type="text" id="messageText" autocomplete="off"/></label><button>Send</button></form><ul id='messages'></ul><script>var ws = null;function connect(event) {var userid = document.getElementById("userid")var secret = document.getElementById("secret")ws = new WebSocket("ws://localhost:7777/ws?userid="+userid.value+"&secret=" + secret.value);ws.onmessage = function(event) {var messages = document.getElementById('messages')var message = document.createElement('li')var content = document.createTextNode(event.data)message.appendChild(content)messages.appendChild(message)};event.preventDefault()}function sendMessage(event) {var input = document.getElementById("messageText")ws.send(input.value)input.value = ''event.preventDefault()}</script></body>
</html>

调用结果：

用户输入：你好

不需要触发工具调用

模型输出：你好！有什么我可以帮忙的吗？

用户输入：广州现在天气如何？

需要调用工具

模型输出：The current weather in Guangzhou is partly cloudy with a temperature of 95°F, 66% chance of precipitation, 58% humidity, and wind speed of 16 mph. This information was last updated on Monday at 1:00 PM.

PS:

1. 在AI交互中，LangChain框架并不是必须引入，此处引用仅用于简化Openai的交互流程。

2. 页面输出的样式可以根据实际需要进行调整，此处仅用于演示效果。

3. 目前还遗留两个问题，一是如何实现流式输出，二是如何更好维护prompt模版，篇幅有限，下回分解

五、附带说明

5.1. 如何避免模型用英文回复

在提示词模版加入：Remember to answer in Chinese. 暗示模型一定要以中文进行回复。

修改后的提示语为：

Respond to the human as helpfully and accurately as possible. You have access to the following tools:{tools}Use a json blob to specify a tool by providing an action key (tool name) and an action_input key (tool input).Valid "action" values: "Final Answer" or {tool_names}Provide only ONE action per $JSON_BLOB, as shown:```{{"action": $TOOL_NAME,"action_input": $INPUT}}```Follow this format:Question: input question to answerThought: consider previous and subsequent stepsAction:```$JSON_BLOB```Observation: action result... (repeat Thought/Action/Observation N times)Thought: I know what to respondAction:```{{"action": "Final Answer","action_input": "Final response to human"}}Begin! Reminder to ALWAYS respond with a valid json blob of a single action. Use tools if necessary. Respond directly if appropriate. Remember to answer in Chinese.Format is Action:```$JSON_BLOB```then Observation