Delphi与大型语言模型应用：从理论到实践

大型语言模型(LLM)如ChatGPT、Claude和Llama等正在彻底改变软件开发和用户交互方式。本文将探讨如何在Delphi应用中集成和利用这些强大的AI模型，从理论基础到实际应用案例。

大型语言模型简介

大型语言模型是基于Transformer架构的深度学习模型，通过大规模文本数据训练而成。它们具有以下特点：

1. 理解和生成自然语言：能够理解用户输入并生成连贯、相关的文本
2. 上下文学习：能够在对话中保持上下文连贯性
3. 知识库：包含训练数据中的广泛知识
4. 任务多样性：可用于文本生成、翻译、摘要、问答等多种任务

为什么在Delphi应用中集成LLM？

将LLM集成到Delphi应用中可以带来以下优势：

1. 增强用户交互：提供自然语言界面，简化复杂操作
2. 自动化内容生成：自动生成报告、描述、电子邮件等内容
3. 智能辅助功能：提供上下文相关的建议和帮助
4. 数据分析和洞察：从非结构化数据中提取见解
5. 个性化体验：根据用户偏好和行为定制内容和功能

技术准备

在开始集成LLM之前，你需要准备以下内容：

1. Delphi开发环境：建议使用Delphi 10.4或更高版本
2. API密钥：如OpenAI API、Anthropic API或其他LLM服务提供商的密钥
3. REST客户端组件：用于API调用，如Indy、REST Debugger或TRESTClient
4. JSON处理库：如System.JSON或其他第三方JSON库
5. 基础NLP知识：了解提示工程(Prompt Engineering)的基本概念

基础：创建通用LLM客户端

首先，我们创建一个通用的LLM客户端类，支持不同的模型提供商：

unit LLMClient;

interface

uses
  System.SysUtils, System.Classes, System.Net.HttpClient, System.Net.URLClient,
  System.JSON, System.Generics.Collections;

type
  TLLMProvider = (lpOpenAI, lpAnthropic, lpGoogle);

  TLLMMessage = record
    Role: string;
    Content: string;
    constructor Create(const ARole, AContent: string);
  end;

  TLLMClient = class
  private
    FApiKey: string;
    FProvider: TLLMProvider;
    FModel: string;
    FMessages: TList<TLLMMessage>;
    FTemperature: Double;
    FMaxTokens: Integer;
    FHttpClient: THTTPClient;

    function GetEndpoint: string;
    function BuildRequestBody: TJSONObject;
    function ParseResponse(const ResponseContent: string): string;
  public
    constructor Create(const ApiKey: string; Provider: TLLMProvider);
    destructor Destroy; override;

    function SendMessage(const UserMessage: string): string;
    procedure ClearConversation;

    property Provider: TLLMProvider read FProvider write FProvider;
    property Model: string read FModel write FModel;
    property Temperature: Double read FTemperature write FTemperature;
    property MaxTokens: Integer read FMaxTokens write FMaxTokens;
  end;

implementation

{ TLLMMessage }

constructor TLLMMessage.Create(const ARole, AContent: string);
begin
  Role := ARole;
  Content := AContent;
end;

{ TLLMClient }

constructor TLLMClient.Create(const ApiKey: string; Provider: TLLMProvider);
begin
  inherited Create;
  FApiKey := ApiKey;
  FProvider := Provider;
  FMessages := TList<TLLMMessage>.Create;
  FHttpClient := THTTPClient.Create;

  // 设置默认值
  FTemperature := 0.7;
  FMaxTokens := 1000;

  // 根据提供商设置默认模型
  case Provider of
    lpOpenAI: FModel := 'gpt-3.5-turbo';
    lpAnthropic: FModel := 'claude-2';
    lpGoogle: FModel := 'gemini-pro';
  end;
end;

destructor TLLMClient.Destroy;
begin
  FMessages.Free;
  FHttpClient.Free;
  inherited;
end;

function TLLMClient.GetEndpoint: string;
begin
  case FProvider of
    lpOpenAI: Result := 'https://api.openai.com/v1/chat/completions';
    lpAnthropic: Result := 'https://api.anthropic.com/v1/messages';
    lpGoogle: Result := 'https://generativelanguage.googleapis.com/v1beta/models/' + FModel + ':generateContent';
  else
    raise Exception.Create('不支持的LLM提供商');
  end;
end;

function TLLMClient.BuildRequestBody: TJSONObject;
var
  RequestObj, MessageObj: TJSONObject;
  MessagesArray: TJSONArray;
  Message: TLLMMessage;
begin
  RequestObj := TJSONObject.Create;

  try
    case FProvider of
      lpOpenAI:
        begin
          RequestObj.AddPair('model', FModel);
          RequestObj.AddPair('temperature', TJSONNumber.Create(FTemperature));
          RequestObj.AddPair('max_tokens', TJSONNumber.Create(FMaxTokens));

          MessagesArray := TJSONArray.Create;
          for Message in FMessages do
          begin
            MessageObj := TJSONObject.Create;
            MessageObj.AddPair('role', Message.Role);
            MessageObj.AddPair('content', Message.Content);
            MessagesArray.AddElement(MessageObj);
          end;

          RequestObj.AddPair('messages', MessagesArray);
        end;

      lpAnthropic:
        begin
          RequestObj.AddPair('model', FModel);
          RequestObj.AddPair('temperature', TJSONNumber.Create(FTemperature));
          RequestObj.AddPair('max_tokens', TJSONNumber.Create(FMaxTokens));

          MessagesArray := TJSONArray.Create;
          for Message in FMessages do
          begin
            MessageObj := TJSONObject.Create;
            MessageObj.AddPair('role', Message.Role);
            MessageObj.AddPair('content', Message.Content);
            MessagesArray.AddElement(MessageObj);
          end;

          RequestObj.AddPair('messages', MessagesArray);
        end;

      lpGoogle:
        begin
          RequestObj.AddPair('temperature', TJSONNumber.Create(FTemperature));
          RequestObj.AddPair('maxOutputTokens', TJSONNumber.Create(FMaxTokens));

          MessagesArray := TJSONArray.Create;
          for Message in FMessages do
          begin
            MessageObj := TJSONObject.Create;
            MessageObj.AddPair('role', Message.Role);
            MessageObj.AddPair('parts', TJSONArray.Create(TJSONObject.Create
              .AddPair('text', Message.Content)));
            MessagesArray.AddElement(MessageObj);
          end;

          RequestObj.AddPair('contents', MessagesArray);
        end;
    end;

    Result := RequestObj;
  except
    RequestObj.Free;
    raise;
  end;
end;

function TLLMClient.ParseResponse(const ResponseContent: string): string;
var
  ResponseObj: TJSONObject;
  ChoicesArray: TJSONArray;
begin
  Result := '';
  ResponseObj := TJSONObject.ParseJSONValue(ResponseContent) as TJSONObject;

  try
    case FProvider of
      lpOpenAI:
        begin
          ChoicesArray := ResponseObj.GetValue('choices') as TJSONArray;
          if (ChoicesArray <> nil) and (ChoicesArray.Count > 0) then
            Result := (ChoicesArray.Items[0] as TJSONObject)
              .GetValue<TJSONObject>('message')
              .GetValue<string>('content');
        end;

      lpAnthropic:
        begin
          if ResponseObj.GetValue('content') <> nil then
            Result := (ResponseObj.GetValue<TJSONArray>('content').Items[0] as TJSONObject)
              .GetValue<string>('text');
        end;

      lpGoogle:
        begin
          if ResponseObj.GetValue('candidates') <> nil then
            Result := ((ResponseObj.GetValue<TJSONArray>('candidates').Items[0] as TJSONObject)
              .GetValue<TJSONArray>('content').Items[0] as TJSONObject)
              .GetValue<TJSONArray>('parts').Items[0].GetValue<string>('text');
        end;
    end;
  finally
    ResponseObj.Free;
  end;
end;

function TLLMClient.SendMessage(const UserMessage: string): string;
var
  URL: string;
  RequestBody: TJSONObject;
  Response: IHTTPResponse;
  ResponseContent: string;
begin
  Result := '';
  URL := GetEndpoint;

  // 添加用户消息到历史
  FMessages.Add(TLLMMessage.Create('user', UserMessage));

  RequestBody := BuildRequestBody;
  try
    // 设置请求头
    FHttpClient.CustomHeaders.Clear;
    FHttpClient.CustomHeaders['Content-Type'] := 'application/json';

    case FProvider of
      lpOpenAI:
        FHttpClient.CustomHeaders['Authorization'] := 'Bearer ' + FApiKey;

      lpAnthropic:
        FHttpClient.CustomHeaders['x-api-key'] := FApiKey;

      lpGoogle:
        URL := URL + '?key=' + FApiKey;
    end;

    // 发送请求
    Response := FHttpClient.Post(URL, TStringStream.Create(RequestBody.ToJSON), nil);
    ResponseContent := Response.ContentAsString;

    // 解析响应
    if Response.StatusCode = 200 then
    begin
      Result := ParseResponse(ResponseContent);

      // 添加AI回复到历史
      FMessages.Add(TLLMMessage.Create('assistant', Result));
    end
    else
      raise Exception.CreateFmt('API错误: %d - %s', [Response.StatusCode, ResponseContent]);
  finally
    RequestBody.Free;
  end;
end;

procedure TLLMClient.ClearConversation;
begin
  FMessages.Clear;
end;

end.

中级：提示工程与上下文管理

提示工程是使用LLM的关键技术，通过精心设计的提示可以引导模型生成更好的结果：

unit PromptEngineering;

interface

uses
  System.SysUtils, System.Classes, System.Generics.Collections;

type
  TPromptTemplate = class
  private
    FTemplate: string;
    FVariables: TDictionary<string, string>;
  public
    constructor Create(const Template: string);
    destructor Destroy; override;

    procedure SetVariable(const Name, Value: string);
    function Render: string;
  end;

  TConversationManager = class
  private
    FSystemPrompt: string;
    FConversationHistory: TList<TPair<string, string>>;
    FMaxHistoryLength: Integer;
  public
    constructor Create(const SystemPrompt: string);
    destructor Destroy; override;

    procedure AddExchange(const UserMessage, AIResponse: string);
    function GetFormattedConversation: string;
    procedure ClearHistory;

    property SystemPrompt: string read FSystemPrompt write FSystemPrompt;
    property MaxHistoryLength: Integer read FMaxHistoryLength write FMaxHistoryLength;
  end;

implementation

{ TPromptTemplate }

constructor TPromptTemplate.Create(const Template: string);
begin
  inherited Create;
  FTemplate := Template;
  FVariables := TDictionary<string, string>.Create;
end;

destructor TPromptTemplate.Destroy;
begin
  FVariables.Free;
  inherited;
end;

procedure TPromptTemplate.SetVariable(const Name, Value: string);
begin
  FVariables.AddOrSetValue(Name, Value);
end;

function TPromptTemplate.Render: string;
var
  Result: string;
  Pair: TPair<string, string>;
begin
  Result := FTemplate;

  for Pair in FVariables do
    Result := StringReplace(Result, '{' + Pair.Key + '}', Pair.Value, [rfReplaceAll]);

  Result := Result;
end;

{ TConversationManager }

constructor TConversationManager.Create(const SystemPrompt: string);
begin
  inherited Create;
  FSystemPrompt := SystemPrompt;
  FConversationHistory := TList<TPair<string, string>>.Create;
  FMaxHistoryLength := 10; // 默认保留最近10轮对话
end;

destructor TConversationManager.Destroy;
begin
  FConversationHistory.Free;
  inherited;
end;

procedure TConversationManager.AddExchange(const UserMessage, AIResponse: string);
begin
  FConversationHistory.Add(TPair<string, string>.Create(UserMessage, AIResponse));

  // 如果历史记录超过最大长度，删除最早的记录
  while FConversationHistory.Count > FMaxHistoryLength do
    FConversationHistory.Delete(0);
end;

function TConversationManager.GetFormattedConversation: string;
var
  SB: TStringBuilder;
  Exchange: TPair<string, string>;
begin
  SB := TStringBuilder.Create;
  try
    // 添加系统提示
    if not FSystemPrompt.IsEmpty then
    begin
      SB.AppendLine('系统: ' + FSystemPrompt);
      SB.AppendLine;
    end;

    // 添加对话历史
    for Exchange in FConversationHistory do
    begin
      SB.AppendLine('用户: ' + Exchange.Key);
      SB.AppendLine('助手: ' + Exchange.Value);
      SB.AppendLine;
    end;

    Result := SB.ToString;
  finally
    SB.Free;
  end;
end;

procedure TConversationManager.ClearHistory;
begin
  FConversationHistory.Clear;
end;

end.

高级：创建特定领域的LLM应用

以下是如何创建特定领域的LLM应用，以代码助手为例：

unit CodeAssistant;

interface

uses
  System.SysUtils, System.Classes, LLMClient, PromptEngineering;

type
  TCodeAssistantMode = (camExplain, camRefactor, camGenerate, camDebug);

  TCodeAssistant = class
  private
    FLLMClient: TLLMClient;
    FPromptTemplates: TDictionary<TCodeAssistantMode, TPromptTemplate>;

    function GetModePrompt(Mode: TCodeAssistantMode; const Code, Language, AdditionalContext: string): string;
  public
    constructor Create(const ApiKey: string);
    destructor Destroy; override;

    function ExplainCode(const Code, Language: string): string;
    function RefactorCode(const Code, Language, Requirements: string): string;
    function GenerateCode(const Description, Language, Requirements: string): string;
    function DebugCode(const Code, Language, ErrorMessage: string): string;
  end;

implementation

{ TCodeAssistant }

constructor TCodeAssistant.Create(const ApiKey: string);
begin
  inherited Create;
  FLLMClient := TLLMClient.Create(ApiKey, lpOpenAI);
  FLLMClient.Model := 'gpt-4';
  FLLMClient.Temperature := 0.3; // 较低的温度，更确定性的输出

  // 初始化提示模板
  FPromptTemplates := TDictionary<TCodeAssistantMode, TPromptTemplate>.Create;

  // 解释代码模板
  FPromptTemplates.Add(camExplain, TPromptTemplate.Create(
    '请详细解释以下{language}代码的功能和工作原理，包括关键算法、数据结构和设计模式。' + sLineBreak +
    '使用通俗易懂的语言，并指出代码中的重要部分。' + sLineBreak + sLineBreak +
    '```{language}' + sLineBreak +
    '{code}' + sLineBreak +
    '```'));

  // 重构代码模板
  FPromptTemplates.Add(camRefactor, TPromptTemplate.Create(
    '请重构以下{language}代码，使其更加清晰、高效和易于维护。' + sLineBreak +
    '重构要求：{requirements}' + sLineBreak +
    '请保持代码的功能不变，并解释你所做的改变。' + sLineBreak + sLineBreak +
    '```{language}' + sLineBreak +
    '{code}' + sLineBreak +
    '```'));

  // 生成代码模板
  FPromptTemplates.Add(camGenerate, TPromptTemplate.Create(
    '请根据以下描述，生成{language}代码：' + sLineBreak +
    '{code}' + sLineBreak + sLineBreak +
    '要求：{requirements}' + sLineBreak +
    '请提供完整、可运行的代码，并添加必要的注释。'));

  // 调试代码模板
  FPromptTemplates.Add(camDebug, TPromptTemplate.Create(
    '请帮我调试以下{language}代码，找出并修复错误：' + sLineBreak +
    '```{language}' + sLineBreak +
    '{code}' + sLineBreak +
    '```' + sLineBreak + sLineBreak +
    '错误信息：{requirements}' + sLineBreak +
    '请解释错误原因，并提供修复后的代码。'));
end;

destructor TCodeAssistant.Destroy;
begin
  FLLMClient.Free;

  for var Template in FPromptTemplates.Values do
    Template.Free;
  FPromptTemplates.Free;

  inherited;
end;

function TCodeAssistant.GetModePrompt(Mode: TCodeAssistantMode; const Code, Language, AdditionalContext: string): string;
var
  Template: TPromptTemplate;
begin
  if FPromptTemplates.TryGetValue(Mode, Template) then
  begin
    Template.SetVariable('code', Code);
    Template.SetVariable('language', Language);
    Template.SetVariable('requirements', AdditionalContext);
    Result := Template.Render;
  end
  else
    Result := '';
end;

function TCodeAssistant.ExplainCode(const Code, Language: string): string;
begin
  FLLMClient.ClearConversation;
  Result := FLLMClient.SendMessage(GetModePrompt(camExplain, Code, Language, ''));
end;

function TCodeAssistant.RefactorCode(const Code, Language, Requirements: string): string;
begin
  FLLMClient.ClearConversation;
  Result := FLLMClient.SendMessage(GetModePrompt(camRefactor, Code, Language, Requirements));
end;

function TCodeAssistant.GenerateCode(const Description, Language, Requirements: string): string;
begin
  FLLMClient.ClearConversation;
  Result := FLLMClient.SendMessage(GetModePrompt(camGenerate, Description, Language, Requirements));
end;

function TCodeAssistant.DebugCode(const Code, Language, ErrorMessage: string): string;
begin
  FLLMClient.ClearConversation;
  Result := FLLMClient.SendMessage(GetModePrompt(camDebug, Code, Language, ErrorMessage));
end;

end.

实际应用案例

1. 智能文档生成器

// 使用LLM自动生成软件文档
procedure TDocumentationGenerator.GenerateDocumentation(const SourceCode, Language: string);
var
  LLMClient: TLLMClient;
  Prompt, Response: string;
begin
  LLMClient := TLLMClient.Create(ConfigManager.GetValue('OPENAI_API_KEY'), lpOpenAI);
  try
    LLMClient.Model := 'gpt-4';
    LLMClient.Temperature := 0.2;

    Prompt := Format(
      '请为以下%s代码生成详细的技术文档，包括：' + sLineBreak +
      '1. 功能概述' + sLineBreak +
      '2. 参数说明' + sLineBreak +
      '3. 返回值说明' + sLineBreak +
      '4. 使用示例' + sLineBreak +
      '5. 注意事项' + sLineBreak +
      '请使用Markdown格式。' + sLineBreak + sLineBreak +
      '```%s' + sLineBreak +
      '%s' + sLineBreak +
      '```',
      [Language, Language, SourceCode]
    );

    Response := LLMClient.SendMessage(Prompt);

    // 保存生成的文档
    SaveDocumentation(Response);

    // 显示结果
    ShowDocumentationPreview(Response);
  finally
    LLMClient.Free;
  end;
end;

2. 智能客户支持系统

// 使用LLM处理客户查询
function TCustomerSupportSystem.ProcessCustomerQuery(const Query: string): string;
var
  LLMClient: TLLMClient;
  KnowledgeBase: string;
  Prompt: string;
begin
  // 加载知识库
  KnowledgeBase := LoadKnowledgeBase;

  LLMClient := TLLMClient.Create(ConfigManager.GetValue('ANTHROPIC_API_KEY'), lpAnthropic);
  try
    LLMClient.Model := 'claude-2';

    Prompt := Format(
      '你是一个客户支持助手。请根据以下知识库信息回答客户的问题。' + sLineBreak +
      '如果知识库中没有相关信息，请礼貌地表示你无法回答，并建议客户联系人工客服。' + sLineBreak + sLineBreak +
      '知识库：' + sLineBreak +
      '%s' + sLineBreak + sLineBreak +
      '客户问题：%s',
      [KnowledgeBase, Query]
    );

    Result := LLMClient.SendMessage(Prompt);

    // 记录查询和回复
    LogCustomerInteraction(Query, Result);
  finally
    LLMClient.Free;
  end;
end;

3. 数据分析助手

// 使用LLM分析数据并生成报告
procedure TDataAnalysisAssistant.GenerateReport(const DataSummary, AnalysisRequirements: string);
var
  LLMClient: TLLMClient;
  Prompt, Report: string;
begin
  LLMClient := TLLMClient.Create(ConfigManager.GetValue('GOOGLE_API_KEY'), lpGoogle);
  try
    LLMClient.Model := 'gemini-pro';

    Prompt := Format(
      '请根据以下数据摘要生成一份详细的分析报告。' + sLineBreak +
      '分析要求：%s' + sLineBreak + sLineBreak +
      '数据摘要：' + sLineBreak +
      '%s' + sLineBreak + sLineBreak +
      '请包含以下内容：' + sLineBreak +
      '1. 执行摘要' + sLineBreak +
      '2. 关键发现' + sLineBreak +
      '3. 详细分析' + sLineBreak +
      '4. 建议' + sLineBreak +
      '5. 结论' + sLineBreak +
      '请使用Markdown格式，并添加适当的图表描述。',
      [AnalysisRequirements, DataSummary]
    );

    Report := LLMClient.SendMessage(Prompt);

    // 保存报告
    SaveReport(Report);

    // 显示报告预览
    ShowReportPreview(Report);
  finally
    LLMClient.Free;
  end;
end;

最佳实践与注意事项

1. 提示设计：精心设计提示是获得良好结果的关键，包括明确指令、上下文和格式要求
2. API密钥安全：不要在代码中硬编码API密钥，使用配置文件或环境变量
3. 错误处理：实现完善的错误处理机制，处理网络问题和API限制
4. 成本控制：监控API使用情况，实施合理的使用限制
5. 用户体验：添加加载指示器和取消选项，提升用户体验
6. 内容过滤：实现内容过滤机制，防止生成不适当的内容
7. 版本管理：跟踪模型版本，确保应用与模型更新兼容

结论

通过在Delphi应用中集成大型语言模型，我们可以为传统应用注入强大的AI能力，显著提升用户体验和应用功能。从简单的文本生成到复杂的智能助手，LLM为Delphi开发者提供了广阔的创新空间。

随着LLM技术的不断发展和成本的降低，我们可以期待更多创新的LLM应用出现在Delphi开发的软件中。通过持续学习和实践，Delphi开发者可以充分利用这些技术，创建更智能、更有价值的应用程序。

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关于作者：付乙，资深Delphi开发者，专注于将现代技术与传统应用相结合，提升软件价值和用户体验。