Die Softwareentwicklungsbranche ist ein Bereich, der oft sowohl auf Beratung als auch auf Intuition angewiesen ist und sich durch komplexe Entscheidungsstrategien auszeichnet. Darüber hinaus erfordern die Entwicklung, Wartung und der Betrieb von Software ein diszipliniertes und methodisches Vorgehen. Abhängig von der Komplexität des Problems treffen Softwareentwickler ihre Entscheidungen häufig auf Intuition und nicht auf Beratung. Um die Effizienz des Software-Engineerings zu steigern, einschließlich der Effektivität der Software und geringerer Entwicklungskosten, untersuchen Wissenschaftler den Einsatz von Deep-Learning-basierten Frameworks, um verschiedene Aufgaben innerhalb des Softwareentwicklungsprozesses zu bewältigen. Angesichts der jüngsten Entwicklungen und Fortschritte in den Bereichen Deep Learning und KI suchen Entwickler nach Möglichkeiten, Softwareentwicklungsprozesse und -praktiken zu transformieren. Dies erreichen sie durch die Verwendung anspruchsvoller Designs, die in verschiedenen Phasen des Softwareentwicklungsprozesses implementiert werden.

Heute besprechen wir ChatDev, einen auf dem Large Language Model (LLM) basierenden, innovativen Ansatz, der darauf abzielt, den Bereich der Softwareentwicklung zu revolutionieren. Dieses Paradigma zielt darauf ab, die Notwendigkeit spezieller Modelle in jeder Phase des Entwicklungsprozesses zu beseitigen. Das ChatDev-Framework nutzt die Fähigkeiten von LLM-Frameworks und nutzt die Kommunikation in natürlicher Sprache, um wichtige Softwareentwicklungsprozesse zu vereinheitlichen und zu optimieren.

In diesem Artikel stellen wir uns ChatDev vor, ein virtuelles Unternehmen, das sich auf Softwareentwicklung spezialisiert hat. ChatDev übernimmt das Wasserfallmodell und unterteilt den Softwareentwicklungsprozess sorgfältig in vier Hauptphasen.

1. Entwerfen. 
2. Codierung. 
3. Testen. 
4. Dokumentation. 

In jeder dieser Phasen wird ein Team virtueller Agenten wie Codeprogrammierer oder Tester eingesetzt, die mithilfe von Dialogen zusammenarbeiten, um einen nahtlosen Arbeitsablauf zu gewährleisten. Die Chat-Kette fungiert als Vermittler und unterteilt jede Phase des Entwicklungsprozesses in atomare Teilaufgaben. Dadurch werden Doppelrollen ermöglicht, die Vorschläge und die Validierung von Lösungen mithilfe kontextbezogener Kommunikation ermöglichen, die es Entwicklern ermöglicht, die angegebenen Teilaufgaben effektiv zu lösen. 

Die instrumentelle Analyse von ChatDev zeigt, dass das ChatDev-Framework nicht nur den Softwareentwicklungsprozess äußerst effektiv abschließt, sondern auch äußerst kosteneffizient ist und den gesamten Softwareentwicklungsprozess in knapp einem Dollar abschließt. Darüber hinaus identifiziert das Framework nicht nur potenzielle Schwachstellen, sondern lindert sie auch und behebt potenzielle Halluzinationen, und das alles unter Beibehaltung einer hohen Effizienz und Kosteneffizienz. 

ChatDev: Eine Einführung in die LLM-gestützte Softwareentwicklung

Traditionell basiert die Softwareentwicklungsbranche auf der Grundlage eines disziplinierten und methodischen Ansatzes nicht nur für die Entwicklung der Anwendungen, sondern auch für deren Wartung und Betrieb. Traditionell gesehen ist ein typischer Softwareentwicklungsprozess ein äußerst komplizierter, komplexer und zeitaufwändiger, sorgfältiger Prozess mit langen Entwicklungszyklen, da am Entwicklungsprozess mehrere Rollen beteiligt sind, darunter die Koordination innerhalb der Organisation, die Zuweisung von Aufgaben, das Schreiben von Code usw. Testen und schließlich Dokumentation. 

In den letzten Jahren mit Hilfe von LLM oder große Sprachmodelle, hat die KI-Community bedeutende Meilensteine ​​in den Bereichen Computer Vision und Verarbeitung natürlicher Sprache erreicht, und nach Schulungen zu Paradigmen zur „Vorhersage des nächsten Wortes“ haben große Sprachmodelle ihre Fähigkeit, bei einer Vielzahl nachgelagerter Aufgaben eine effiziente Leistung zu erzielen, gut unter Beweis gestellt wie maschinelle Übersetzung, Beantwortung von Fragen und Codegenerierung. 

Obwohl Large Language Models Code für die gesamte Software schreiben können, haben sie einen großen Nachteil: Code-Halluzinationen, was den Halluzinationen, denen Frameworks zur Verarbeitung natürlicher Sprache ausgesetzt sind, ziemlich ähnlich ist. Code-Halluzinationen können Probleme wie unentdeckte Fehler, fehlende Abhängigkeiten und unvollständige Funktionsimplementierungen umfassen. Es gibt zwei Hauptursachen für Code-Halluzinationen. 

• Fehlende Aufgabenspezifikation: Wenn der Softwarecode in einem einzigen Schritt generiert wird, verwirren die LLMs durch die Nichtdefinition der Spezifität der Aufgabe, da Aufgaben im Softwareentwicklungsprozess wie die Analyse von Benutzeranforderungen oder die Auswahl der bevorzugten Programmiersprache oft geführtes Denken ermöglichen, etwas, das in der High School fehlt -Aufgaben, die von diesen LLMs erledigt werden. 
• Fehlendes Kreuzverhör : Wenn kein Kreuzverhör durchgeführt wird, insbesondere während der Entscheidungsprozesse, entstehen erhebliche Risiken. 

ChatDev zielt darauf ab, diese Probleme zu lösen und LLMs die Möglichkeit zu geben, hochmoderne und effektive Softwareanwendungen zu erstellen, indem ein virtuelles Unternehmen für Softwareentwicklung geschaffen wird, das das Wasserfallmodell etabliert und den Softwareentwicklungsprozess sorgfältig in vier Hauptbereiche unterteilt Stufen,

1. Entwerfen. 
2. Codierung. 
3. Testen. 
4. Dokumentation. 

In jeder dieser Phasen wird ein Team virtueller Agenten wie Codeprogrammierer oder Tester eingesetzt, die mithilfe von Dialogen zusammenarbeiten, um einen nahtlosen Arbeitsablauf zu gewährleisten. Darüber hinaus nutzt ChatDev eine Chat-Kette, die als Moderator fungiert und jede Phase des Entwicklungsprozesses in atomare Teilaufgaben aufteilt, wodurch Doppelrollen ermöglicht werden und Vorschläge und die Validierung von Lösungen mithilfe kontextbezogener Kommunikation ermöglicht werden, die es Entwicklern ermöglicht, effektiv zu arbeiten Lösen Sie die angegebenen Teilaufgaben. Die Chat-Kette besteht aus mehreren Knoten, wobei jeder einzelne Knoten eine bestimmte Teilaufgabe darstellt und diese beiden Rollen an kontextbezogenen Diskussionen in mehreren Runden teilnehmen, um nicht nur Lösungen vorzuschlagen, sondern auch zu validieren. 

Bei diesem Ansatz analysiert das ChatDev-Framework zunächst die Anforderungen eines Kunden, generiert kreative Ideen, entwirft und implementiert Prototypsysteme, identifiziert und behebt potenzielle Probleme, erstellt ansprechende Grafiken, erklärt die Debug-Informationen und erstellt die Benutzerhandbücher. Schließlich liefert das ChatDev-Framework dem Benutzer die Software zusammen mit dem Quellcode, Benutzerhandbüchern und Spezifikationen der Abhängigkeitsumgebung. 

ChatDev: Architektur und Arbeiten

Nachdem wir nun eine kurze Einführung in ChatDev erhalten haben, werfen wir einen Blick auf die Architektur und Funktionsweise des ChatDev-Frameworks, beginnend mit der Chat-Kette. 

Chat-Kette

Wie wir im vorherigen Abschnitt erwähnt haben, verwendet das ChatDev-Framework eine Wasserfallmethode für die Softwareentwicklung, die den Softwareentwicklungsprozess in vier Phasen unterteilt, darunter Entwurf, Codierung, Test und Dokumentation. Jede dieser Phasen spielt eine einzigartige Rolle im Entwicklungsprozess, und es besteht Bedarf an einer effektiven Kommunikation zwischen ihnen. Außerdem bestehen potenzielle Herausforderungen bei der Identifizierung von Personen, mit denen man sich beschäftigen möchte, und bei der Festlegung der Reihenfolge der Interaktionen. 

Um dieses Problem anzugehen, verwendet das ChatDev-Framework Chat Chain, eine verallgemeinerte Architektur, die jede Phase in einen subatomaren Chat unterteilt, wobei sich jede dieser Phasen auf aufgabenorientiertes Rollenspiel mit Doppelrollen konzentriert. Der gewünschte Output für den Chat stellt einen wesentlichen Bestandteil der Zielsoftware dar und wird durch Zusammenarbeit und Austausch von Anweisungen zwischen den am Entwicklungsprozess beteiligten Agenten erreicht. Das Chat-Ketten-Paradigma für die Lösung von Zwischenaufgaben ist in der Abbildung unten dargestellt. 

Bei jedem einzelnen Chat initiiert ein Dozent zunächst die Anweisungen und lenkt dann den Dialog bis zur Erledigung der Aufgabe. In der Zwischenzeit folgen die Assistenten den Anweisungen des Dozenten, liefern optimale Lösungen und diskutieren über die Machbarkeit der Lösung. Anschließend führen der Ausbilder und der Agent mehrere Dialoge, bis sie zu einem Konsens gelangen und die Aufgabe als erfolgreich gelöst betrachten. Die Kettenkette bietet Benutzern eine transparente Sicht auf den Entwicklungsprozess, beleuchtet den Weg zur Entscheidungsfindung und bietet Möglichkeiten zum Debuggen von Fehlern, wenn sie auftreten. Dies ermöglicht es den Endbenutzern, die Fehler zu analysieren und zu diagnostizieren, Zwischenausgaben zu überprüfen und und bei Bedarf in den Prozess eingreifen. Durch die Integration einer Chat-Kette ist das ChatDev-Framework in der Lage, sich auf jede einzelne Teilaufgabe in einem granularen Maßstab zu konzentrieren, was nicht nur eine effektive Zusammenarbeit zwischen den Agenten erleichtert, sondern auch dazu führt, dass die erforderlichen Ergebnisse schnell erzielt werden. 

Entwerfen

In der Entwurfsphase erfordert das ChatDev-Framework eine erste Idee als Eingabe des menschlichen Kunden, und in dieser Phase gibt es drei vordefinierte Rollen. 

1. CEO oder Chief Executive Officer. 
2. CPO oder Chief Product Officer. 
3. CTO oder Chief Technical Officer. 

Dann kommt die Chat-Kette ins Spiel, die die Entwurfsphase in sequentielle subatomare Chat-Aufgaben unterteilt, die die Programmiersprache (CTO und CEO) und die Modalität der Zielsoftware (CPO und CEO) umfassen. Die Entwurfsphase umfasst drei Schlüsselmechanismen: Rollenzuweisung oder Rollenspezialisierung, Memory Stream und Selbstreflexion. 

Rollenzuweisung

Jedem Agenten im Chat Dev-Framework wird während des Rollenspielprozesses mithilfe spezieller Nachrichten oder besonderer Eingabeaufforderungen eine Rolle zugewiesen. Im Gegensatz zu anderen Konversationssprachmodellen beschränkt sich das ChatDev-Framework ausschließlich auf die Initiierung der Rollenspielszenarien zwischen den Agenten. Diese Eingabeaufforderungen werden verwendet, um den Agenten vor den Dialogen Rollen zuzuweisen. 

Zunächst übernimmt der Ausbilder die Verantwortung des CEO und beteiligt sich an der interaktiven Planung, während die Verantwortung des CPO vom Agenten übernommen wird, der Aufgaben ausführt und die erforderlichen Antworten liefert. Das Framework verwendet „Gründungsaufforderung„für Rollenspezialisierung, die es den Agenten ermöglicht, ihre Rollen effektiv zu erfüllen. Die Eingabeaufforderungen für Assistenten und Ausbilder bestehen aus wichtigen Details zu den zugewiesenen Rollen und Aufgaben, Beendigungskriterien, Kommunikationsprotokollen und mehreren Einschränkungen, die darauf abzielen, unerwünschte Verhaltensweisen wie Endlosschleifen, nicht informative Antworten und Befehlsredundanz zu verhindern. 

Speicherstream

Der Memory Stream ist ein vom ChatDev-Framework verwendeter Mechanismus, der eine umfassende Gesprächsaufzeichnung der vorherigen Dialoge eines Agenten verwaltet und den darauf folgenden Entscheidungsprozess auf äußerungsbewusste Weise unterstützt. Das ChatDev-Framework verwendet Eingabeaufforderungen, um die erforderlichen Kommunikationsprotokolle einzurichten. Wenn die beteiligten Parteien beispielsweise einen Konsens erzielen, wird eine Endnachricht erstellt, die eine bestimmte Formatierungsanforderung erfüllt, z. B. ( : Desktopanwendung"). Um die Einhaltung des festgelegten Formats sicherzustellen, überwacht das Framework den aktuellen Dialog kontinuierlich und lässt ihn schließlich zu einem Abschluss kommen. 

Selbstreflexion

Entwickler des ChatDev-Frameworks haben Situationen beobachtet, in denen beide Beteiligten einen gemeinsamen Konsens erzielt hatten, die vordefinierten Kommunikationsprotokolle jedoch nicht ausgelöst wurden. Um diese Probleme anzugehen, ist die Das ChatDev-Framework führt einen Selbstreflexionsmechanismus ein Das hilft beim Abrufen und Extrahieren von Erinnerungen. Um den Selbstreflexionsmechanismus zu implementieren, initiiert das ChatDev-Framework einen neuen und frischen Chat, indem es „Pseudo-Selbst“ als neuen Fragesteller einbezieht. Das „Pseudo-Selbst“ analysiert die vorherigen Dialoge und historischen Aufzeichnungen und informiert den aktuellen Assistenten. Anschließend fordert es eine Zusammenfassung schlüssiger und handlungswürdiger Informationen an, wie in der folgenden Abbildung dargestellt. 

Mit Hilfe des Selbsthilfemechanismus wird der ChatDev-Assistent dazu ermutigt, die von ihm vorgeschlagenen Entscheidungen zu reflektieren und zu analysieren. 

Programmierung

In der Codierungsphase gibt es drei vordefinierte Rollen, nämlich den CTO, den Programmierer und den Grafikdesigner. Wie üblich unterteilt der Chat-Chain-Mechanismus die Codierungsphase in einzelne subatomare Aufgaben wie das Generieren von Codes (Programmierer und CTO) oder die Entwicklung einer GUI oder grafische Benutzeroberfläche (Programmierer & Designer). Anschließend weist der CTO den Programmierer an, das Markdown-Format zu verwenden, um ein Softwaresystem zu implementieren. Anschließend schlägt der Kunstdesigner eine benutzerfreundliche und interaktive GUI vor, die grafische Symbole für die Interaktion mit Benutzern verwendet, anstatt sich auf herkömmliche textbasierte Befehle zu verlassen. 

Codeverwaltung

Das ChatDev-Framework verwendet objektorientierte Programmiersprachen wie Python, Java und C++ zur Handhabung komplexer Softwaresysteme, da die Modularität dieser Programmiersprachen die Verwendung eigenständiger Objekte ermöglicht, die nicht nur bei der Fehlerbehebung, sondern auch bei der kollaborativen Entwicklung helfen und hilft auch bei der Beseitigung von Redundanzen durch die Wiederverwendung der Objekte durch das Konzept der Vererbung. 

Gedankenanweisungen

Herkömmliche Methoden zur Beantwortung von Fragen führen häufig zu irrelevanten Informationen oder Ungenauigkeiten, insbesondere bei der Generierung von Code, da die Bereitstellung naiver Anweisungen zu LLM-Halluzinationen führen und zu einem herausfordernden Problem werden kann. Um dieses Problem anzugehen, führt das ChatDev-Framework den „Gedankenanweisungen“-Mechanismus ein, der sich von Gedankenkettenaufforderungen inspirieren lässt. Der „Gedankenanweisungen“-Mechanismus befasst sich explizit mit den in den Anweisungen enthaltenen individuellen Problemlösungsgedanken, ähnlich wie beim sequentiellen und organisierten Lösen von Aufgaben. 

Testen

Einen fehlerfreien Code im ersten Anlauf zu schreiben ist nicht nur für uns eine Herausforderung LLMs, aber auch für menschliche Programmierer: Anstatt den falschen Code vollständig zu verwerfen, analysieren Programmierer ihren Code, um die Fehler zu identifizieren und zu beheben. Die Testphase im ChatDev-Framework ist in drei Rollen unterteilt: Programmierer, Tester und Prüfer. Der Testprozess ist weiter in zwei aufeinanderfolgende subatomare Aufgaben unterteilt: Peer Review oder statisches Debugging (Rezensent und Programmierer) und Systemtests oder dynamisches Debuggen (Programmierer und Tester). Statisches Debuggen oder Peer-Review analysiert den Quellcode, um Fehler zu identifizieren, während dynamisches Debuggen oder Systemtests die Ausführung der Software durch verschiedene Tests überprüft, die vom Programmierer mithilfe eines Interpreters durchgeführt werden. Das dynamische Debugging konzentriert sich hauptsächlich auf Black-Box-Tests zur Evaluierung der Anwendungen. 

Dokumentation

Nachdem das ChatDev-Framework die Entwurfs-, Codierungs- und Testphasen abgeschlossen hat, beschäftigt es vier Agenten, nämlich den CEO, den CTO, den CPO und den Programmierer, um die Dokumentation für das Softwareprojekt zu erstellen. Das ChatDev-Framework verwendet LLMs, um wenige Eingabeaufforderungen mit kontextbezogenen Beispielen zum Generieren der Dokumente zu nutzen. Der CTO weist den Programmierer an, die Anweisungen für die Konfiguration von Umgebungsabhängigkeiten bereitzustellen und ein Dokument wie „Abhängigkeitsanforderungen.txt“ zu erstellen. Gleichzeitig werden die Anforderungen und das Systemdesign vom CEO an den CPO kommuniziert, um das Benutzerhandbuch für das Produkt zu erstellen. 

Die Ergebnisse

Softwarestatistik

Um die Leistung des ChatDev-Frameworks zu analysieren, Das Entwicklerteam führte eine statistische Analyse der vom Framework generierten Softwareanwendungen auf der Grundlage einiger Schlüsselmetriken durch, darunter verbrauchte Token, Gesamtzahl der Dialogrunden, Bildressourcen, Softwaredateien, Versionsaktualisierungen und einige mehr, und die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle dargestellt. 

Daueranalyse

Um die Produktionszeit von ChatDev für Software für verschiedene Anfrageaufforderungen zu untersuchen, führten die Entwickler auch eine Daueranalyse durch. Der Unterschied in der Entwicklungszeit für verschiedene Eingabeaufforderungen spiegelt die unterschiedliche Klarheit und Komplexität der zugewiesenen Aufgaben wider. Die Ergebnisse werden in der folgenden Abbildung dargestellt . 

Fallstudie

Die folgende Abbildung zeigt, wie ChatDev ein Five in a Row- oder ein Gomoku-Spiel entwickelt. 

Die Abbildung ganz links zeigt die vom Framework erstellte Basissoftware ohne Verwendung einer GUI. Wie deutlich zu erkennen ist, bietet die Anwendung ohne grafische Benutzeroberfläche eine eingeschränkte Interaktivität und Benutzer können dieses Spiel nur über das Befehlsterminal spielen. Die nächste Abbildung zeigt ein optisch ansprechenderes Spiel, das mithilfe einer grafischen Benutzeroberfläche erstellt wurde, ein besseres Benutzererlebnis und eine verbesserte Interaktivität für eine ansprechende Spielumgebung bietet, die den Benutzern viel mehr Spaß macht. Der Designer-Agent erstellt dann zusätzliche Grafiken, um die Benutzerfreundlichkeit und Ästhetik des Gameplays weiter zu verbessern, ohne die Funktionalität zu beeinträchtigen. Wenn die menschlichen Benutzer jedoch mit dem vom Designer generierten Bild nicht zufrieden sind, können sie die Bilder ersetzen, nachdem das ChatDev-Framework die Software fertiggestellt hat. Die Flexibilität, die das ChatDev-Framework zum manuellen Ersetzen der Bilder bietet, ermöglicht es Benutzern, die Anwendungen nach ihren Wünschen anzupassen, um die Interaktivität und das Benutzererlebnis zu verbessern, ohne die Funktionalität der Software in irgendeiner Weise zu beeinträchtigen. 

Abschließende Überlegungen

In diesem Artikel haben wir über ChatDev gesprochen, ein LLM oder Large Language Model basiertes innovatives Paradigma, das darauf abzielt, den Bereich der Softwareentwicklung zu revolutionieren, indem es die Notwendigkeit spezialisierter Modelle in jeder Phase des Entwicklungsprozesses eliminiert. Das ChatDev-Framework zielt darauf ab, die Fähigkeiten der LLM-Frameworks zu nutzen, indem es die Kommunikation in natürlicher Sprache nutzt, um wichtige Softwareentwicklungsprozesse zu vereinheitlichen und zu rationalisieren. Das ChatDev-Framework nutzt den Chat-Chain-Mechanismus, um den Softwareentwicklungsprozess in aufeinanderfolgende subatomare Aufgaben zu unterteilen, wodurch eine granulare Fokussierung ermöglicht und die gewünschten Ergebnisse für jede subatomare Aufgabe gefördert werden.