Il settore dello sviluppo software è un settore che spesso si basa sia sulla consultazione che sull’intuizione, caratterizzato da complesse strategie decisionali. Inoltre, lo sviluppo, la manutenzione e il funzionamento del software richiedono un approccio disciplinato e metodico. È normale che gli sviluppatori di software basino le decisioni sull'intuizione piuttosto che sulla consultazione, a seconda della complessità del problema. Nel tentativo di migliorare l’efficienza dell’ingegneria del software, compresa l’efficacia del software e la riduzione dei costi di sviluppo, gli scienziati stanno esplorando l’uso di strutture basate sul deep learning per affrontare vari compiti all’interno del processo di sviluppo del software. Con i recenti sviluppi e progressi nei settori del deep learning e dell’intelligenza artificiale, gli sviluppatori stanno cercando modi per trasformare i processi e le pratiche di sviluppo software. Lo fanno utilizzando progetti sofisticati implementati in diverse fasi del processo di sviluppo del software.

Oggi parleremo di ChatDev, un approccio innovativo basato su Large Language Model (LLM) che mira a rivoluzionare il campo dello sviluppo software. Questo paradigma cerca di eliminare la necessità di modelli specializzati durante ogni fase del processo di sviluppo. Il framework ChatDev sfrutta le capacità dei framework LLM, utilizzando la comunicazione in linguaggio naturale per unificare e semplificare i processi chiave di sviluppo software.

In questo articolo esploreremo ChatDev, una società virtuale specializzata nello sviluppo di software. ChatDev adotta il modello a cascata e divide meticolosamente il processo di sviluppo del software in quattro fasi principali.

1. Progettare. 
2. Coding. 
3. Testing. 
4. Documentazione. 

Ognuna di queste fasi distribuisce un team di agenti virtuali come programmatori di codice o tester che collaborano tra loro utilizzando dialoghi che si traducono in un flusso di lavoro senza interruzioni. La catena di chat funziona come un facilitatore e suddivide ogni fase del processo di sviluppo in sottoattività atomiche, consentendo così doppi ruoli, consentendo proposte e validazione di soluzioni utilizzando comunicazioni sensibili al contesto che consentono agli sviluppatori di risolvere in modo efficace le sottoattività specificate. 

L'analisi strumentale di ChatDev dimostra che non solo il framework ChatDev è estremamente efficace nel completare il processo di sviluppo del software, ma è anche estremamente conveniente e completa l'intero processo di sviluppo del software in poco meno di un dollaro. Inoltre, il quadro non solo identifica, ma allevia anche potenziali vulnerabilità, corregge potenziali allucinazioni, il tutto mantenendo un’elevata efficienza ed un buon rapporto costo-efficacia. 

ChatDev: un'introduzione allo sviluppo di software basato su LLM

Tradizionalmente, il settore dello sviluppo software è costruito sulle fondamenta di un approccio disciplinato e metodico non solo per lo sviluppo delle applicazioni, ma anche per la loro manutenzione e il loro funzionamento. Tradizionalmente, un tipico processo di sviluppo software è un processo meticoloso altamente intricato, complesso e dispendioso in termini di tempo, con lunghi cicli di sviluppo, poiché vi sono molteplici ruoli coinvolti nel processo di sviluppo, tra cui il coordinamento all'interno dell'organizzazione, l'assegnazione dei compiti, la scrittura del codice, test e, infine, documentazione. 

Negli ultimi anni, con l'aiuto di LLM o modelli linguistici di grandi dimensioni, la comunità dell'intelligenza artificiale ha raggiunto traguardi significativi nei campi della visione artificiale e dell'elaborazione del linguaggio naturale e, in seguito alla formazione sui paradigmi di "previsione della parola successiva", i modelli linguistici di grandi dimensioni hanno ben dimostrato la loro capacità di restituire prestazioni efficienti su un'ampia gamma di attività a valle. come la traduzione automatica, la risposta alle domande e la generazione di codice. 

Sebbene i modelli linguistici di grandi dimensioni possano scrivere codice per l'intero software, presentano un grave inconveniente: allucinazioni in codice, che è abbastanza simile alle allucinazioni affrontate dai sistemi di elaborazione del linguaggio naturale. Le allucinazioni del codice possono includere problemi come bug non scoperti, dipendenze mancanti e implementazioni di funzioni incomplete. Ci sono due principali cause di allucinazioni del codice. 

• Mancanza di specificazione del compito: Quando si genera il codice software in un unico passaggio, la mancata definizione delle specifiche dell'attività confonde i LLM come attività nel processo di sviluppo del software come l'analisi dei requisiti dell'utente o la selezione del linguaggio di programmazione preferito che spesso forniscono un pensiero guidato, qualcosa che manca dall'alto attività di livello gestito da questi LLM. 
• Mancanza di controinterrogatorio : Rischi significativi arrivano quando non viene effettuato un controinterrogatorio, soprattutto durante i processi decisionali. 

ChatDev mira a risolvere questi problemi e facilitare i LLM con il potere di creare applicazioni software efficaci e all'avanguardia creando una società virtuale per lo sviluppo di software che stabilisce il modello a cascata e divide meticolosamente il processo di sviluppo del software in quattro principali fasi,

1. Progettare. 
2. Coding. 
3. Testing. 
4. Documentazione. 

Ognuna di queste fasi distribuisce un team di agenti virtuali come programmatori di codice o tester che collaborano tra loro utilizzando dialoghi che si traducono in un flusso di lavoro senza interruzioni. Inoltre, ChatDev si avvale di una catena di chat che funziona come facilitatore e suddivide ogni fase del processo di sviluppo in sottoattività atomiche, consentendo così doppi ruoli, consentendo proposte e validazione di soluzioni utilizzando comunicazioni sensibili al contesto che consentono agli sviluppatori di interagire in modo efficace risolvere le sottoattività specificate. La catena di chat è composta da diversi nodi in cui ogni singolo nodo rappresenta un'attività secondaria specifica e questi due ruoli si impegnano in discussioni multi-turno basate sul contesto non solo per proporre, ma anche per convalidare le soluzioni. 

In questo approccio, il framework ChatDev analizza innanzitutto le esigenze del cliente, genera idee creative, progetta e implementa sistemi prototipo, identifica e affronta potenziali problemi, crea grafica accattivante, spiega le informazioni di debug e genera manuali utente. Infine, il framework ChatDev fornisce il software all'utente insieme al codice sorgente, ai manuali utente e alle specifiche dell'ambiente di dipendenza. 

ChatDev: architettura e lavoro

Ora che abbiamo una breve introduzione a ChatDev, diamo un'occhiata all'architettura e al funzionamento del framework ChatDev iniziando con la Chat Chain. 

Catena di chat

Come accennato nella sezione precedente, il framework ChatDev utilizza un metodo a cascata per lo sviluppo del software che divide il processo di sviluppo del software in quattro fasi, tra cui progettazione, codifica, test e documentazione. Ognuna di queste fasi ha un ruolo unico nel processo di sviluppo, ed è necessaria una comunicazione efficace tra di loro, e ci sono potenziali sfide da affrontare quando si identificano gli individui con cui impegnarsi e si determina la sequenza delle interazioni. 

Per risolvere questo problema, il framework ChatDev utilizza Chat Chain, un'architettura generalizzata che suddivide ogni fase in una chat subatomica, con ciascuna di queste fasi focalizzata sul gioco di ruolo orientato alle attività che prevede doppi ruoli. L'output desiderato per la chat costituisce una componente vitale per il software di destinazione ed è ottenuto come risultato della collaborazione e dello scambio di istruzioni tra gli agenti che partecipano al processo di sviluppo. Il paradigma della catena di chat per la risoluzione di attività intermedie è illustrato nell'immagine seguente. 

Per ogni singola chat, un istruttore avvia prima le istruzioni, quindi guida il dialogo verso il completamento dell'attività e, nel frattempo, gli assistenti seguono le istruzioni fornite dall'istruttore, forniscono soluzioni ideali e si impegnano in discussioni sulla fattibilità della soluzione. L'istruttore e l'agente si impegnano quindi in dialoghi a più turni finché non raggiungono un consenso e ritengono che il compito sia stato portato a termine con successo. La catena fornisce agli utenti una visione trasparente del processo di sviluppo, fa luce sul percorso decisionale e offre opportunità di debugging degli errori quando si presentano, consentendo agli utenti finali di analizzare e diagnosticare gli errori, ispezionare gli output intermedi, e intervenire nel processo se ritenuto necessario. Incorporando una catena di chat, il framework ChatDev è in grado di concentrarsi su ogni specifica attività secondaria su scala granulare che non solo facilita una collaborazione efficace tra gli agenti, ma si traduce anche nel rapido raggiungimento degli output richiesti. 

Progettazione

Nella fase di progettazione, il framework ChatDev richiede un'idea iniziale come input da parte del cliente umano e in questa fase ci sono tre ruoli predefiniti. 

1. Amministratore Delegato o Amministratore Delegato. 
2. CPO o Chief Product Officer. 
3. CTO o Direttore Tecnico. 

Entra quindi in gioco la catena di chat dividendo la fase di progettazione in attività sequenziali di chat subatomica che includono il linguaggio di programmazione (CTO e CEO) e la modalità del software di destinazione (CPO e CEO). La fase di progettazione prevede tre meccanismi chiave: assegnazione del ruolo o specializzazione del ruolo, flusso di memoria e autoriflessione. 

Assegnazione del ruolo

A ogni agente nel framework Chat Dev viene assegnato un ruolo utilizzando messaggi speciali o istruzioni speciali durante il processo di gioco di ruolo. A differenza di altri modelli linguistici conversazionali, il framework ChatDev si limita esclusivamente ad avviare scenari di gioco di ruolo tra gli agenti. Questi prompt vengono utilizzati per assegnare i ruoli agli agenti prima dei dialoghi. 

Inizialmente, l'istruttore si assume le responsabilità del CEO e si impegna nella pianificazione interattiva mentre le responsabilità del CPO sono gestite dall'agente che esegue le attività e fornisce le risposte richieste. Il quadro utilizza “stimolo iniziale” per la specializzazione dei ruoli che consente agli agenti di svolgere i propri ruoli in modo efficace. I suggerimenti dell'assistente e dell'istruttore consistono in dettagli vitali riguardanti ruoli e compiti designati, criteri di conclusione, protocolli di comunicazione e diversi vincoli che mirano a prevenire comportamenti indesiderati come cicli infiniti, risposte non informative e ridondanza di istruzioni. 

Flusso di memoria

Il flusso di memoria è un meccanismo utilizzato dal framework ChatDev che mantiene una registrazione completa della conversazione dei precedenti dialoghi di un agente e assiste nel processo decisionale che segue in modo consapevole delle espressioni. Il framework ChatDev utilizza i prompt per stabilire i protocolli di comunicazione richiesti. Ad esempio, quando le parti coinvolte raggiungono un consenso, un messaggio finale che soddisfi uno specifico requisito di formattazione come ( : Applicazione desktop”). Per garantire il rispetto del formato designato, il quadro monitora continuamente e consente infine al dialogo in corso di raggiungere una conclusione. 

Autoriflessione

Gli sviluppatori del framework ChatDev hanno osservato situazioni in cui entrambe le parti coinvolte avevano raggiunto un consenso reciproco, ma i protocolli di comunicazione predefiniti non venivano attivati. Per affrontare questi problemi, il Il framework ChatDev introduce un meccanismo di auto-riflessione che aiuta nel recupero e nell'estrazione dei ricordi. Per implementare il meccanismo di auto-riflessione, il framework ChatDev avvia una chat nuova e fresca arruolando "pseudo sé" come nuovo interlocutore. Lo "pseudo sé" analizza i dialoghi precedenti e i documenti storici e informa l'attuale assistente, dopodiché richiede un riepilogo delle informazioni conclusive e meritevoli di azione, come dimostrato nella figura seguente. 

Con l'aiuto del meccanismo di auto-aiuto, l'assistente ChatDev è incoraggiato a riflettere e analizzare le decisioni che ha proposto. 

codifica

Ci sono tre ruoli predefiniti nella fase di codifica: CTO, programmatore e art designer. Come al solito, il meccanismo della catena di chat divide la fase di codifica in compiti subatomici individuali come generare codici (programmatore e CTO) o ideare una GUI. o interfaccia utente grafica (programmatore e designer). Il CTO quindi istruisce il programmatore a utilizzare il formato markdown per implementare un sistema software in seguito al quale l'art designer propone una GUI intuitiva e interattiva che fa uso di icone grafiche per interagire con gli utenti anziché fare affidamento sui tradizionali comandi basati su testo. 

Gestione del codice

Il framework ChatDev utilizza linguaggi di programmazione orientati agli oggetti come Python, Java e C++ per gestire sistemi software complessi poiché la modularità di questi linguaggi di programmazione consente l'uso di oggetti autonomi che non solo aiutano nella risoluzione dei problemi, ma anche nello sviluppo collaborativo. e aiuta anche a rimuovere le ridondanze riutilizzando gli oggetti attraverso il concetto di ereditarietà. 

Istruzioni per il pensiero

I metodi tradizionali di risposta alle domande spesso portano a informazioni irrilevanti o inesattezze, soprattutto quando si genera codice, poiché fornire istruzioni ingenue potrebbe portare ad allucinazioni LLM e potrebbe diventare un problema impegnativo. Per affrontare questo problema, il framework ChatDev introduce il meccanismo delle “istruzioni di pensiero” che trae ispirazione dagli stimoli della catena di pensiero. Il meccanismo delle “istruzioni mentali” affronta esplicitamente i pensieri individuali di risoluzione dei problemi inclusi nelle istruzioni, in modo simile alla risoluzione dei compiti in modo sequenziale e organizzato. 

Testing

Scrivere un codice senza errori al primo tentativo è impegnativo non solo per LLM, ma anche per i programmatori umani, e invece di scartare completamente il codice errato, i programmatori analizzano il proprio codice per identificare gli errori e correggerli. La fase di test nel framework ChatDev è divisa in tre ruoli: programmatore, tester e revisore. Il processo di test è ulteriormente suddiviso in due attività subatomiche sequenziali: Peer Review o debug statico (Revisore e programmatore) e Test di sistema o debug dinamico (Programmatore e Tester). Il debug statico o peer review analizza il codice sorgente per identificare gli errori mentre il debug dinamico o test di sistema verifica l'esecuzione del software attraverso vari test condotti utilizzando un interprete dal programmatore. Il debug dinamico si concentra principalmente sui test black-box per valutare le applicazioni. 

Documentazione

Dopo che il framework ChatDev ha terminato le fasi di progettazione, codifica e test, impiega quattro agenti: CEO, CTO, CPO e programmatore per generare la documentazione per il progetto software. Il framework ChatDev utilizza LLM per sfruttare le istruzioni di pochi scatti con esempi contestualizzati per generare i documenti. Il CTO ordina al programmatore di fornire le istruzioni per la configurazione delle dipendenze ambientali e di creare un documento come "requisiti di dipendenza.txt". Contemporaneamente, i requisiti e la progettazione del sistema vengono comunicati al CPO dal CEO, per generare il manuale utente del prodotto. 

Risultati

Statistiche del software

Per analizzare le prestazioni del framework ChatDev, il team di sviluppatori ha eseguito un'analisi statistica sulle applicazioni software generate dal framework sulla base di alcune metriche chiave tra cui token consumati, turni totali di dialogo, risorse di immagini, file software, aggiornamenti di versione e alcuni altri, e i risultati sono dimostrato nella tabella seguente. 

Analisi della durata

Per esaminare il tempo di produzione di ChatDev per il software per diversi prompt di richiesta, gli sviluppatori hanno anche condotto un'analisi della durata e la differenza nel tempo di sviluppo per diversi prompt riflette la diversa chiarezza e complessità delle attività assegnate e i risultati sono mostrati nella figura seguente . 

Argomento di studio

La figura seguente mostra ChatDev mentre sviluppa un gioco Five in a Row o Gomoku. 

La figura più a sinistra mostra il software di base creato dal framework senza utilizzare alcuna GUI. Come si può vedere chiaramente, l'applicazione senza GUI offre un'interattività limitata e gli utenti possono giocare solo tramite il terminale di comando. La figura successiva mostra un gioco visivamente più accattivante creato con l'uso della GUI, offre una migliore esperienza utente e un'interattività migliorata per un ambiente di gioco coinvolgente che può essere apprezzato molto di più dagli utenti. L'agente progettista crea quindi grafica aggiuntiva per migliorare ulteriormente l'usabilità e l'estetica del gameplay senza compromettere alcuna funzionalità. Tuttavia, se gli utenti umani non sono soddisfatti dell'immagine generata dal designer, possono sostituire le immagini dopo che il framework ChatDev ha completato il software. La flessibilità offerta dal framework ChatDev per sostituire manualmente le immagini consente agli utenti di personalizzare le applicazioni secondo le loro preferenze per un'interattività e un'esperienza utente migliorate senza compromettere in alcun modo la funzionalità del software. 

Considerazioni finali

In questo articolo abbiamo parlato di ChatDev, un LLM o modello linguistico di grandi dimensioni paradigma innovativo basato che mira a rivoluzionare il campo dello sviluppo software eliminando la necessità di modelli specializzati durante ogni fase del processo di sviluppo. Il framework ChatDev mira a sfruttare le capacità dei framework LLM utilizzando la comunicazione in linguaggio naturale per unificare e semplificare i processi chiave di sviluppo software. Il framework ChatDev utilizza il meccanismo della catena di chat per suddividere il processo di sviluppo del software in attività subatomiche sequenziali, consentendo così una focalizzazione granulare e promuovendo gli output desiderati per ogni attività subatomica.