Nghành công nghiệp phát triển phần mềm là một lĩnh vực thường dựa trên cả tư vấn và trực giác, được đặc trưng bởi các chiến lược ra quyết định phức tạp. Hơn nữa, việc phát triển, bảo trì và vận hành phần mềm đòi hỏi một phương pháp tiếp cận kỷ luật và có phương pháp. Thông thường, các nhà phát triển phần mềm dựa trên trực giác hơn là tư vấn, tùy thuộc vào độ phức tạp của vấn đề. Trong nỗ lực nhằm nâng cao hiệu quả của kỹ thuật phần mềm, bao gồm cả hiệu quả của phần mềm và giảm chi phí phát triển, các nhà khoa học đang khám phá việc sử dụng các khung dựa trên học sâu để giải quyết các nhiệm vụ khác nhau trong quá trình phát triển phần mềm. Với những tiến bộ gần đây và phát triển trong lĩnh vực học sâu và AI, các nhà phát triển đang tìm cách biến đổi các quy trình và thực hành phát triển phần mềm bằng cách sử dụng các thiết kế tinh vi được thực hiện tại các giai đoạn khác nhau của quá trình phát triển phần mềm.

Ngày hôm nay, chúng ta sẽ thảo luận về ChatDev, một cách tiếp cận đổi mới dựa trên Mô hình Ngôn ngữ Lớn (LLM) nhằm mục đích cách mạng hóa lĩnh vực phát triển phần mềm. Cách tiếp cận này nhằm mục đích loại bỏ nhu cầu về các mô hình chuyên dụng trong mỗi giai đoạn của quá trình phát triển. Khung ChatDev tận dụng khả năng của các khung LLM, sử dụng giao tiếp ngôn ngữ tự nhiên để thống nhất và tinh gọn các quy trình phát triển phần mềm chính.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá ChatDev, một công ty ảo chuyên về phát triển phần mềm. ChatDev áp dụng mô hình thác nước và chia nhỏ quá trình phát triển phần mềm thành bốn giai đoạn chính.

1. Thiết kế.
2. Lập trình.
3. Kiểm thử.
4. Tài liệu.

Mỗi giai đoạn này triển khai một đội các tác nhân ảo như lập trình viên hoặc người kiểm thử, những người cộng tác với nhau bằng cách sử dụng các cuộc đối thoại dẫn đến một quy trình làm việc liền mạch. Chuỗi cuộc trò chuyện hoạt động như một người tạo điều kiện, và chia nhỏ từng giai đoạn của quá trình phát triển thành các nhiệm vụ con nguyên tử, do đó cho phép các vai trò kép, cho phép đề xuất và xác nhận các giải pháp bằng cách sử dụng giao tiếp nhận thức ngữ cảnh, cho phép các nhà phát triển giải quyết hiệu quả các nhiệm vụ con được chỉ định.

Phân tích công cụ của ChatDev cho thấy rằng không chỉ khung ChatDev cực kỳ hiệu quả trong việc hoàn thành quá trình phát triển phần mềm, mà nó còn cực kỳ tiết kiệm chi phí, vì nó hoàn thành toàn bộ quá trình phát triển phần mềm chỉ với ít hơn một đô la. Hơn nữa, khung không chỉ xác định, mà còn giảm thiểu các điểm yếu tiềm năng, khắc phục các ảo giác tiềm năng, đồng thời duy trì hiệu suất cao và tiết kiệm chi phí.

ChatDev : Giới thiệu về Phát triển Phần mềm dựa trên LLM

Truyền thống, ngành công nghiệp phát triển phần mềm là một ngành được xây dựng trên nền tảng của một phương pháp tiếp cận kỷ luật và có phương pháp, không chỉ cho việc phát triển các ứng dụng, mà còn cho việc bảo trì và vận hành chúng. Truyền thống, một quá trình phát triển phần mềm điển hình là một quá trình phức tạp, mất thời gian và đòi hỏi sự phối hợp trong tổ chức, phân bổ nhiệm vụ, viết mã, kiểm thử và cuối cùng là tài liệu.

Trong những năm gần đây, với sự giúp đỡ của LLM hoặc Mô hình Ngôn ngữ Lớn, cộng đồng AI đã đạt được những cột mốc quan trọng trong lĩnh vực thị giác máy tính và xử lý ngôn ngữ tự nhiên, và sau khi đào tạo trên các mô hình “dự đoán từ tiếp theo”, các Mô hình Ngôn ngữ Lớn đã chứng minh khả năng của chúng trong việc trả lại hiệu suất hiệu quả trên một loạt các nhiệm vụ hạ nguồn như dịch máy, trả lời câu hỏi và sinh mã.

Mặc dù các Mô hình Ngôn ngữ Lớn có thể viết mã cho toàn bộ phần mềm, chúng có một điểm yếu lớn : ảo giác mã, điều này tương tự như các ảo giác mà các khung xử lý ngôn ngữ tự nhiên phải đối mặt. Ảo giác mã có thể bao gồm các vấn đề như lỗi không được phát hiện, phụ thuộc bị thiếu và thực hiện hàm không đầy đủ. Có hai nguyên nhân chính của ảo giác mã.

• Thiếu Chỉ định Nhiệm vụ: Khi tạo mã phần mềm trong một bước duy nhất, không xác định rõ ràng nhiệm vụ có thể làm cho các LLM bị nhầm lẫn, vì các nhiệm vụ trong quá trình phát triển phần mềm như phân tích yêu cầu người dùng hoặc chọn ngôn ngữ lập trình được ưu tiên thường cung cấp tư duy hướng dẫn, điều mà các LLM không có.
• Thiếu Kiểm tra Chéo : Các rủi ro đáng kể phát sinh khi không thực hiện kiểm tra chéo, đặc biệt là trong quá trình ra quyết định.

ChatDev nhằm giải quyết những vấn đề này và tạo điều kiện cho các LLM có khả năng tạo ra các ứng dụng phần mềm hiện đại và hiệu quả bằng cách tạo ra một công ty ảo cho phát triển phần mềm, thiết lập mô hình thác nước và chia nhỏ quá trình phát triển phần mềm thành bốn giai đoạn chính,

1. Thiết kế.
2. Lập trình.
3. Kiểm thử.
4. Tài liệu.

Mỗi giai đoạn này triển khai một đội các tác nhân ảo như lập trình viên hoặc người kiểm thử, những người cộng tác với nhau bằng cách sử dụng các cuộc đối thoại dẫn đến một quy trình làm việc liền mạch. Hơn nữa, ChatDev sử dụng một chuỗi cuộc trò chuyện hoạt động như một người tạo điều kiện, và chia nhỏ từng giai đoạn của quá trình phát triển thành các nhiệm vụ con nguyên tử, do đó cho phép các vai trò kép, cho phép đề xuất và xác nhận các giải pháp bằng cách sử dụng giao tiếp nhận thức ngữ cảnh, cho phép các nhà phát triển giải quyết hiệu quả các nhiệm vụ con được chỉ định. Chuỗi cuộc trò chuyện bao gồm một số nút, nơi mỗi nút đại diện cho một nhiệm vụ con cụ thể, và hai vai trò này tham gia vào các cuộc thảo luận đa lượt nhận thức ngữ cảnh để không chỉ đề xuất, mà còn xác nhận các giải pháp.

Trong cách tiếp cận này, khung ChatDev đầu tiên phân tích các yêu cầu của khách hàng, tạo ra các ý tưởng sáng tạo, thiết kế và thực hiện các hệ thống mẫu, xác định và giải quyết các vấn đề tiềm năng, tạo ra các đồ họa hấp dẫn, giải thích thông tin gỡ lỗi và tạo ra các hướng dẫn người dùng. Cuối cùng, khung ChatDev giao phần mềm cho người dùng cùng với mã nguồn, hướng dẫn người dùng và thông số kỹ thuật môi trường phụ thuộc.

ChatDev : Kiến trúc và Hoạt động

Bây giờ chúng ta đã có một giới thiệu ngắn gọn về ChatDev, hãy xem xét kiến trúc và hoạt động của khung ChatDev, bắt đầu với Chuỗi Cuộc trò chuyện.

Chuỗi Cuộc trò chuyện

Như chúng ta đã đề cập trong phần trước, khung ChatDev sử dụng phương pháp thác nước cho phát triển phần mềm, chia nhỏ quá trình phát triển phần mềm thành bốn giai đoạn, bao gồm thiết kế, lập trình, kiểm thử và tài liệu. Mỗi giai đoạn này có một vai trò độc đáo trong quá trình phát triển, và có nhu cầu về giao tiếp hiệu quả giữa chúng, và có những thách thức tiềm năng khi xác định các cá nhân để tham gia và xác định trình tự tương tác.

Để giải quyết vấn đề này, khung ChatDev sử dụng Chuỗi Cuộc trò chuyện, một kiến trúc tổng quát hóa, chia nhỏ từng giai đoạn thành một cuộc trò chuyện con nguyên tử, với mỗi giai đoạn này tập trung vào vai trò định hướng nhiệm vụ, bao gồm vai trò kép. Đầu ra mong muốn cho cuộc trò chuyện tạo thành một thành phần quan trọng cho phần mềm mục tiêu, và nó được đạt được như một kết quả của sự hợp tác và trao đổi hướng dẫn giữa các tác nhân tham gia vào quá trình phát triển. Mô hình chuỗi cuộc trò chuyện cho việc giải quyết nhiệm vụ trung gian được minh họa trong hình ảnh dưới đây.

Đối với mỗi cuộc trò chuyện riêng, một người hướng dẫn đầu tiên khởi xướng hướng dẫn, và sau đó hướng dẫn cuộc đối thoại đến việc hoàn thành nhiệm vụ, và trong khi đó, các trợ lý theo dõi hướng dẫn được đặt ra, cung cấp các giải pháp lý tưởng và tham gia vào các cuộc thảo luận về tính khả thi của giải pháp. Người hướng dẫn và tác nhân sau đó tham gia vào các cuộc đối thoại đa lượt cho đến khi họ đạt được sự đồng thuận và coi nhiệm vụ là đã hoàn thành thành công. Chuỗi cuộc trò chuyện cung cấp cho người dùng một cái nhìn minh bạch về quá trình phát triển, làm sáng tỏ con đường cho việc đưa ra quyết định và cung cấp cơ hội cho việc gỡ lỗi các lỗi khi chúng phát sinh, cho phép người dùng cuối phân tích và chẩn đoán các lỗi, kiểm tra đầu ra trung gian và can thiệp vào quá trình nếu cần.Bằng cách kết hợp chuỗi cuộc trò chuyện, khung ChatDev có thể tập trung vào từng nhiệm vụ con cụ thể trên quy mô hạt, không chỉ tạo điều kiện cho sự hợp tác hiệu quả giữa các tác nhân, mà còn dẫn đến việc đạt được nhanh chóng các đầu ra yêu cầu.

Thiết kế

Trong giai đoạn thiết kế, khung ChatDev yêu cầu một ý tưởng ban đầu làm đầu vào từ khách hàng, và có ba vai trò được định nghĩa trước trong giai đoạn này.

1. Giám đốc Điều hành hoặc Tổng Giám đốc.
2. Giám đốc Sản phẩm hoặc Giám đốc Sản phẩm.
3. Giám đốc Kỹ thuật hoặc Giám đốc Kỹ thuật.

Chuỗi cuộc trò chuyện sau đó tham gia vào việc chia nhỏ giai đoạn thiết kế thành các nhiệm vụ trò chuyện con tuần tự, bao gồm ngôn ngữ lập trình (Giám đốc Kỹ thuật và Giám đốc Điều hành) và phương thức của phần mềm mục tiêu (Giám đốc Sản phẩm và Giám đốc Điều hành). Giai đoạn thiết kế bao gồm ba cơ chế chính : Giao nhiệm vụ hoặc Chuyên môn hóa Vai trò, Dòng nhớ và Tự phản ánh.

Giao nhiệm vụ

Mỗi tác nhân trong khung ChatDev được giao một vai trò bằng cách sử dụng các thông điệp hoặc lời nhắc đặc biệt trong quá trình chơi vai. Không giống như các mô hình ngôn ngữ đối thoại khác, khung ChatDev hạn chế mình chỉ trong việc khởi xướng các kịch bản chơi vai giữa các tác nhân. Những lời nhắc này được sử dụng để giao vai trò cho các tác nhân trước khi bắt đầu cuộc đối thoại.

Ban đầu, người hướng dẫn đảm nhận vai trò của Giám đốc Điều hành và tham gia vào việc lập kế hoạch tương tác, trong khi vai trò của Giám đốc Sản phẩm được xử lý bởi tác nhân thực hiện nhiệm vụ và cung cấp các phản hồi cần thiết. Khung sử dụng lời nhắc khởi xướng” để chuyên môn hóa vai trò, cho phép các tác nhân thực hiện vai trò của mình một cách hiệu quả. Lời nhắc của người hướng dẫn và trợ lý bao gồm các chi tiết quan trọng liên quan đến vai trò và nhiệm vụ được chỉ định, tiêu chí kết thúc, giao thức truyền thông và một số ràng buộc nhằm ngăn chặn các hành vi không mong muốn như vòng lặp vô hạn, phản hồi không cung cấp thông tin và sự dư thừa của hướng dẫn.

Dòng nhớ

Dòng nhớ là một cơ chế được sử dụng bởi khung ChatDev để duy trì một hồ sơ cuộc trò chuyện toàn diện của các cuộc đối thoại trước đó của một tác nhân và hỗ trợ quá trình ra quyết định tiếp theo theo cách nhận thức về lời nói. Khung ChatDev sử dụng lời nhắc để thiết lập các giao thức truyền thông cần thiết. Ví dụ, khi các bên tham gia đạt được sự đồng thuận, một tin nhắn kết thúc đáp ứng một yêu cầu định dạng cụ thể như (<MODALITY>: Ứng dụng Màn hình). Để đảm bảo tuân thủ định dạng được chỉ định, khung liên tục theo dõi và cuối cùng cho phép cuộc trò chuyện hiện tại kết thúc.

Tự phản ánh

Các nhà phát triển của khung ChatDev đã quan sát thấy các tình huống mà cả hai bên tham gia đã đạt được sự đồng thuận, nhưng các giao thức truyền thông được chỉ định không được kích hoạt. Để giải quyết những vấn đề này, khung ChatDev giới thiệu một cơ chế tự phản ánh giúp việc thu hồi và trích xuất các ký ức. Để thực hiện cơ chế tự phản ánh, khung ChatDev khởi xướng một cuộc trò chuyện mới và tươi bằng cách liệt kê “pseudo self” như một câu hỏi mới. “Pseudo self” phân tích các cuộc trò chuyện và hồ sơ lịch sử trước đó và thông báo cho trợ lý hiện tại, sau đó nó yêu cầu một bản tóm tắt của thông tin kết luận và đáng hành động như được minh họa trong hình dưới đây.

Với sự giúp đỡ của cơ chế tự phản ánh, trợ lý ChatDev được khuyến khích phản ánh và phân tích các quyết định mà nó đã đề xuất.

Lập trình

Có ba vai trò được định nghĩa trước trong giai đoạn lập trình, đó là Giám đốc Kỹ thuật, lập trình viên và nhà thiết kế đồ họa, như thường lệ, chuỗi cuộc trò chuyện chia nhỏ giai đoạn lập trình thành các nhiệm vụ con nguyên tử như tạo mã (lập trình viên và Giám đốc Kỹ thuật) hoặc tạo giao diện người dùng đồ họa (lập trình viên và nhà thiết kế). Giám đốc Kỹ thuật sau đó hướng dẫn lập trình viên sử dụng định dạng markdown để thực hiện một hệ thống phần mềm, sau đó nhà thiết kế đồ họa đề xuất một giao diện người dùng thân thiện và tương tác, sử dụng các biểu tượng đồ họa để tương tác với người dùng thay vì dựa vào các lệnh dựa trên văn bản truyền thống.

Quản lý Mã

Khung ChatDev sử dụng các ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng như Python, Java và C++ để xử lý các hệ thống phần mềm phức tạp, vì tính mô-đun của các ngôn ngữ lập trình này cho phép sử dụng các đối tượng tự chứa, không chỉ giúp trong việc gỡ lỗi, mà còn trong việc phát triển hợp tác và giúp loại bỏ sự dư thừa bằng cách tái sử dụng các đối tượng thông qua khái niệm kế thừa.

Hướng dẫn Tư duy

Các phương pháp truyền thống của việc trả lời câu hỏi thường dẫn đến thông tin không liên quan hoặc không chính xác, đặc biệt là khi tạo mã, vì việc cung cấp các hướng dẫn đơn giản có thể dẫn đến ảo giác LLM và có thể trở thành một vấn đề khó khăn. Để giải quyết vấn đề này, khung ChatDev giới thiệu cơ chế hướng dẫn tư duy, được lấy cảm hứng từ các lời nhắc chuỗi tư duy. Cơ chế hướng dẫn tư duy giải quyết rõ ràng các suy nghĩ giải quyết vấn đề cá nhân được bao gồm trong hướng dẫn, tương tự như việc giải quyết các nhiệm vụ theo một cách tuần tự và có tổ chức.

Kiểm thử

Viết mã không có lỗi trong lần đầu tiên là một thách thức không chỉ đối với LLM, mà còn đối với các lập trình viên, và thay vì loại bỏ hoàn toàn mã không chính xác, các lập trình viên phân tích mã của họ để xác định các lỗi và sửa chữa chúng. Giai đoạn kiểm thử trong khung ChatDev được chia thành ba vai trò : lập trình viên, người kiểm thử và người xem xét. Quá trình kiểm thử được chia thành hai nhiệm vụ con nguyên tử tuần tự : Đánh giá đồng nghiệp hoặc Gỡ lỗi Tĩnh (Người xem xét và Lập trình viên), và Kiểm thử Hệ thống hoặc Gỡ lỗi Động (Lập trình viên và Người kiểm thử). Gỡ lỗi tĩnh hoặc Đánh giá đồng nghiệp phân tích mã nguồn để xác định lỗi, trong khi gỡ lỗi động hoặc Kiểm thử Hệ thống xác minh việc thực hiện phần mềm thông qua các thử nghiệm được thực hiện bằng cách sử dụng trình thông dịch bởi lập trình viên. Gỡ lỗi động tập trung chủ yếu vào kiểm thử hộp đen để đánh giá các ứng dụng.

Tài liệu

Sau khi khung ChatDev hoàn thành các giai đoạn thiết kế, lập trình và kiểm thử, nó sử dụng bốn tác nhân, bao gồm Giám đốc Điều hành, Giám đốc Kỹ thuật, Giám đốc Sản phẩm và Lập trình viên, để tạo tài liệu cho dự án phần mềm. Khung ChatDev sử dụng LLM để tận dụng các lời nhắc vài lần với các ví dụ trong ngữ cảnh để tạo tài liệu. Giám đốc Kỹ thuật hướng dẫn lập trình viên cung cấp hướng dẫn về cấu hình các phụ thuộc môi trường và tạo một tài liệu như “yêu cầu phụ thuộc.txt”. Đồng thời, các yêu cầu và thiết kế hệ thống được truyền đạt đến Giám đốc Sản phẩm bởi Giám đốc Điều hành để tạo hướng dẫn người dùng cho sản phẩm.

Kết quả

Thống kê Phần mềm

Để phân tích hiệu suất của khung ChatDev, đội ngũ phát triển đã chạy một phân tích thống kê trên các ứng dụng phần mềm được tạo ra bởi khung trên cơ sở một số chỉ số chính, bao gồm số lượng token được tiêu thụ, số lượt đối thoại, tài sản hình ảnh, tệp phần mềm, bản cập nhật phiên bản và một số khác, và kết quả được thể hiện trong bảng dưới đây.

Phân tích Thời gian

Để kiểm tra thời gian sản xuất phần mềm của ChatDev cho các yêu cầu khác nhau, các nhà phát triển cũng đã thực hiện một phân tích thời gian, và sự khác biệt trong thời gian phát triển cho các yêu cầu khác nhau phản ánh sự rõ ràng và phức tạp khác nhau của các nhiệm vụ được giao, và kết quả được thể hiện trong hình dưới đây.

Trường hợp Nghiên cứu

Hình dưới đây minh họa ChatDev phát triển một trò chơi Năm trong một Hàng hoặc Gomoku.

Hình bên trái minh họa phần mềm cơ bản được tạo ra bởi khung mà không sử dụng GUI. Như có thể thấy rõ, ứng dụng không có GUI cung cấp khả năng tương tác hạn chế và người dùng chỉ có thể chơi trò chơi này thông qua终端 lệnh. Hình tiếp theo minh họa một trò chơi hấp dẫn hơn được tạo ra với sự giúp đỡ của GUI, cung cấp trải nghiệm người dùng tốt hơn và khả năng tương tác được tăng cường cho một môi trường chơi trò chơi hấp dẫn hơn mà người dùng có thể tận hưởng nhiều hơn. Sau đó, tác nhân thiết kế tạo ra các đồ họa bổ sung để tăng cường khả năng sử dụng và tính thẩm mỹ của trò chơi mà không ảnh hưởng đến chức năng của phần mềm. Tuy nhiên, nếu người dùng không hài lòng với hình ảnh được tạo ra bởi tác nhân thiết kế, họ có thể thay thế hình ảnh sau khi khung ChatDev đã hoàn thành phần mềm. Sự linh hoạt mà khung ChatDev cung cấp cho phép người dùng tùy chỉnh các ứng dụng theo sở thích của họ để tăng cường khả năng tương tác và trải nghiệm người dùng mà không ảnh hưởng đến chức năng của phần mềm.

Suy nghĩ Cuối cùng

Trong bài viết này, chúng ta đã thảo luận về ChatDev, một cách tiếp cận đổi mới dựa trên Mô hình Ngôn ngữ Lớn (LLM) nhằm mục đích cách mạng hóa lĩnh vực phát triển phần mềm bằng cách loại bỏ nhu cầu về các mô hình chuyên dụng trong mỗi giai đoạn của quá trình phát triển. Khung ChatDev nhằm mục đích tận dụng khả năng của các khung LLM bằng cách sử dụng giao tiếp ngôn ngữ tự nhiên để thống nhất và tinh gọn các quy trình phát triển phần mềm chính. Khung ChatDev sử dụng cơ chế chuỗi cuộc trò chuyện để chia nhỏ quá trình phát triển phần mềm thành các nhiệm vụ con nguyên tử, do đó cho phép tập trung vào từng nhiệm vụ con trên quy mô hạt và thúc đẩy đầu ra mong muốn cho từng nhiệm vụ con.