背景
最近 OpenAI 发布了一些模型及 API 的更新，主要有以下内容：
1. Chat Completions 接口中新增对 function calling（函数调用）的支持；
2. gpt-3.5 发布的新的支持 16k 上下文的模型 gpt-3.5-turbo-16k ，直接变成了原来的 4 倍；
3. 发布了新的支持函数调用的模型 gpt-3.5-turbo-0613 和 gpt-4-0613 ；

其中对开发者而言，最兴奋的就是 function calling 的功能了，这个基本就是 ChatGPT Plugin 底层实现的基础了，有了这个能力我们也可以打造自己的“插件商城”了。下面我们就一起看一下 function calling 的具体功能。

概述
GPT 本身的局限

OpenAI 的 GPT 本身具有很强的智能，但也有知识陈旧以及缺少“手脚”问题。比如，gpt-4 模型的训练数据都是 2021 年 9 月之前的数据，所以他并不知道 2023 年苹果发布了 visionOS 系统；另外，现在的 ChatGPT 并不能执行一些动作，比如帮忙发送邮件，现在能做的仅仅是编写邮件。

具体表现为：
LLM 的知识是基于模型训练时使用的数据及知识，对于后续的新的事实其并不知道；
LLM 类似于“缸中之脑”，其有很高的智能但是缺少一些行动的能力；

目前的解决方案
上述问题社区中也有一些解决方案，如 LangChain 之类的工具。除此之外，OpenAI 官方也推出了 Plugin 的功能，允许开发者可以给 LLM 提供一些能力来解决上述问题，甚至是增强其能力提供了更多模态的信息输出。
上述的解决方案中也都有各自的问题：

LangChain 的解决方案毕竟不是官方方案，不可避免的存在一些稳定性的隐患，除此之外，LangChain 目前仅支持 Python 以及 JS 代码，其他的语言没有现成的解决方案；
OpenAI Plugin 的方式是正解，但是只能在 ChatGPT 这个封闭的生态中使用，对于一些垂直领域的 LLM 应用开发而言，并不能直接使用；

Function Calling

简单讲 Function Calling 功能其实就是在 Chat Completions 接口中新增了一个 functions 的可选入参，该参数是一个列表可以支持传入多个函数的声明，在声明中告诉 GPT 有这些函数可以被调用，他可以借助这些函数完成自己不能完成的的一些事情，或者说把自己的任务完成的更加出色。从这角度来理解 Function Calling 和 ChatGPT 中的 Plugin 并没有本质区别。前者是面对开发者的基础能力，后者是面对用户的基础交互体验。

Function Calling 的出现基本上可以很好的解决之前遗留的一些问题：
1.突破编程语言的限制，目前发布的功能是云端接口，只要可以进行网络请求的语言都可以实现此功能；
2.提升函数调用的稳定性，官方出品稳定性有保证，但并不是没有稳定性的问题还是要添加对应容错逻辑；
3.提示 API 易用性，垂直领域的 LLM 应用开发少不了 API 调用，这部分的使用越简单其上层的 LLM 应用月繁荣；

下面我们就来详细看一下 Function Calling 到底是什么，怎么用，以及一些常见的使用案例。

Chat Completions

Function Calling 是 Chat Completions 接口（下文统一称 Chat 接口）中一个参数，想要了解 Function Calling 我们需要先了解一下 Chat 接口的一些基本概念。

接口简介
Chat 接口ChatGPT 聊天应用中使用的接口，区别于之前的 Completions 接口，它将用户和 GPT 的对话以列表的形式进行进行管理，并不是将所有的对话的统一拼接在一个字符串中。除此之外，Chat 接口还明确了 role 的概念，系统的上下文信息通过 system 来表示。
目前接口仅支持 gpt-3.5 和 gpt-4 的系列模型。其形式大致如下：

import openai
openai.ChatCompletion.create(
  model="gpt-3.5-turbo",
  messages=[
        {"role": "system", "content": "You are a helpful assistant."},
        {"role": "user", "content": "Who won the world series in 2020?"},
        {"role": "assistant", "content": "The Los Angeles Dodgers won the World Series in 2020."},
        {"role": "user", "content": "Where was it played?"}
    ]
)

messages 表示的是对话列表，包含对话的角色以及对应的内容，此次的更新中新增了 function 这个角色，目前共有以下内容：
system：表示系统上下文信息，确定当前对话的基本格调，一般接口只包含一条该内容；
user：用户的提问的问题；
assistant：GPT 返回的回答内容；
function：函数执行的结果，需要将此信息传递给 GPT，以便 GPT 更加次内容做出进一步的回答；

Function Calling 基本定义
这次的 Function Calling 功能并不是新接口，而是在 Chat 接口上扩展而来的。在请求接口以及接口返回上都有调整。主要内容如下：
接口请求：新增 functions 参数和messages平级，role 中新增 function 枚举标识是函数执行的结果；
接口返回：choices 的 message 中新增 function_call 字段，包含函数执行必须的参数信息，与文本内容 content 平级，但基本不会同时出现；

Curl 请求形式大致如下（下文会详细讲解字段含义）：

curl <https://api.openai.com/v1/chat/completions> -u :$OPENAI_API_KEY -H 'Content-Type: application/json' -d '{
  "model": "gpt-3.5-turbo-0613",
  "messages": [
    {"role": "user", "content": "What is the weather like in Boston?"}
  ],
  "functions": [
    {
      "name": "get_current_weather",
      "description": "Get the current weather in a given location",
      "parameters": {
        "type": "object",
        "properties": {
          "location": {
            "type": "string",
            "description": "The city and state, e.g. San Francisco, CA"
          },
          "unit": {
            "type": "string",
            "enum": ["celsius", "fahrenheit"]
          }
        },
        "required": ["location"]
      }
    }
  ]
}'

返回的 JONS 形式大致如下（下文会详细讲解字段含义）：

{
  "id": "chatcmpl-123",
  ...
  "choices": [{
    "index": 0,
    "message": {
      "role": "assistant",
      "content": null,
      "function_call": {
        "name": "get_current_weather",
        "arguments": "{ \"location\": \"Boston, MA\"}"
      }
    },
    "finish_reason": "function_call"
  }]
}

Function Calling 调用流程
Function Calling 整个功能的调用顺序大致如下：
声明函数：定义当前函数的名称，描述，以及对应的参数信息，并请求对应的接口；
解析函数参数：接受对应的接口返回，并解析对应的函数参数信息；
执行函数：根据对应的参数信息调用本地函数；
上报结果：将本地函数执行的结果上报给 Chat 接口；

下面就以用户询问当前的天气的场景来详细讲解下 Function Calling 是如何运行的。

基本使用
第 1 步：添加函数声明
其中 functions 是一个列表包含多个函数对象，每个对象中包含：
name：函数的名字，但函数被命中时接口会返回此处定义的名称；
description：函数的描述，OpenAI 会根据此描述根据场景决定是否需要调用此函数，所以这里一定要描述清楚；
parameters：函数参数，当前定义的函数需要哪些传参，这些参数的类型以及可空性都需要在这里声明；

首先我们先定义一个获取当前天气的函数声明，并且这个函数需要两个参数：
location：位置信息，即想要查询那个地方的天气信息，类型是一个字符串，非空；
unit：天气的单位，类型是一个字符串，是两个枚举摄氏度与华氏度，可空；

其声明大致如下：

{
      "name": "get_current_weather",
      "description": "Get the current weather in a given location",
      "parameters": {
        "type": "object",
        "properties": {
          "location": {
            "type": "string",
            "description": "The city and state, e.g. San Francisco, CA"
          },
          "unit": {
            "type": "string",
            "enum": ["celsius", "fahrenheit"]
          }
        },
        "required": ["location"]
      }
    }

使用上述函数声明请求 OpenAI 接口的 Python 代码大致如下：

def chat():
    # Step 1: send the conversation and available functions to GPT
    messages = [{"role": "user", "content": "What's the weather like in Boston?"}]
    functions = [
        {
            "name": "get_current_weather",
            "description": "Get the current weather in a given location",
            "parameters": {
                "type": "object",
                "properties": {
                    "location": {
                        "type": "string",
                        "description": "The city and state, e.g. San Francisco, CA",
                    },
                    "unit": {"type": "string", "enum": ["celsius", "fahrenheit"]},
                },
                "required": ["location"],
            },
        }
    ]
    response = openai.ChatCompletion.create(
        model="gpt-3.5-turbo-0613",
        messages=messages,
        functions=functions,
        function_call="auto",  # auto is default, but we'll be explicit
    )

注意：
这里使用的模型是 gpt-3.5-turbo-0613 ，目前支持此功能的模型还有 gpt-4-0613 ，其他的模型可能并不支持函数调用。
function_call 传参数表示 OpenAI 如何使用函数，如果 functions 参数不为空时默认值为 auto，如果为空时默认值为 none；

第 2 步：解析函数的入参
若声明的函数被命中之后，其 Response 返回和之前相比会有以下不同之处：
content：content 内容为空，不仔包含对应的文本信息；
新增 function_call：在 choices 列表中 function_call 字段，该字段中包含需要调用的函数信息；
finish_reason：finish_reason 对应的值为 function_call ，表明是因为函数调用而停止的；

其返回的内容形式大致如下：

{
  "id": "chatcmpl-123",
  ...
  "choices": [{
    "index": 0,
    "message": {
      "role": "assistant",
      "content": null,
      "function_call": {
        "name": "get_current_weather",
        "arguments": "{ \"location\": \"Boston, MA\"}"
      }
    },
    "finish_reason": "function_call"
  }]
}

其解析的代码逻辑大致如下：

def parse_response(response):
    response_message = response["choices"][0]["message"]
    # 堆代码 duidaima.com
    # Step 2: check if GPT wanted to call a function
    if response_message.get("function_call"):
        # Step 3: call the function
        # Note: the JSON response may not always be valid; be sure to handle errors
        available_functions = {
            "get_current_weather": get_current_weather,
        }  # only one function in this example, but you can have multiple
        function_name = response_message["function_call"]["name"]
        fuction_to_call = available_functions[function_name]
        function_args = json.loads(response_message["function_call"]["arguments"])
        function_response = fuction_to_call(
            location=function_args.get("location"),
            unit=function_args.get("unit"),
        )

代码的大致逻辑如下：
首先判断 function_call 是否存在，即是否需要调用函数；
使用 json 解析对应的函数名以及对应的参数信息；

注意，OpenAI 返回的 JSON 信息并不能始终保证其有效性，需要自己做容错处理。

第 3 步：执行函数
在第 2 步的示例代码其实已经包括 JSON 的解析以及函数的调用了，我们看一下 get_current_weather 这个函数的具体声明：

def get_current_weather(location, unit="fahrenheit"):
    """Get the current weather in a given location"""
    weather_info = {
        "location": location,
        "temperature": "72",
        "unit": unit,
        "forecast": ["sunny", "windy"],
    }
    return json.dumps(weather_info)

首先函数在调用时 location 时必传的，unit 有默认值可以不用传递。这里为了方便起见并没有真正的去请求天气的接口，而是写死了一个 mock 的数据。在自己的业务中，需要将其替换成自己的真实业务逻辑。

下一步就是需要将这里的执行数据上报给 OpenAI 进行进一步的整合了。

第 4 步：将结果上报给 OpenAI
这一步我们会将函数的执行结果上传给 OpenAI，需要注意的有：
对话的 messages 中需要包含上一步 OpenAI 返回的 function_call 信息；
上报结果的 role 为 function，并且还需要通过 name 属性告知对应的函数名；

详细的代码如下：

def chat_function_call():
    # 第 4 步: 将函数执行的结果上报给 GPT

    messages.append(response_message)  # extend conversation with assistant's reply
    messages.append(
        {
            "role": "function",
            "name": function_name,
            "content": function_response,
        }
    )  # extend conversation with function response
    second_response = openai.ChatCompletion.create(
        model="gpt-3.5-turbo-0613",
        messages=messages,
    )  # get a new response from GPT where it can see the function response
    return second_response

完整的的 curl 代码大致如下：

curl <https://api.openai.com/v1/chat/completions> -u :$OPENAI_API_KEY -H 'Content-Type: application/json' -d '{
  "model": "gpt-3.5-turbo-0613",
  "messages": [
    {"role": "user", "content": "What is the weather like in Boston?"},
    {"role": "assistant", "content": null, "function_call": {"name": "get_current_weather", "arguments": "{ \"location\": \"Boston, MA\"}"}},
    {"role": "function", "name": "get_current_weather", "content": "{\"temperature\": "22", \"unit\": \"celsius\", \"description\": \"Sunny\"}"}
  ],
  "functions": [
    {
      "name": "get_current_weather",
      "description": "Get the current weather in a given location",
      "parameters": {
        "type": "object",
        "properties": {
          "location": {
            "type": "string",
            "description": "The city and state, e.g. San Francisco, CA"
          },
          "unit": {
            "type": "string",
            "enum": ["celsius", "fahrenheit"]
          }
        },
        "required": ["location"]
      }
    }
  ]
}'

对应的返回结果如下：

{
  "id": "chatcmpl-123",
  ...
  "choices": [{
    "index": 0,
    "message": {
      "role": "assistant",
      "content": "The weather in Boston is currently sunny with a temperature of 22 degrees Celsius.",
    },
    "finish_reason": "stop"
  }]
}

解析上面的 message 中的 content 内容，就可以展示响应的信息给到用户了。

总结
Chat Completions 接口中新增的 Function Calling 功能可以很好解决 GPT 知识陈旧以及缺少手脚的问题，是对 GPT 能力的一次大升级。其主要流程为：
声明函数：定义当前函数的名称，描述，以及对应的参数信息，并请求对应的接口；
解析函数参数：接受对应的接口返回，并解析对应的函数参数信息；
执行函数：根据对应的参数信息调用本地函数；
上报结果：将本地函数执行的结果上报给 OpenAI 接口；

个人推测 Function Calling 是 ChatGPT Plugin 功能的底层实现技术支撑，有了这个功能 LLM 应用开发变得更加稳定可靠，同时也会有人基于这个这个技术开发出一套第三方的 GPT Plugin 商店；
除此之外，想必在 LLM 开发层也会有对应的动作：

LangChain 类似的工具会快速跟进支持（已经支持了）；
像 Google Bart 之类自研 LLM 的厂家会及时跟进开发类似的功能；
开源的 LLM 应该也会很快的推出基于 Function Calling 类似的微调方案，使开源的 LLM 也能装上“手脚”；

后面会基于 Function Calling 功能讲解更多的实际案例，欢迎关注。