《AIGC辅助软件开发》001-AI智能化编程助手：ChatGPT

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🚀前言

AI智能化编程是指利用人工智能技术和算法来辅助、优化编程的过程。通过深度学习、机器学习、自然语言处理（Natural Language Processing, NLP）等技术，使计算机能够理解指令并生成代码，从而提高编程效率和质量。

AI智能化编程的价值主要体现在以下几个方面：

1. 提高编程效率：AI能够自动完成重复性工作，减少编写和调试代码的时间。
2. 提高编程质量：AI通过学习和分析大量代码，提供代码改进建议，帮助避免常见错误和漏洞。
3. 降低学习门槛：AI可以为初学者提供自动补全、自动纠错等功能，帮助他们更快地入门编程。
4. 推动创新：AI可以生成新的代码和算法，帮助开发人员快速探索新的解决方案。

本章将对目前主要的AI智能化编程工具进行概述，并通过实战案例展示其应用。

🚀一、ChatGPT

ChatGPT是一种基于人工智能和自然语言处理技术的对话式编程助手，能够为开发者在编程过程中提供实质性的帮助，如优化代码等。它具备强大的学习和推理能力，能够理解开发者的需求并给出相应的解决方案。接下来，我们将介绍如何利用ChatGPT提高编程效率，并提供在Python编程语言中的实际应用案例。

🔎1.ChatGPT与GPT-4 介绍

GPT（Generative Pre-trained Transformer，生成式预训练Transformer模型） 是由OpenAI研究团队开发的一种基于Transformer架构的自然语言处理模型。GPT系列模型的发展经历了几个关键版本的演变，下面简要介绍其发展历程：

1. Transformer：在GPT之前，谷歌研究团队于2017年提出了Transformer这一新型深度学习架构。Transformer使用了自注意力（Self-Attention）机制和位置编码（Positional Encoding），摒弃了传统的循环神经网络（RNN）和卷积神经网络（CNN）结构。由于其并行计算能力和性能优势，Transformer成为NLP领域的重要基石。
2. GPT-1：2018年6月，OpenAI团队在Transformer的基础上提出了GPT模型。GPT采用了单向自回归语言模型（Unidirectional Autoregressive Language Model）进行预训练，拥有1.17亿个参数，预训练数据量为5GB。通过自左向右生成式地构建预训练任务，GPT-1成为一个通用的预训练模型，适用于下游任务的微调，可以生成连贯且语法正确的文本。GPT-1的出现引发了NLP领域的预训练模型热潮，并被认为是一种强大的迁移学习方法。然而，由于GPT-1的模型规模和数据量较小，GPT-2应运而生。
3. GPT-2：2019年2月，OpenAI发布了第二代GPT模型——GPT-2。GPT-2在模型参数、数据集规模和训练方法方面进行了扩展，拥有15亿个参数，预训练数据量为40GB。与GPT-1相比，GPT-2在多个NLP任务上表现出显著的性能提升。然而，因担心其可能被滥用，OpenAI最初未公开完整版的GPT-2模型。
4. GPT-3：2020年5月，OpenAI推出了第三代GPT模型——GPT-3。GPT-3拥有1750亿个参数，预训练数据量为45TB，包含更多的书籍、文章和网页内容。GPT-3在各种NLP任务上取得了令人瞩目的成绩，如文本生成、摘要、翻译和问答等。GPT-3的出现进一步推动了NLP领域的发展，引发了关于人工智能和自然语言处理的广泛讨论。
5. GPT-3.5：GPT-3.5是GPT-3的升级版，该模型通过海量数据训练，在语言理解、生成和推理等方面表现更为出色，能够完成更加复杂的NLP任务。它在多个领域发挥作用，如自动写作、内容生成和聊天机器人等。
6. InstructGPT：InstructGPT是GPT模型的一个变体，专用于执行特定任务。通过在预训练阶段引入指导性的指令，InstructGPT能够执行如编写代码和回答问题等特定任务。该模型通过引入人类反馈的强化学习（RLHF）等新的训练方式，提升了语言生成能力，并展现出思维链和逻辑推理等能力。InstructGPT采用三种训练方式：有监督微调（Supervised Fine-Tuning，SFT）、反馈变得更容易（Feedback Made Easy，FeedME）、以及基于PPO（Proximal Policy Optimization，近端策略优化）算法的从人类反馈中进行强化学习。相比传统GPT模型，InstructGPT在特定任务上表现更出色，但在生成自由文本方面可能稍逊一筹。
7. GPT-4：GPT-4能够生成、编辑并与用户一起完成创意和技术写作任务，如创作歌曲、编写剧本或学习用户的写作风格。GPT-4可以处理超过25000个词的文本，适用于长篇内容创作、延续性对话和文档搜索与分析等场景，实现了从大语言模型向多模态模型进化的第一步。GPT-4是严格意义上的多模态模型，支持图像和文字的同时输入，拓宽了语言模型的应用领域，如多模态人机交互、文档处理和机器人交互技术。在专业和学术领域，GPT-4表现出人类水平，其可接受的文字输入长度达到了32000字。与GPT-3.5相比，GPT-4在考试能力上表现卓越，司法考试排名前10%，SAT数学考试700分，生物奥林匹克竞赛排名前1%。

GPT-4是一个严格意义上的多模态模型，支持同时输入图像和文字信息。这项多模态技术扩展了语言模型的应用范围，涵盖了高价值领域，如多模态人机交互、文档处理和机器人交互。GPT-4在各种专业和学术领域的表现已达到人类水平，其可接受的文字输入长度达到了惊人的32,000字，而GPT-3.5仅能处理3,000字。

在考试能力方面，GPT-4在司法考试中排名前10%，SAT数学考试得分700分，以及在生物奥林匹克竞赛中排名前1%。相比之下，GPT-3.5在司法考试中排名倒数10%，SAT数学考试得分590分，生物奥林匹克竞赛排名前69%。

此外，GPT-4的编程能力极为强大，能够从根据指令编写代码到理解现有代码，处理编程挑战并应用于现实世界，从低级汇编到高级框架，从简单数据结构到复杂程序，几乎无所不能。它还可以推理代码的执行，模拟指令执行的效果，并检测和改进自己编写的代码。下图展示了GPT系列模型的发展历程。

🔎2.ChatGPT 在软件开发中的应用场景

🔎3.实践案例

假设你在编写一个Python程序时需要实现一个功能：读取一个CSV文件并计算每列的平均值。在这种情况下，你可以使用ChatGPT来提升编程效率。

🦋3.1 代码自动生成

首先，向 ChatGPT描述你的需求，其中，Prompt是“提示词”，即你向ChatGPT 提的问题。例如：

我需要一个Python 代码片段，读取一个CSV文件并计算每列的平均值，并给出CSV的参考数据。

下面是ChatGPT回答结果

验证结果

🦋3.2 代码优化

在编写代码过程中，如果需要优化代码，可以随时向ChatGPT提问。例如，你可以这样提问：

如何用pandas库来简化代码?

🦋3.3 学习新技能

在编写代码的过程中，如果遇到不熟悉的库或函数，可以如下面这样提问，ChatGPT会给出相应的解释，帮助你更好地了解和使用这个库。

pandas库的简介和主要功能是什么?

🦋3.4 Bug 修复

将这段代码输入ChatGPT中，寻求帮助。ChatGPT会分析代码，找出其中可能存在的问题。

🦋3.5 代码模板生成

ChatGPT 可以根据程序员的需求生成代码模板，例如创建一个新的项目结构、生成一组常用的函数库等。这可以帮助程序员快速启动新项目，节省时间。

假设程序员希望使用Python语言创建一个命令行工具，这个工具可以读取一个CSV文件，对数据进行处理并将结果输出到一个新的CSV文件中。例如：

如何具体实现呢?也可以向ChatGPT提问获得操作步骤。

🦋3.6 代码翻译

ChatGPT可以将一种编程语言的代码翻译成另一种编程语言的代码、帮助程序员更快地完成跨平台开发。例如，将一段Java代码翻译为Python语言的代码。

🦋3.7 问题解答

程序员在遇到问题时，可以向ChatGPT提问，获取解决方案。这可以帮助程序员更快地解决问题，提高工作效率。假设程序员在使用Python编程时遇到了一个问题：如何将一个字典按照值进行排序?提问如下：

如何使用 Python 对一个字典按照值进行排序?