什么是 Transformer?
Transformer 是 2017 年 Google 提出的神经网络架构,完全基于注意力机制,是现代 LLM 的基础。
核心创新
自注意力代码
import torch, math
class MultiHeadAttention(nn.Module):
def __init__(self, d_model, num_heads):
super().__init__()
self.d_model, self.num_heads = d_model, num_heads
self.head_dim = d_model // num_heads
self.W_q = nn.Linear(d_model, d_model)
self.W_k = nn.Linear(d_model, d_model)
self.W_v = nn.Linear(d_model, d_model)
self.W_o = nn.Linear(d_model, d_model)
def forward(self, Q, K, V, mask=None):
bs = Q.size(0)
Q = self.W_q(Q).view(bs, -1, self.num_heads, self.head_dim).transpose(1, 2)
K = self.W_k(K).view(bs, -1, self.num_heads, self.head_dim).transpose(1, 2)
V = self.W_v(V).view(bs, -1, self.num_heads, self.head_dim).transpose(1, 2)
scores = torch.matmul(Q, K.transpose(-2,-1)) / math.sqrt(self.head_dim)
if mask: scores = scores.masked_fill(mask == 0, -1e9)
attn = torch.softmax(scores, dim=-1)
context = torch.matmul(attn, V)
context = context.transpose(1,2).contiguous().view(bs, -1, self.d_model)
return self.W_o(context)为什么成功?
- 可并行化训练
- 长距离依赖直接建模
- 高度可扩展
- 通用性强
Claude Code 生成
什么是 Tool Use
Tool Use(工具使用)是大语言模型调用外部函数或 API 来扩展其能力的技术。它使 AI 能够搜索网络、执行代码、查询数据库等,大大扩展了纯语言模型的能力边界。
大语言模型虽然强大,但本身存在固有局限:训练数据有截止日期,无法获取实时信息;数学计算能力有限;无法直接访问外部系统。Tool Use 通过让模型调用外部工具,有效解决了这些问题。
1. Tool Use 的工作原理
Tool Use 的核心是让模型学习在何时、如何调用外部工具。整个过程涉及三个关键步骤:识别需求、构造请求、处理结果。
Tool Use 工作流程:
1. 识别需求:模型分析用户请求,判断是否需要工具
2. 构造请求:模型选择合适的工具,构建正确的参数
3. 执行调用:工具返回结果(对用户透明)
4. 处理结果:模型解读工具返回,继续对话或再次调用
2. 工具类型
AI 可以调用的工具类型非常广泛,涵盖信息获取、数据处理、系统操作等多个领域。
常见工具类型:
搜索工具:网络搜索、学术论文搜索、知识库查询
计算工具:数学计算、代码执行、数据分析
API 工具:调用第三方服务(天气、地图、股票等)
文件工具:读取文件、写入文件、目录操作
数据库工具:数据库查询、数据更新
浏览器工具:网页浏览、页面内容提取
3. Claude Tool Use 详解
Claude 提供了结构化的 Tool Use 接口,支持 JSON Schema 格式的工具定义。
// Claude Tool Use 工具定义示例
{
name: "search_web",
description: "在网络上搜索信息",
input_schema: {
type: "object",
properties: {
query: {
type: "string",
description: "搜索查询关键词"
},
num_results: {
type: "integer",
description: "返回结果数量",
minimum: 1,
maximum: 10,
default: 5
}
},
required: ["query"]
}
}
// Claude 的响应格式
{
tool_use: {
id: "tool_123",
name: "search_web",
input: {
query: "最新 AI 新闻",
num_results: 5
}
}
}4. 工具描述的重要性
工具描述(Tool Description)是模型理解和使用工具的关键。好的描述应该清晰说明工具的用途、参数和返回值,帮助模型做出正确的调用决策。
优秀工具描述的要素:
1. 功能描述:工具能做什么(简洁准确)
2. 参数说明:每个参数的含义、类型、是否必填
3. 返回格式:返回值的结构和使用方式
4. 使用示例:典型用法的示例代码
5. 注意事项:使用限制和潜在问题
5. Tool Use 的应用场景
Tool Use 在实际应用中有着广泛的用途,以下是几个典型场景:
典型应用场景:
1. 实时信息查询:搜索最新新闻、天气、股价等
2. 代码开发:执行代码、调试程序、运行测试
3. 数据分析:查询数据库、生成报表、可视化
4. 自动化任务:发送邮件、管理日历、操作文件
5. 知识增强:检索私有文档、查询知识库
6. 系统集成:调用企业 API、控制 IoT 设备
6. Tool Use vs MCP
Tool Use 和 MCP 都是关于 AI 使用外部工具的技术,但定位不同。MCP 是一个标准协议,定义了工具描述和调用的规范;Tool Use 是更广泛的概念,包括 AI 如何决定使用工具以及如何使用工具。
Tool Use vs MCP:
Tool Use(概念):
- AI 如何决定使用工具
- 如何构造调用参数
- 如何处理返回结果
MCP(协议):
- 工具描述的标准格式
- 工具调用的通信协议
- 安全和权限控制机制
关系:MCP 为 Tool Use 提供了标准化的实现方式
7. Tool Use 的最佳实践
设计和使用 Tool Use 时,应遵循以下最佳实践:
最佳实践建议:
1. 粒度适中:工具功能不宜过于复杂或过于简单
2. 错误处理:工具应返回清晰的错误信息
3. 权限控制:限制危险操作,实施安全检查
4. 成本优化:避免不必要的调用,减少 API 开支
5. 透明性:让用户知道何时调用了工具
6. 可观测性:记录调用日志,便于调试分析
8. Tool Use 的挑战与局限
尽管 Tool Use 强大,但也面临一些挑战:
主要挑战:
1. 幻觉问题:模型可能构造错误的参数或误解返回结果
2. 循环调用:模型可能陷入反复调用同一工具的模式
3. 安全风险:恶意工具可能导致数据泄露或系统破坏
4. 延迟问题:外部调用增加响应时间
5. 依赖问题:外部服务不可用时功能受限
9. Tool Use 的未来发展
Tool Use 正在快速发展,未来趋势包括:更智能的工具选择、更强的多工具协同、更完善的安全机制,以及 MCP 等标准化协议的普及。
总结
Tool Use 是让大语言模型调用外部工具的技术,扩展了 AI 的能力边界。它涉及工具识别、调用构造和结果处理等关键步骤。通过搜索、计算、API 调用等工具,AI 能够获取实时信息、执行复杂任务、访问外部系统。Tool Use 与 MCP 相辅相成,共同构成了现代 AI 应用的基础能力。
声明:本文由 AI 生成,可能存在错误或不准确之处。
最后更新:2026-01-29