别再盲目套用缓冲记忆了!你的LLM应用该用哪种记忆模式?

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大多数的LLM应用程序都会有一个会话接口,允许我们和LLM进行多轮对话,并有一定的上下文记忆功能。但实际上,模型本身时不会记忆任何上下文的,只能依靠用户本身的输入去产生输出。而实现这个记忆功能,就需要额外的模块去保存我们和模型对话的上下文信息,然后在下一次请求时,把所有的历史信息都输入给模型,让模型输出结果。

所以为LLM添加记忆其实非常简单,就是在Prompt中预留chat_history占位符,将Human/Ai 的历史对话信息插入到占位符中,并且实时保存Human/Ai的对话信息,在每一次对话时插入到预留占位符即可完成最简单的记忆功能。

流程如下:

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常见记忆模式

基于在Prompt中插入记忆内容,可以划分成几种记忆模式,例如: 缓冲记忆、缓冲窗口记忆、令牌缓冲记忆、摘要总结记忆、摘要缓冲混合记忆、实体记忆、向量存储库记忆等,不同的记忆模式有不同的适用场景。

1、缓冲记忆

最基础的记忆模式,将所有Human/Ai生成的消息全部存储起来,每次需要使用时将保存的所有聊天消息列表传递到Prompt中,通过往用户的输入中添加历史对话信息/记忆,可以让LLM能理解之前的对话内容,而且这种记忆方式在上下文窗口限制内是无损的。

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优点:

  • 无损记忆,用户输入什么内容都会被记忆;
  • 实现方式简单,兼容性最好,所有大模型都支持。

缺点:

  • 直接将存储的所有内容给LLM,因为大量信息意味着新输入中包含更多的Token,导致响应时间变慢和成本增加。
  • 当达到LLM的令牌数限制时,太长的对话无法被记住。
  • 记忆内容不是无限的,对于上下文长度较小的模型来说,记忆内容会变得极短。

2、缓冲窗口记忆

缓冲窗口记忆只保存最近的几次Human/Ai生成的消息,它基于缓冲记忆思想,并添加了一个窗口值k,这意味着只保留一定数量的过去互动,然后”忘记"之前的互动。

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优点:

  • 缓冲窗口记忆在限制使用的Token数量表现优异。
  • 对小模型也比较友好,不提问比较远的关联内容,一般效果最佳。
  • 实现方式简单,性能优异,所有大模型都支持。

缺点:

  • 缓冲窗口记忆不适合遥远的互动,会忘记之前的“互动”。
  • 部分对话内容长度较大,容易超过LLM的上下文限制。

3、令牌缓冲记忆

缓冲窗口记忆只保存限定次数Human/Ai生成的消息,它基于缓冲记忆思想,并添加了一个令牌数max_tokens,当聊天历史超过令牌数时,会遗忘之前的互动。

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优点:

  • 可以基于大语言模型的上下文长度限制分配记忆长度。
  • 对小模型也比较友好,不提问比较远的关联内容,一般效果最佳。
  • 实现方式简单,性能优异,所有大模型都支持。

缺点:

  • 令牌缓冲记忆不适合遥远的互动,会忘记之前的“互动”。

4、摘要总结记忆

除了将消息传递给LLM,还可以将消息进行总结,每次只传递总结的信息,而不是完整的消息。这种模式记忆对于较长的对话最有用,可以避免过度使用Token,因为将过去的信息历史以原文的形式保留在提示中会占用太多的Token。

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优点:

  • 无论是长期还是短期的互动都可以记忆(模糊记忆).
  • 减少长对话中使用Token的数量,能记忆更多轮的对话信息。
  • 长对话时效果明显,虽然最初使用Token数量较多,随着对话进行,摘要方法增长速度减慢,与常规缓冲内存模型相比具有优势。

缺点:

  • 虽然能同时记住近期和长远的互动内容,但是记忆的细节部分会丢失;
  • 对于较短的对话可能会增加Token使用量。
  • 对话历史的记忆完全依赖于中间摘要LLM的能力,需要为摘要LLM分配Token,增加成本且未限制对话长度。

5、摘要缓冲混合记忆

摘要缓冲混合记忆结合了摘要总结记忆与级冲窗口记忆,它旨在对对话进行摘要总结,同时保留最近互动中的原始内容,但不是简单地清除旧的交互,而是将它们编译成摘要并同时使用,并且使用标记长度而不是交互数量来确定何时清除交互。

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优点:

  • 无论是长期还是短期的互动都可以记忆,长期为模糊记忆,短期为精准记忆。
  • 减少长对话中使用Token的数量,能记忆更多轮的对话信息。

缺点:

  • 长期互动的内容仍然为模糊记忆。
  • 总结摘要部分完全依赖于中间摘要LLM的能力,需要为摘要LLM分配Token,增加成本且未限制对话长度。

6、向量数据库记忆

将记忆存储在向量存储中,并在每次调用时查询前K个最匹配的文档。这类记忆模式能记住所有内容,在细节部分比摘要总结要强,但是 比缓冲记忆弱,消耗Token方面相对平衡。

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优点:

  • 拥有比摘要总结更强的细节,比缓冲记忆能记忆更多的内容,甚至无限长度的内容;
  • 消耗的Token也相对平衡;

缺点:

  • 性能相比其他模式相对较差,需要额外的Embedding+向量数据库支持。
  • 记忆效果受检索功能的影响,好的非常好,差的非常差。