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LangChain表达式语言 (LCEL)

先决条件

The LangChain Expression Language (LCEL) 采用声明式方法，从现有 Runnables 构建新的Runnables。

这意味着您描述的是应该发生什么，而不是如何发生，从而允许 LangChain 优化链的运行时执行。

我们通常将使用 LCEL 创建的 Runnable 称为“链”。重要的是要记住，“链”是 Runnable，并且它实现了完整的Runnable 接口。

注意
  • LCEL 速查表展示了涉及 Runnable 接口和 LCEL 表达式的常见模式。
  • 请参阅以下操作指南列表，它们涵盖了使用 LCEL 的常见任务。
  • 内置 Runnables 的列表可以在LangChain Core API 参考中找到。其中许多 Runnables 在使用 LCEL 组合 LangChain 中的自定义“链”时非常有用。

LCEL 的优势​

LangChain 以多种方式优化使用 LCEL 构建的链的运行时执行

  • 优化并行执行：使用 RunnableParallel 并行运行 Runnables，或者使用 Runnable 批处理 API 并行地通过给定链运行多个输入。并行执行可以显著减少延迟，因为处理可以并行完成而不是按顺序进行。
  • 保证异步支持：任何使用 LCEL 构建的链都可以使用 Runnable 异步 API 异步运行。这在服务器环境中运行链时非常有用，您希望并发处理大量请求。
  • 简化流式传输：LCEL 链可以进行流式传输，从而在链执行时允许增量输出。LangChain 可以优化输出的流式传输，以最大限度地减少首个令牌时间（从聊天模型或大型语言模型输出的第一个块出现所需的时间）。

其他优势包括

  • 无缝 LangSmith 追踪 随着您的链变得越来越复杂，了解每个步骤中到底发生了什么变得越来越重要。使用 LCEL，所有步骤都会自动记录到 LangSmith，以实现最大程度的可观察性和可调试性。
  • 标准 API：由于所有链都使用 Runnable 接口构建，因此它们可以像任何其他 Runnable 一样使用。
  • 可与 LangServe 部署：使用 LCEL 构建的链可以部署用于生产环境。

我应该使用 LCEL 吗？​

LCEL 是一个编排解决方案——它允许 LangChain 以优化的方式处理链的运行时执行。

虽然我们看到用户在生产环境中运行包含数百个步骤的链，但我们通常建议将 LCEL 用于更简单的编排任务。当应用程序需要复杂的状态管理、分支、循环或多个代理时，我们建议用户利用LangGraph。

在 LangGraph 中，用户定义图来指定应用程序的流程。这使得用户可以在需要 LCEL 时在单个节点内继续使用 LCEL，同时更容易定义更具可读性和可维护性的复杂编排逻辑。

以下是一些指南

  • 如果您只进行一次 LLM 调用，则不需要 LCEL；而是直接调用底层的聊天模型。
  • 如果您有一个简单的链（例如，提示 + llm + 解析器，简单的检索设置等），如果您正在利用 LCEL 的优势，那么 LCEL 是一个合理的选择。
  • 如果您正在构建一个复杂的链（例如，具有分支、循环、多个代理等），请改用LangGraph。请记住，您始终可以在 LangGraph 中的单个节点内使用 LCEL。

组合原语​

LCEL 链是通过将现有 Runnables 组合在一起构建的。两个主要的组合原语是 RunnableSequence 和 RunnableParallel。

许多其他组合原语（例如，RunnableAssign）可以被认为是这两种原语的变体。

注意

您可以在LangChain Core API 参考中找到所有组合原语的列表。

RunnableSequence​

RunnableSequence 是一个组合原语，它允许您按顺序“链接”多个 runnable，其中一个 runnable 的输出作为下一个 runnable 的输入。

from langchain_core.runnables import RunnableSequence
chain = RunnableSequence([runnable1, runnable2])
API 参考:RunnableSequence

使用某些输入调用 chain

final_output = chain.invoke(some_input)

对应于以下内容

output1 = runnable1.invoke(some_input)
final_output = runnable2.invoke(output1)
注意

runnable1 和 runnable2 是您想要链式连接的任何 Runnable 的占位符。

RunnableParallel​

RunnableParallel 是一个组合原语，它允许您并发运行多个 runnable，并为每个 runnable 提供相同的输入。

from langchain_core.runnables import RunnableParallel
chain = RunnableParallel({
    "key1": runnable1,
    "key2": runnable2,
})
API 参考:RunnableParallel

使用某些输入调用 chain

final_output = chain.invoke(some_input)

将产生一个 final_output 字典，其键与输入字典相同，但值替换为相应 runnable 的输出。

{
    "key1": runnable1.invoke(some_input),
    "key2": runnable2.invoke(some_input),
}

请记住，runnable 是并行执行的，因此虽然结果与上面所示的字典推导式相同，但执行时间要快得多。

注意

RunnableParallel支持同步和异步执行（所有 Runnables 都支持）。

  • 对于同步执行，RunnableParallel 使用 ThreadPoolExecutor 并发运行 runnable。
  • 对于异步执行，RunnableParallel 使用 asyncio.gather 并发运行 runnable。

组合语法​

RunnableSequence 和 RunnableParallel 的用法非常常见，因此我们创建了它们的简写语法。这有助于使代码更具可读性和简洁性。

| 运算符​

我们重载了 | 运算符，以从两个 Runnables 创建一个 RunnableSequence。

chain = runnable1 | runnable2

等同于

chain = RunnableSequence([runnable1, runnable2])

.pipe 方法​

如果您对运算符重载有道德上的顾虑，您可以改用 .pipe 方法。这等同于 | 运算符。

chain = runnable1.pipe(runnable2)

强制转换​

LCEL 应用自动类型强制转换，以简化链的组合。

如果您不理解类型强制转换，您可以直接使用 RunnableSequence 和 RunnableParallel 类。

这将使代码更冗长，但也会使其更明确。

字典到 RunnableParallel​

在 LCEL 表达式中，字典会自动转换为 RunnableParallel。

例如，以下代码

mapping = {
    "key1": runnable1,
    "key2": runnable2,
}

chain = mapping | runnable3

它会自动转换为以下内容

chain = RunnableSequence([RunnableParallel(mapping), runnable3])
注意

您必须小心，因为 mapping 字典不是一个 RunnableParallel 对象，它只是一个字典。这意味着以下代码将引发 AttributeError

mapping.invoke(some_input)

函数到 RunnableLambda​

在 LCEL 表达式中，函数会自动转换为 RunnableLambda。

def some_func(x):
    return x

chain = some_func | runnable1

它会自动转换为以下内容

chain = RunnableSequence([RunnableLambda(some_func), runnable1])
注意

您必须小心，因为 lambda 函数不是一个 RunnableLambda 对象，它只是一个函数。这意味着以下代码将引发 AttributeError

lambda x: x + 1.invoke(some_input)

传统链​

LCEL 旨在提供行为和自定义方面的连贯性，以取代旧的子类化链，例如 LLMChain 和 ConversationalRetrievalChain。许多这些传统链隐藏了诸如提示之类的关键细节，并且随着各种可行模型的出现，自定义变得越来越重要。

如果您目前正在使用这些传统链之一，请参阅本指南以获取迁移指导。

有关如何使用 LCEL 执行特定任务的指南，请查看相关的操作指南。