# ReAct Prompting

import { Callout, FileTree } from 'nextra-theme-docs'
import {Screenshot} from 'components/screenshot'
import REACT from '../../img/react.png'
import REACT1 from '../../img/react/table1.png'
import REACT2 from '../../img/react/alfworld.png'

[Yao и др., 2022](https://arxiv.org/abs/2210.03629) представили фреймворк под названием ReAct, в котором использовались LLM для генерации *следов рассуждений* и *задачно-специфичных действий* в интерактивной манере.

Генерация следов рассуждений позволяет модели создавать, отслеживать и обновлять планы действий, а также обрабатывать исключительные ситуации. Действия позволяют взаимодействовать с внешними источниками информации, такими как базы знаний или окружения.

Фреймворк ReAct позволяет LLM взаимодействовать с внешними инструментами для получения дополнительной информации, что приводит к более надежным и фактическим ответам.

Результаты показывают, что ReAct может превзойти несколько современных базовых решений в языковых задачах и задачах на принятия решений. ReAct также приводит к улучшенной человеко-интерпретируемости и надежности LLM. В целом авторы обнаружили, что наилучшим подходом является использование ReAct в сочетании с цепочкой мыслей (CoT), что позволяет использовать как внутренние знания, так и внешнюю информацию, полученную в процессе рассуждения.

## Как это работает?

ReAct вдохновлен взаимодействием между "действием" и "рассуждением", которое позволяет людям изучать новые задачи и принимать решения или рассуждать.

Промптинг цепочкой мыслей (CoT) продемонстрировал возможности LLM для проведения следов рассуждений и генерации ответов на вопросы, включающих арифметическое и общезначимое рассуждение, среди других задач [(Wei и др., 2022)](https://arxiv.org/abs/2201.11903). Однако его ограниченный доступ к внешнему миру или невозможность обновления знаний могут приводить к проблемам, таким как выдумывание фактов и распространение ошибок.

ReAct - это общая парадигма, объединяющая рассуждение и действие с помощью LLM. ReAct побуждает LLM генерировать вербальные следы рассуждений и действий для задачи. Это позволяет системе выполнять динамическое рассуждение для создания, поддержки и корректировки планов действий, а также обеспечивает взаимодействие с внешними средами (например, Википедия), чтобы включить дополнительную информацию в рассуждение. На приведенной ниже схеме показан пример ReAct и различные шаги, необходимые для выполнения вопросно-ответной задачи.

<Screenshot src={REACT} alt="REACT" />
Источник изображения: [Yao и др., 2022](https://arxiv.org/abs/2210.03629)

В приведенном выше примере мы передаем подобный вопрос, взятый из [HotpotQA](https://hotpotqa.github.io/):

```
Aside from the Apple Remote, what other devices can control the program Apple Remote was originally designed to interact with?
```

Обратите внимание, что для простоты мы не включаем примеры контекста. Мы видим, что модель генерирует *траектории решения задач* (Мысли, Действия). Обозначение Obs соответствует наблюдениям из взаимодействующей среды (например, поисковой системы). По сути, ReAct может извлекать информацию для поддержки рассуждений, а рассуждение помогает определить, что следует извлекать далее.

## ReAct Prompting
Чтобы продемонстрировать, как работает промптинг ReAct, давайте рассмотрим пример из статьи.

Первый шаг - выбрать случаи из обучающего набора (например, HotPotQA) и составить траектории в формате ReAct. Они используются как экземпляры с малым количеством примеров в промптах. Траектории состоят из нескольких шагов мысли-действия-наблюдения, как показано на схеме выше. Свободные формы мыслей используются для выполнения различных задач, таких как разложение вопросов, извлечение информации, выполнение общезначимого/арифметического рассуждения, формулировка поискового запроса и синтез окончательного ответа.

Вот пример траекторий ReAct-промпта (полученный из статьи и сокращенный до одного примера для простоты):

```
Question What is the elevation range for the area that the eastern sector of the
Colorado orogeny extends into?
Thought 1 I need to search Colorado orogeny, find the area that the eastern sector
of the Colorado orogeny extends into, then find the elevation range of the
area.
Action 1 Search[Colorado orogeny]
Observation 1 The Colorado orogeny was an episode of mountain building (an orogeny) in
Colorado and surrounding areas.
Thought 2 It does not mention the eastern sector. So I need to look up eastern
sector.
Action 2 Lookup[eastern sector]
Observation 2 (Result 1 / 1) The eastern sector extends into the High Plains and is called
the Central Plains orogeny.
Thought 3 The eastern sector of Colorado orogeny extends into the High Plains. So I
need to search High Plains and find its elevation range.
Action 3 Search[High Plains]
Observation 3 High Plains refers to one of two distinct land regions
Thought 4 I need to instead search High Plains (United States).
Action 4 Search[High Plains (United States)]
Observation 4 The High Plains are a subregion of the Great Plains. From east to west, the
High Plains rise in elevation from around 1,800 to 7,000 ft (550 to 2,130
m).[3]
Thought 5 High Plains rise in elevation from around 1,800 to 7,000 ft, so the answer
is 1,800 to 7,000 ft.
Action 5 Finish[1,800 to 7,000 ft]
...
```

Обратите внимание, что для разных типов задач используются разные промпт-установки. Для задач, в которых рассуждение является основной задачей (например, HotpotQA), для траектории решения задачи используются несколько шагов мысли-действия-наблюдения. Для задач принятия решений, включающих множество шагов действия, мысли используются редко.

## Результаты на задачах, требующих знаний

В статье сначала оцениваются результаты ReAct на задачах рассуждения, требующих знаний, таких как вопросно-ответная система (HotPotQA) и проверка фактов ([Fever](https://fever.ai/resources.html)). В качестве базовой модели для промптинга используется PaLM-540B.

<Screenshot src={REACT1} alt="REACT1" />
Источник изображения: [Yao и др., 2022](https://arxiv.org/abs/2210.03629)

Результаты промптинга на HotPotQA и Fever с использованием разных методов промптинга показывают, что ReAct в целом работает лучше, чем только действие (Act) в обеих задачах.

Можно также заметить, что ReAct превосходит CoT на задаче Fever, но уступает CoT на HotpotQA. Подробный анализ ошибок представлен в статье. В кратком виде:

- CoT страдает от выдумывания фактов
- Структурное ограничение ReAct уменьшает его гибкость в формулировке рассуждений
- ReAct сильно зависит от получаемой информации; неинформативные результаты поиска сбивают модель с рассуждения и затрудняют восстановление и переформулировку мыслей

Методы промптинга, которые комбинируют и поддерживают переключение между ReAct и CoT+Self-Consistency, в целом показывают лучшие результаты по сравнению с другими методами промптинга.

## Результаты на задачах принятия решений

Статья также представляет результаты, демонстрирующие производительность ReAct на задачах принятия решений. ReAct оценивается на двух бенчмарках, называемых [ALFWorld](https://alfworld.github.io/) (текстовая игра) и [WebShop](https://webshop-pnlp.github.io/) (среда онлайн-шопинга). Оба они включают сложные среды, требующие рассуждения для эффективного действия и исследования.

Обратите внимание, что промпты ReAct разработаны по-разному для этих задач, сохраняя ту же основную идею объединения рассуждения и действия. Вот пример проблемы ALFWorld, включающей промпт ReAct.

<Screenshot src={REACT2} alt="REACT2" />
Источник изображения: [Yao и др., 2022](https://arxiv.org/abs/2210.03629)

ReAct превосходит Act как на ALFWorld, так и на Webshop. Act, без мыслей, не может правильно разложить цели на подцели. Рассуждение оказывается выгодным для этих типов задач, но текущие методы промптинга все еще значительно отстают от профессиональных людей в выполнении этих задач.

Для получения более подробных результатов рекомендуется обратиться к статье.

## Использование ReAct в LangChain

Ниже приведен пример того, как подход промптинга ReAct работает на практике. Мы будем использовать OpenAI для LLM и [LangChain](https://python.langchain.com/en/latest/index.html), так как в нем уже есть встроенные функции, которые используют фреймворк ReAct для создания агентов, выполняющих задачи, объединяя мощность LLM и различных инструментов.

Сначала установим и импортируем необходимые библиотеки:

``` python
%%capture
# update or install the necessary libraries
!pip install --upgrade openai
!pip install --upgrade langchain
!pip install --upgrade python-dotenv
!pip install google-search-results

# import libraries
import openai
import os
from langchain.llms import OpenAI
from langchain.agents import load_tools
from langchain.agents import initialize_agent
from dotenv import load_dotenv
load_dotenv()

# load API keys; you will need to obtain these if you haven't yet
os.environ["OPENAI_API_KEY"] = os.getenv("OPENAI_API_KEY")
os.environ["SERPAPI_API_KEY"] = os.getenv("SERPAPI_API_KEY")

```

Теперь мы можем настроить LLM, инструменты, которые мы будем использовать, и агента, который позволяет нам использовать фреймворк ReAct вместе с LLM и инструментами. Обратите внимание, что мы используем API поиска для поиска внешней информации и LLM в качестве математического инструмента.

``` python
llm = OpenAI(model_name="text-davinci-003" ,temperature=0)
tools = load_tools(["serpapi", "llm-math"], llm=llm)
agent = initialize_agent(tools, llm, agent="zero-shot-react-description", verbose=True)
```

После настройки мы можем запустить агента с желаемым запросом/промптом. Обратите внимание, что здесь не требуется предоставлять экземпляры с малым количеством примеров, как объясняется в статье.

``` python
agent.run("Who is Olivia Wilde's boyfriend? What is his current age raised to the 0.23 power?")
```

Цепочка выполнения выглядит следующим образом:

``` yaml
> Entering new AgentExecutor chain...
 I need to find out who Olivia Wilde's boyfriend is and then calculate his age raised to the 0.23 power.
Action: Search
Action Input: "Olivia Wilde boyfriend"
Observation: Olivia Wilde started dating Harry Styles after ending her years-long engagement to Jason Sudeikis — see their relationship timeline.
Thought: I need to find out Harry Styles' age.
Action: Search
Action Input: "Harry Styles age"
Observation: 29 years
Thought: I need to calculate 29 raised to the 0.23 power.
Action: Calculator
Action Input: 29^0.23
Observation: Answer: 2.169459462491557

Thought: I now know the final answer.
Final Answer: Harry Styles, Olivia Wilde's boyfriend, is 29 years old and his age raised to the 0.23 power is 2.169459462491557.

> Finished chain.
```

Полученный вывод выглядит следующим образом:

```
"Harry Styles, Olivia Wilde's boyfriend, is 29 years old and his age raised to the 0.23 power is 2.169459462491557."
```

Мы адаптировали пример из [документации LangChain](https://python.langchain.com/en/latest/modules/agents/getting_started.html), поэтому заслуги принадлежат им. Мы рекомендуем исследовать различные комбинации инструментов и задач.

Вы можете найти ноутбук для этого кода здесь: https://github.com/dair-ai/Prompt-Engineering-Guide/blob/main/notebooks/react.ipynb