Semantic Kernel 入门系列：Kernel 内核和Skills 技能

理解了LLM的作用之后，如何才能构造出与LLM相结合的应用程序呢？

首先我们需要把LLM AI的能力和原生代码的能力区分开来，在Semantic Kernel（以下简称SK），LLM的能力称为 semantic function ，代码的能力称为 native function，两者平等的称之为function（功能），一组功能构成一个技能（skill）。SK的基本能力均是由skill构成。

有了一堆skill之后并不能直接执行，需要有一个配置和管理的单元，就像是MVC 需要ASP.NET框架一样，Skill也需要有一个Kernel进行组织管理。

Kernel 除了组织管理Skill，还兼顾了基础服务的配置，例如OpenAI/Azure OpenAI的授权信息，默认的LLM模型选择等等。另外当涉及到上下文的管理，技能参数的传递时，Kernel也能发挥重要的作用。

接下来我们就以开始着手上手SK应用开发的学习。

准备阶段

1. 首先准备一个应用环境，Console 可以，ASP.NET 也可以，Notebooks 也可以。使用Notebooks的话推荐参考官方的Notebooks合集和Uncle John's Semantic Kernel Recipes。

2. 应用环境准备好之后，和所有的.Net 库一样，接下来就是安装SK的nuget 包。由于是一个较新的包，所以更新变化会比较快。

dotnet add package Microsoft.SemanticKernel --prerelease

1. 接下来进行应用内的准备工作，首先创建一个 kernel;

using Microsoft.SemanticKernel;
var kernel = Kernel.Builder.Build();

1. 然后配置基础模型，基础模型目前有四个：

   由于Azure OpenAI提供了和Open AI相同的能力，所以以上的模型配置可以选择OpenAI的接口，也可以选择Azure OpenAI的接口，根据自己有哪个选哪个的原则使用。

   当然以上模型也提供了基本的接口定义，如果有自己的LLM AI接口的话，也可以自行实现相关接口，然后使用。

   这里以OpenAI的接口为例，继续进行学习。

• TextCompletion，最常用的GPT-3的模型，常用于文本生成

• ChatCompetion，GPT3.5模型，也就是所谓的ChatGPT的模型，基本就用于聊天功能

• EmbeddingGeneration，嵌入模型，这个将用于Memory的生成和搜索，在后期能力扩展时将会有极大的用途

• ImageGeneration，图形模型，也就是DALL-E模型，用于图片的生成

// 简单的技能任务使用TextCompletion即可
// 1. ServiceId 用于指定当前模型的配置，相同的模型不能有重复的ServiceId配置
// 2. modelId 指定TextCompetion所使用的LLM 模型，目前基本为 text-davinci-003
// 3. apikey OpenAI 接口调用需要使用的APIkey
kernel.Config.AddOpenAITextCompletionService("ServiceId","text-davinci-003",Environment.GetEnvironmentVariable("OPENAI_API_KEY"));

Semantic Function

1. 注册一个Semantic Function

using Microsoft.SemanticKernel.SemanticFunctions;
 
 
// ⚠️ Semantic Function的核心就是prompt⚠️ 
// 这里偷懒，使用Semantic Kernel官方样例库里面的的Summary Skill
var prompt =
"""
[SUMMARIZATION RULES]
DONT WASTE WORDS
USE SHORT, CLEAR, COMPLETE SENTENCES.
DO NOT USE BULLET POINTS OR DASHES.
USE ACTIVE VOICE.
MAXIMIZE DETAIL, MEANING
FOCUS ON THE CONTENT
[BANNED PHRASES]
This article
This document
This page
This material
[END LIST]
Summarize:
Hello how are you?
+++++
Hello
Summarize this
{{$input}}
+++++
""";
// 使用扩展方法在Kernel上注册一个SemanticFunction 
// prompt 是Semantic Function的核心，如何设计一个好的prompt是成功构建Semantic Function的关键所在，也是未来LLM AI 应用中的重要内容
// PromptTemplateConfig 用于配置prompt 模板的相关参数
// functionName 是自定义的功能名称[可选]
// skillName 是自定义的技能名称[可选]
var summaryFunction = kernel.CreateSemanticFunction(prompt,new PromptTemplateConfig());

可以注意到的是在prompt中，有一个变量参数 {{$input}},这是SK的默认输入参数，用于注入需要处理的用户输入，这样的格式用于预防Prompt Injection，这就是另外一个话题了。

1. 执行Function

// 定义需要处理的输入
var input = "Multi-modal interfaces are becoming increasingly popular for app developers. These interfaces allow users to interact with apps in a variety of ways by combining different modes of input and output, such as voice, touch, and visuals, to create a more interactive and engaging user experience. In this blog we will overview how you can use Semantic Kernel with a multi-modal example.  ";
// 通过 Kernel 运行 function 
var resultContext = await kernel.RunAsync(input,summaryFunction);
// 输出结果
resultContext.Result.Dump();
// output 
// Multi-modal interfaces are becoming increasingly popular for app developers, combining different modes of input and output such as voice, touch, and visuals to create a more interactive and engaging user experience. Semantic Kernel can be used to create a multi-modal example.

以上就完成了一个简单的Semantic Function的使用。

好的，我们继续。

Native Function

1. 声明一个Native Skill

using Microsoft.SemanticKernel.SkillDefinition;
// 这里偷懒，使用Semantic Kernel CoreSkills中的 TextSkill
public class TextSkill {
	[SKFunction("Convert a string to uppercase.")]
	public string Uppercase(string text)
	{
		return text.ToUpper(System.Globalization.CultureInfo.CurrentCulture);
	}
}

这里只需要对方法添加一个SKFunction的注释，就可以转变为一个SK的Native Function。

1. 注册Native Skill

// skillInstance 就是Native Skill的实例
// skillName 自定义的技能名称 [可选]
var textSkill = kernel.ImportSkill(new TextSkill(),nameof(TextSkill));

这里使用到的是一个Import，意味着导入了SkillInstance中所有的定义SKFunction。而Semantic Skill 也有一个对应的Import方法ImportSemanticSkillFromDirectory，可以从一个文件夹中导入所有技能。

1. 执行Function

// 注册Native Function 如何没有指定 SKFunctionName的话，都会是用方法声明的名称，使用nameof这种偷懒方法可以方便得从Skill集合中获取对应的Function
var uppercaseFunction = textSkill[nameof(TextSkill.Uppercase)];
// 通过 Kernel 运行 function
var nativeResultContext = await kernel.RunAsync(input,uppercaseFunction);
// 输出结果
nativeResultContext.Result.Dump();
// output：
// MULTI-MODAL INTERFACES ARE BECOMING INCREASINGLY POPULAR FOR APP DEVELOPERS. THESE INTERFACES ALLOW USERS TO INTERACT WITH APPS IN A VARIETY OF WAYS BY COMBINING DIFFERENT MODES OF INPUT AND OUTPUT, SUCH AS VOICE, TOUCH, AND VISUALS, TO CREATE A MORE INTERACTIVE AND ENGAGING USER EXPERIENCE. IN THIS BLOG WE WILL OVERVIEW HOW YOU CAN USE SEMANTIC KERNEL WITH A MULTI-MODAL EXAMPLE.

以上就完成了一个简单的Native Function的使用。

链式调用

当完成了以上Skill和Function的准备之后，就可以想办法将多个Skill串联起来使用了，就像是命令行中的管道，函数式编程中的管道一样。

// kernel.RunAsync 本身就支持多个Function参数，并按照顺序依次执行
var upperSummeryContext = await kernel.RunAsync(input, summaryFunction,uppercaseFunction);
//  输出结果
upperSummeryContext.Result.Dump();
 
 
// output:
// MULTI-MODAL INTERFACES ARE BECOMING INCREASINGLY POPULAR FOR APP DEVELOPERS, COMBINING DIFFERENT MODES OF INPUT AND OUTPUT SUCH AS VOICE, TOUCH, AND VISUALS TO CREATE A MORE INTERACTIVE AND ENGAGING USER EXPERIENCE. SEMANTIC KERNEL CAN BE USED TO CREATE A MULTI-MODAL EXAMPLE.

至此，一个简单的结合了LLM AI能力和原生代码能力的应用就构建成功了。

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参考资料：

1. Concepts Overview for Semantic Kernel | Microsoft Learn: https://learn.microsoft.com/en-us/semantic-kernel/concepts-sk/

2. Kernel in Semantic Kernel | Microsoft Learn:https://learn.microsoft.com/en-us/semantic-kernel/concepts-sk/kernel

3. Skills in Semantic Kernel | Microsoft Learn:https://learn.microsoft.com/en-us/semantic-kernel/concepts-sk/skills

4. How to write semantic skills in Semantic Kernel | Microsoft Learn: https://learn.microsoft.com/en-us/semantic-kernel/howto/semanticfunctions

5. How to write native skills in Semantic Kernel | Microsoft Learn: https://learn.microsoft.com/en-us/semantic-kernel/howto/nativefunctions

6. SK-Recipes:https://github.com/johnmaeda/SK-Recipes