ChatDev Agenti comunicativi per lo sviluppo software

ChatDev Gli Agenti Comunicativi per lo Sviluppo Software

L’industria dello sviluppo software è un settore che spesso si basa sia sulla consulenza che sull’intuizione, caratterizzato da strategie decisionali intricate. Inoltre, lo sviluppo, la manutenzione e l’esecuzione del software richiedono un approccio disciplinato e metodico. È comune per gli sviluppatori di software basare le decisioni sull’intuizione anziché sulla consulenza, a seconda della complessità del problema. Nello sforzo di migliorare l’efficienza dell’ingegneria del software, compresa l’efficacia del software e la riduzione dei costi di sviluppo, gli scienziati stanno esplorando l’uso di framework basati sull’apprendimento approfondito per affrontare varie attività all’interno del processo di sviluppo del software. Con gli sviluppi recenti e i progressi nei settori dell’apprendimento approfondito e dell’intelligenza artificiale, gli sviluppatori stanno cercando modi per trasformare i processi e le pratiche dello sviluppo software. Lo stanno facendo utilizzando design sofisticati implementati in diverse fasi del processo di sviluppo del software.

Oggi parleremo di ChatDev, un approccio innovativo basato su Large Language Model (LLM) che mira a rivoluzionare il campo dello sviluppo software. Questo paradigma cerca di eliminare la necessità di modelli specializzati durante ogni fase del processo di sviluppo. Il framework di ChatDev sfrutta le capacità dei framework LLM, utilizzando la comunicazione in linguaggio naturale per unificare e razionalizzare i principali processi di sviluppo del software.

In questo articolo esploreremo ChatDev, una società virtuale specializzata nello sviluppo software. ChatDev adotta il modello a cascata e suddivide meticolosamente il processo di sviluppo del software in quattro fasi principali.

1. Progettazione.
2. Codifica.
3. Testing.
4. Documentazione.

Ogni fase utilizza un team di agenti virtuali come programmatori o tester che collaborano tra loro utilizzando dialoghi che portano a un flusso di lavoro senza soluzione di continuità. La catena di chat funziona come facilitatore e suddivide ogni fase del processo di sviluppo in sotto-task atomici, consentendo così ruoli duali, consentendo proposte e convalida delle soluzioni utilizzando comunicazioni consapevoli del contesto che consentono agli sviluppatori di risolvere efficacemente i sotto-task specificati.

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L’analisi strumentale di ChatDev dimostra che non solo il framework di ChatDev è estremamente efficace nel completare il processo di sviluppo del software, ma è anche estremamente conveniente in quanto completa l’intero processo di sviluppo del software con meno di un dollaro. Inoltre, il framework non solo identifica, ma allevia anche potenziali vulnerabilità, corregge possibili allucinazioni, mantenendo al contempo alta efficienza ed economicità.

ChatDev: Introduzione allo sviluppo software basato su LLM

Tradizionalmente, l’industria dello sviluppo software si basa su un approccio disciplinato e metodico non solo per lo sviluppo delle applicazioni, ma anche per la loro manutenzione e esecuzione. Tradizionalmente parlando, un tipico processo di sviluppo software è un processo estremamente intricato, complesso e meticoloso con cicli di sviluppo lunghi, poiché ci sono più ruoli coinvolti nel processo di sviluppo, tra cui la coordinazione all’interno dell’organizzazione, l’assegnazione delle attività, la scrittura del codice, i test e infine la documentazione.

Negli ultimi anni, con l’aiuto dei Large Language Models (LLM) o Modelli di Linguaggio Ampio, la comunità dell’IA ha raggiunto significativi traguardi nei campi della visione artificiale e dell’elaborazione del linguaggio naturale e, dopo l’addestramento su paradigmi di “previsione della prossima parola”, i Large Language Models hanno dimostrato la loro capacità di fornire prestazioni efficienti su una vasta gamma di compiti derivati come la traduzione automatica, la risposta alle domande e la generazione di codice.

Anche se i Large Language Models possono scrivere il codice per l’intero software, hanno un grosso svantaggio: le “allucinazioni” del codice, che sono simili alle allucinazioni riscontrate dai framework di elaborazione del linguaggio naturale. Le allucinazioni del codice possono includere problemi come bug non scoperti, dipendenze mancanti e implementazioni di funzioni incomplete. Ci sono due cause principali di allucinazioni del codice.

• Mancanza di specifiche delle attività: Quando viene generato il codice del software in un unico passaggio, non definire le specifiche dell’attività confonde i LLM in quanto le attività nel processo di sviluppo software come l’analisi dei requisiti dell’utente o la selezione del linguaggio di programmazione preferito spesso forniscono un pensiero guidato, qualcosa che manca dalle attività di alto livello gestite da questi LLM.
• Mancanza di esame incrociato: Si presentano rischi significativi quando non viene effettuato un esame incrociato, specialmente durante i processi decisionali.

ChatDev si propone di risolvere queste problematiche e facilitare gli LLM nella creazione di applicazioni software all’avanguardia ed efficaci, creando un’azienda virtuale per lo sviluppo del software che adotta il modello waterfall e suddivide in modo meticoloso il processo di sviluppo del software in quattro fasi principali:

1. Progettazione.
2. Codifica.
3. Testing.
4. Documentazione.

Ogni fase coinvolge un team di agenti virtuali, come programmatori di codice o tester, che collaborano tra loro utilizzando dei dialoghi che portano a un flusso di lavoro senza interruzioni. Inoltre, ChatDev utilizza una catena di chat che funge da facilitatore e suddivide ogni fase del processo di sviluppo in sottotask atomici, consentendo così ruoli duali e permettendo la proposizione e la validazione delle soluzioni attraverso una comunicazione consapevole del contesto che permette agli sviluppatori di risolvere in modo efficace i sottotask specificati. La catena di chat è composta da diversi nodi, dove ogni nodo rappresenta un sottotask specifico, e questi due ruoli partecipano a discussioni consapevoli del contesto per proporre e validare le soluzioni.

In questo approccio, il framework di ChatDev analizza prima i requisiti del cliente, genera idee creative, progetta e implementa sistemi prototipo, identifica e affronta eventuali problemi potenziali, crea grafiche accattivanti, spiega le informazioni di debug e genera i manuali utente. Infine, il framework di ChatDev consegna il software all’utente insieme al codice sorgente, ai manuali utente e alle specifiche sull’ambiente di dipendenza.

ChatDev: Architettura e Funzionamento

Ora che abbiamo una breve introduzione a ChatDev, diamo uno sguardo all’architettura e al funzionamento del framework di ChatDev, a partire dalla Catena di Chat.

Catena di Chat

Come abbiamo già detto nella sezione precedente, il framework di ChatDev utilizza un metodo waterfall per lo sviluppo del software che divide il processo di sviluppo del software in quattro fasi: progettazione, codifica, testing e documentazione. Ognuna di queste fasi ha un ruolo unico nel processo di sviluppo, e c’è bisogno di una comunicazione efficace tra di esse, insieme a sfide potenziali quando si tratta di identificare le persone coinvolte e la sequenza delle interazioni.

Per affrontare questa problematica, il framework di ChatDev utilizza la Catena di Chat, un’architettura generalizzata che suddivide ogni fase in una chat sottatomica, concentrandosi su ruoli orientati al task che coinvolgono ruoli duali. L’output desiderato per la chat costituisce un componente vitale per il software target, ottenuto come risultato di collaborazione e scambio di istruzioni tra gli agenti che partecipano al processo di sviluppo. Il paradigma della catena di chat per la risoluzione dei task intermedi è illustrato nell’immagine qui sotto.

Per ogni singola chat, un istruttore inizia prima le istruzioni e guida il dialogo verso il completamento del task. Nel frattempo, gli assistenti seguiscono le istruzioni dell’istruttore, forniscono soluzioni ideali e partecipano a discussioni sulla fattibilità della soluzione. L’istruttore e l’agente poi si impegnano in dialoghi multi-turno fino a quando non raggiungono un consenso e ritengono il task completato con successo. La catena di chat fornisce agli utenti una visione trasparente del processo di sviluppo, fa luce sul percorso per prendere decisioni e offre opportunità di individuare errori quando si presentano, consentendo agli utenti finali di analizzare e diagnosticare gli errori, ispezionare gli output intermedi e intervenire nel processo se necessario. Integrando una catena di chat, il framework di ChatDev è in grado di concentrarsi su ogni sottotask specifico su una scala granulare che non solo facilita la collaborazione efficace tra gli agenti, ma consente anche di ottenere rapidamente gli output richiesti.

Progettazione

Nella fase di progettazione, il framework di ChatDev richiede un’idea iniziale come input da parte del cliente umano e in questa fase ci sono tre ruoli predefiniti:

1. CEO o Direttore Esecutivo.
2. CPO o Direttore Prodotto.
3. CTO o Direttore Tecnico.

La catena di chat entra quindi in gioco, suddividendo la fase di progettazione in sotto-task di chat sequenziali che includono il linguaggio di programmazione (CTO e CEO) e la modalità del software target (CPO e CEO). La fase di progettazione coinvolge tre meccanismi chiave: Assegnazione dei Ruoli o Specializzazione dei Ruoli, Flusso di Memoria e Auto-Riflessione.

Assegnazione dei Ruoli

Ogni agente nel framework di Chat Dev viene assegnato un ruolo utilizzando messaggi speciali o prompt speciali durante il processo di gioco di ruolo. A differenza di altri modelli di linguaggio conversazionale, il framework di ChatDev si limita unicamente a iniziare gli scenari di gioco di ruolo tra gli agenti. Questi prompt vengono utilizzati per assegnare ruoli agli agenti prima dei dialoghi.

Inizialmente, l’istruttore assume le responsabilità di CEO e si impegna nella pianificazione interattiva, mentre le responsabilità del CPO sono gestite dall’agente che esegue le attività e fornisce le risposte richieste. Il framework utilizza “inception prompting” per la specializzazione dei ruoli che consente agli agenti di adempiere ai loro ruoli in modo efficace. I prompt per assistenti e istruttori consistono di dettagli vitali riguardanti i ruoli e le attività designati, i criteri di terminazione, i protocolli di comunicazione e diverse restrizioni che mirano a prevenire comportamenti indesiderati come loop infiniti, risposte non informative e ridondanza delle istruzioni.

Flusso di memoria

Il flusso di memoria è un meccanismo utilizzato dal framework di ChatDev che mantiene un registro completo delle conversazioni precedenti di un agente e assiste nel processo decisionale che segue in modo consapevole delle frasi. Il framework di ChatDev utilizza prompt per stabilire i protocolli di comunicazione richiesti. Ad esempio, quando le parti coinvolte raggiungono un consenso, viene inviato un messaggio finale che soddisfa un requisito specifico di formattazione come (“: Applicazione desktop”). Per garantire la conformità al formato designato, il framework monitora continuamente e infine consente al dialogo corrente di giungere a una conclusione.

Autoriflessione

Gli sviluppatori del framework di ChatDev hanno osservato situazioni in cui entrambe le parti coinvolte avevano raggiunto un consenso reciproco, ma i protocolli di comunicazione predefiniti non erano stati attivati. Per affrontare queste problematiche, il framework di ChatDev introduce un meccanismo di autoriflessione che aiuta nel recupero ed estrazione di memorie. Per implementare il meccanismo di autoriflessione, il framework di ChatDev avvia una nuova chat fresca inserendo “pseudo self” come nuovo interlocutore. “Pseudo self” analizza i dialoghi precedenti e i record storici e informa l’assistente corrente, dopo di che richiede un riepilogo di informazioni conclusive e degne di azione come illustrato nella figura seguente.

Con l’aiuto del meccanismo di autoaiuto, l’assistente di ChatDev viene incoraggiato a riflettere e analizzare le decisioni proposte.

Codifica

Nella fase di codifica sono presenti tre ruoli predefiniti, ovvero il CTO, il programmatore e l’art designer. Come al solito, il meccanismo della catena di chat divide la fase di codifica in singoli compiti subatomici come generazione di codici (programmatore e CTO), o progettazione di un’interfaccia utente grafica (programmatore e designer). Il CTO quindi istruisce il programmatore a utilizzare il formato markdown per implementare un sistema software, dopodiché l’art designer propone un’interfaccia utente grafica utile e interattiva che fa uso di icone grafiche per interagire con gli utenti anziché fare affidamento su comandi basati su testo tradizionali.

Gestione del codice

Il framework di ChatDev utilizza linguaggi di programmazione orientati agli oggetti come Python, Java e C++ per gestire sistemi software complessi perché la modularità di questi linguaggi di programmazione consente l’uso di oggetti autonomi che non solo aiutano nella risoluzione dei problemi, ma anche nello sviluppo collaborativo e nella rimozione di ridondanze attraverso il concetto di ereditarietà.

Istruzioni del pensiero

I metodi tradizionali di risposta alle domande spesso portano a informazioni irrilevanti o inesattezze, specialmente durante la generazione di codice, poiché fornire istruzioni ingenui potrebbe portare a allucinazioni dei LLM e potrebbe diventare un problema difficile da affrontare. Per affrontare questa problematica, il framework di ChatDev introduce il meccanismo delle “istruzioni del pensiero” che trae ispirazione dai prompt concatenati del pensiero. Il meccanismo delle “istruzioni del pensiero” affronta esplicitamente i singoli pensieri di risoluzione dei problemi inclusi nelle istruzioni, simile alla risoluzione dei compiti in modo sequenziale e organizzato.

Test

Scrivere un codice privo di errori al primo tentativo è una sfida non solo per gli LLM, ma anche per i programmatori umani, e anziché scartare completamente il codice errato, i programmatori analizzano il loro codice per individuarne gli errori e correggerli. La fase di test nel framework di ChatDev è divisa in tre ruoli: programmatore, tester e revisore. Il processo di testing è ulteriormente diviso in due compiti subatomici sequenziali: Revisione tra pari o Debugging statico (revisore e programmatore) e Test di sistema o Debugging dinamico (programmatore e tester). Il debugging statico o la revisione tra pari analizza il codice sorgente per individuare gli errori, mentre il debugging dinamico o il test di sistema verifica l’esecuzione del software attraverso vari test condotti utilizzando un interprete da parte del programmatore. Il debugging dinamico si concentra principalmente sul test del black-box per valutare le applicazioni.

Documentazione

Dopo che il framework ChatDev ha completato le fasi di progettazione, codifica e test, impiega quattro agenti, ovvero il CEO, il CTO, il CPO e il programmatore, per generare la documentazione del progetto software. Il framework ChatDev utilizza gli LLM (Large Language Model) per sfruttare prompt di few-shot con esempi in contesto al fine di generare i documenti. Il CTO istruisce il programmatore affinché fornisca le istruzioni per la configurazione delle dipendenze ambientali e crei un documento come “dependency requirements.txt”. Allo stesso tempo, il CEO comunica le richieste e il design del sistema al CPO per generare il manuale utente del prodotto.

Risultati

Statistiche del Software

Per analizzare le prestazioni del framework ChatDev, il team di sviluppatori ha condotto un’analisi statistica sulle applicazioni software generate dal framework sulla base di alcune metriche chiave, tra cui i token consumati, il numero totale di dialoghi, le risorse delle immagini, i file software, gli aggiornamenti delle versioni e altre, e i risultati sono illustrati nella tabella sottostante.

Analisi della Durata

Per esaminare il tempo di produzione di ChatDev per diversi prompt di richiesta software, gli sviluppatori hanno anche condotto un’analisi della durata, e la differenza nel tempo di sviluppo per diversi prompt riflette la chiarezza e complessità variabili dei compiti assegnati, e i risultati sono illustrati nella figura sottostante.

Studio di Caso

La figura seguente mostra ChatDev che sviluppa un gioco cinque-in-linea o Gomoku.

La figura più a sinistra mostra il software base creato dal framework senza l’utilizzo di alcuna interfaccia grafica. Come si può vedere chiaramente, l’applicazione senza interfaccia grafica offre una limitata interattività e gli utenti possono giocare a questo gioco solo tramite il terminale dei comandi. La figura successiva mostra un gioco più attraente dal punto di vista visivo, creato con l’uso di un’interfaccia grafica, che offre una migliore esperienza utente e una maggiore interattività per un ambiente di gioco coinvolgente che può essere apprezzato molto di più dagli utenti. L’agente di design crea quindi grafiche aggiuntive per migliorare ulteriormente l’usabilità ed estetica del gioco senza influire sulla funzionalità. Tuttavia, se gli utenti non sono soddisfatti dell’immagine generata dal designer, possono sostituire le immagini una volta che il framework ChatDev ha completato il software. La flessibilità offerta dal framework ChatDev per la sostituzione manuale delle immagini consente agli utenti di personalizzare le applicazioni secondo le proprie preferenze per una maggiore interattività ed esperienza utente senza influire in alcun modo sulla funzionalità del software.

Considerazioni Finali

In questo articolo abbiamo parlato di ChatDev, un innovativo paradigma basato su un LLM (Large Language Model) che mira a rivoluzionare il campo dello sviluppo software eliminando la necessità di modelli specializzati durante ogni fase del processo di sviluppo. Il framework ChatDev mira a sfruttare le capacità dei framework LLM utilizzando la comunicazione in linguaggio naturale per unificare e razionalizzare i processi chiave dello sviluppo software. Il framework ChatDev utilizza il meccanismo di catena di chat per suddividere il processo di sviluppo software in compiti subatomici sequenziali, consentendo così un focus granulare e promuovendo risultati desiderati per ogni compito subatomico.