【AI大模型应用开发】LATS：比ToT和ReAct更强大的大模型思维框架-编程知识

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我们在大模型中常听说CoT（思维链）、ToT（思维树），还有最近比较火的Agent中常用的ReAct框架。这还不够，最近又发现了一种更高级的框架：LATS（Language Agent Tree Search），它比ToT和ReAct框架更复杂，相应的能力也更强。

原论文：https://arxiv.org/pdf/2310.04406

文章目录

0. LATS是什么？
- 0.1 基本概念
- 0.2 LATS与ToT的区别
- 0.3 LATS 与 ReAct 的区别
- 0.4 CoT、ToT、ReAct、LATS等总结
1. LATS的原理
2. 总结

0. LATS是什么？

0.1 基本概念

LATS是一个通用框架，它结合了蒙特卡洛树搜索（Monte Carlo tree search，MCTS）的灵感，并利用环境提供外部反馈，从而实现更明智和适应性更强的问题解决机制。

LATS使用大模型作为Agent、评估器和优化器，将大模型在规划、行动和推理方面的优势结合起来，利用它们的潜在优势来增强决策能力。

0.2 LATS与ToT的区别

LATS与思维树ToT的区别如下图（中间的RAP我没了解过，所以先忽略）：

在这里插入图片描述

从图中可以直观地看到，LATS图中增加了环境和反馈。下面是一些区别的总结：

（1）搜索机制

LATS采用蒙特卡洛树搜索（MCTS）的变种，这是一种启发式搜索算法，通过构建决策树来平衡探索和利用。LATS在树搜索中使用每个节点代表一个状态，并通过选择、扩展、评估、模拟、反向传播和反思等操作来寻找最优解。
ToT使用深度优先搜索（DFS）或广度优先搜索（BFS）来探索多个推理路径。基于大模型评估的启发式来引导搜索，但通常不涉及树搜索中的动态规划或反向传播。

（2）外部反馈的使用

LATS特别强调使用外部环境的反馈来改进推理和决策。LATS利用环境交互和自我反思来增强模型的合理性，并使Agent能够从经验中学习。
ToT通过探索多个推理路径来增强语言模型的决策能力，但它主要依赖于语言模型内部的知识。

（3）自我反思

LATS包括一个反思操作，当遇到不成功的终端节点时，会生成一个反思，总结推理或行动过程中的错误，并提出更好的替代方案。这些反思被存储并作为额外的上下文信息，以提高未来尝试的性能。
ToT方法本身不包括自我反思的组件。它更多地关注于通过搜索算法探索不同的推理路径。

（4）灵活性和适应性

LATS设计为灵活和适应性强，可以根据不同环境和任务调整状态设计和树的维度。
ToT虽然能够探索多个推理路径，但它的适应性可能不如LATS，因为它不包括对外部反馈的整合。

0.3 LATS 与 ReAct 的区别

LATS 与 ReAct 的区别如下图示例所示：

在这里插入图片描述

LATS更像是ReAct的扩展，在思考时会探索不同的路径，并对答案进行反思和反向传播。其区别总结如下：

（1）搜索策略

LATS：前面也提到了，其采用蒙特卡洛树搜索（MCTS）作为其核心搜索算法，这允许它通过构建决策树来平衡探索和利用，从而在多个可能的行动路径中进行选择和扩展。
ReAct：更多地侧重于通过与环境的交互来直接映射输入到输出，而不是使用树搜索算法。ReAct通过接收环境的观察结果并采取相应的动作来增强推理和行动。

（2）外部反馈的使用

LATS：明确地利用外部环境的反馈来改进决策过程。它通过模拟和反向传播操作来整合这些反馈，并通过自我反思来进一步提升性能。
ReAct：虽然也使用环境反馈来增强模型的行动能力，但它的主要关注点是通过交互API环境来提升信息检索能力，而不是通过搜索算法来探索多个可能的解决方案。

（3）自我反思

LATS：包括一个自我反思的步骤，允许模型在遇到不成功的路径时生成反思，这些反思被用来作为额外的上下文信息，以改进未来的决策。
ReAct：不特别强调自我反思。它更多地依赖于直接从环境获得的反馈来指导行动。

（4）灵活性和适应性

LATS：提供了更大的灵活性和适应性，因为它可以适应不同的环境和任务需求，通过调整状态设计和树的维度来优化搜索过程。
ReAct：虽然ReAct也能够适应不同的任务，但它的设计更倾向于直接的行动和反应，而不是通过搜索和反思来改进决策。

（5）应用范围：

LATS：由于其搜索和反思机制，更适合于需要复杂决策和长期规划的任务。
ReAct：更适合于需要即时反应和交互的环境，特别是在信息检索和基于API的环境中。

0.4 CoT、ToT、ReAct、LATS等总结

如下图，论文中总结了主流的这些框架和方法的能力，LATS是唯一一个将思考、行动、规划结合起来的框架。

在这里插入图片描述

从这个图中，也可以看出LATS与其它框架的根本区别，以及各个框架之间的区别。

之前一直以为ReAct中有Planning的过程，因为它也是思考一步走一步，现在看来，ReAct更多地是强调思考加执行，一步步往下走，没有一个反馈地过程，规划能力不能说没有一点，但也不多。以现在大模型地规划和推理能力，在ReAct框架中依赖大模型进行规划有点不确定性太高了。LATS因为多分支搜索，并且有反馈和反向传播能力，所以能及时纠错，让大模型地规划更可靠一点。