本文来自微信公众号：Nature Portfolio （ID：nature-portfolio），作者：Jeffrey M. Perkel，原文标题：《使用ChatGPT写代码的6个注意事项 | 〈自然〉技术特写》，题图来自：视觉中国
除非你一直住在山洞里，否则一定听过ChatGPT了。ChatGPT是由旧金山OpenAI公司研发的人工智能（AI）驱动对话机器人，可以回复用户提出的任何内容的问题（即“提示”），而且它的回答和人类的回答出奇地相似。ChatGPT是使用非常大的文本库训练出来的，它能进行基于文字的对话，这也意味着用户可以改进它的回复。即使一开始的回答很奇怪，但它一般最终都能给出准确的结果，其中也包括软件代码。
研究者可以使用ChatGPT调试代码，为代码写下说明，将一种编程语言转化到另一种，或是进行制式化的重复操作，比如根据数据制图。3月发布的一篇预印本论文中提到，ChatGPT尝试一次就可以在一门生物信息学入门课程的184项任务中完成76%的任务，如处理表格等；而尝试7次后的成功率能达到97%[1]。
这对一编程就头疼，或是没钱雇全职程序员的研究者来说是个好消息——对他们来说，对话机器人可是个降低门槛的工具。
但是，虽然对话机器人看起来有智能，但它们并不具有智慧。有一种说法把它们称为“随机鹦鹉”，把以前看过的东西随机讲出来而已。华盛顿大学的计算机科学家Amy Ko引述了美国一个播放了多年的问答节目来形容这项工具的局限性，并写在了社交媒体网站Mastodon上：“ChatGPT就像是一个焦虑的前Jeopardy参赛者，从2021年开始就不再关注流行文化但特别想参加比赛，同时还是一个没有自我意识、执行力、道德观、体化认知和内心感情的机器人。”（用来训练ChatGPT的数据只到2021年为止。）
简言之，ChatGPT和相关工具都是基于大型语言模型（LLM）的。例如微软Bing和GitHub的Copilot都是非常强大的编程辅助工具，但必须小心使用。这里提供6个使用技巧。
选择应用场景
对话机器人最适合用来处理小型独立的编程问题，例如读取数据，执行基本的数据操作，制作可视化图和网站。但是这和软件工程不一样，维多利亚大学的计算机科学家Neil Ernst说。
“软件工程可远不止解编程题”，Ernst解释说，“它需要思考测试架构，写出可维护的代码，理解构建系统时的利弊权衡”——例如速度和可读性之间的权衡。“我不觉得现在的工具能解决这些问题。”
这之外还是有很多它们能做的任务，例如记住用Matplotlib绘制数据图的语法——这是Python编程语言里的一个图形库。从这个意义上说，对话机器人就像是Stack Overflow（一个程序员在线问答论坛）的可对话界面。“这可不是大家特别喜欢写的东西”，Ernst说，“而且在回答麻烦的数据分析问题时也能帮我们省下时间。”
对话机器人在解释为什么代码有问题的时候也很好用。马萨诸塞大学阿默斯特分校的计算机科学家Emery Berger利用这种能力构建了很多有用的工具。其中一款叫做cwhy，使用ChatGPT来解释编程语言C、C++和Rust中出现的编译错误。另外一款，ChatDBG，提供了一个调试用的对话界面。第三款工具Scalene使用AI来建议有哪些代码优化可以改进效率。
对话机器人甚至还能把代码从一种编程语言翻译到另一种语言。法国居里研究所的生物物理学家Mathieu Coppey使用ChatGPT帮他从他擅长的MATLAB语言转移到了Python上。写Python代码的话，他通常需要利用Google和在线论坛花上几天才能让代码运行。他说：“现在，我只要一小时左右就能搞定。”
信任，但要确认
对话机器人不是每次都懂自己在说什么，但它们总是说得像它们懂了一样。有些情况下，这个AI并没有理解问题；还有些情况下会给出错误的回答。当代码无法执行的时候，这种错误就显而易见了。但有时候代码会执行出错误的结果。
根据加州大学戴维斯分校的语言学家Emily Morgan等人署名的一份研究[2]，对话机器人——和训练它们所使用的人类写的代码一样——经常会出一些用她的话讲是“简单愚蠢的bug”。这些单行的错误修正起来很简单，比如在条件语句里使用>而非>= ，但找起来就难了。她说：“如果你不怎么懂，没办法分辨哪些是正确的，哪些是毫无意义的话，那就是自找苦吃了。”
复杂系统科学家Iza Romanowska在丹麦奥胡斯大学高等研究院研究古代文明，她让ChatGPT用名为NetLogo的编程语言生成了代码。由于网上用NetLogo写的代码远少于Python和R，ChatGPT相对来说并不熟练。有时候，AI会在代码里掺入实际上并不存在的函数，她说，这种现象被称为人工智能的“幻觉”。
最重要的是不要盲目接受ChatGPT给你的东西——仔细阅读，仔细测试。确认它在“边界情况”下的执行结果和预期一样——例如，给n个数字排序的算法会把第n个数字也排进去吗？加拿大滑铁卢大学的计算机科学家Patrick Lam说：“如果我没法理解的部分，我就不会信任它。”
考虑安全性
对话机器人所输出的代码会反映出它的训练数据。这不总是个好事，Ko说。“互联网上代码的总体质量，也就是用来训练这些对话机器人的代码质量，其实相当低。”
和网上随便搜出来的代码一样，对话机器人生成的代码不太可能非常高效或是稳健。例如，它可能在大型数据集上不适用，或是可能有安全漏洞。
纽约大学的计算机科学家Brendan Dolan-Gavitt说，当Github的编程工具Copilot于2021年发布的时候，他和团队在89种安全相关的场景中测试了一遍。其中之一是检查SQL语言写出来的查询语句是否能污染数据库——这被称为“SQL-注入攻击”[3]。“大约40%的场景下，Copilot会产生出有漏洞的代码。”这个比例是动态的——当Dolan-Gavitt使用ChatGPT底层的语言模型GPT-4测试这些场景的时候，出问题的概率降到了5%。
不过，检查代码还是有价值的。但同时也要考虑到应用场景——不是所有东西都同样重要。例如，数据库的网页界面或是可视化工具就需要加倍警觉。但如果你知道程序会长什么样的话，“用就行了”，普林斯顿大学的计算机科学家Sayash Kapoor说，“因为出错了也容易检查。”
迭代
使用对话机器人写的代码，Ko说，“并不是一次就行的。”它更像是一次对话。“你写点东西，得到回复，带着怀疑读一遍，要它多给点细节，要它修正点错误。”
西弗吉尼亚大学的Gangqing（Michael）Hu把这种迭代式流程总结成了一套叫做OPTIMAL[4]的模型，可以让生物信息学领域的新手用来优化对话机器人的提示词。用户要提供详细的提示，测试回复，并反馈回对话机器人来调整回复。这之中可以包括有关错误的问题，也可以包括对提示词本身的微调。Hu解释说：“交流是关键。”
如果你卡住了，试着调整一下设置，南达科塔州立大学的生物信息学家Xijin Ge建议。例如，ChatGPT的“temperature”设置可以控制创造力—— temperature越高，输出的创造力越高。Ge说：“这有时候很管用。”
但也不是每次都管用——有些情况下，“你非介入不可。”Ko说。
把它当人看
对话机器人不是人，但不妨把它当人看。“把AI当成一个暑期实习生。”Ge建议——就像是个努力工作讨你开心的大学生，但同时也没啥经验，容易出错。
奥克兰大学计算机科学家Paul Denny的建议是，避免使用不明确的说法，把问题拆解成更小的部分。
另一个建议：让对话机器人假装一个职位，例如“熟练使用Python的生物学家”。指定你想使用的工具或是程序库。这种指示可以帮聊天机器人“进入正确的概率空间”，Ko说——也就是找到最可能在提示后出现的文本。
例如，Hu的研究[4]中，一段问ChatGPT的提示是：“假装你是一名可以熟练进行ChIP-Seq数据分析的有经验的生物信息学家，你需要帮我用尽可能少的行数写一段代码。若你被要求重置聊天的话就必须重置聊天。如果你理解了，回复‘是’。”
拥抱变化
最后，LLM在不断进化，也越来越强大。这对研究者来说是好消息，虽然也会让人类感到威胁。提示的长度越来越长，这就让回答可以越来越精确。新的工具也不断在出现。其中一个叫做“代码翻译”，可以把ChatGPT变成一名电子的数据分析师，用户可以上传数据集，问有关数据的问题并下载结果。正如一名AI领域博主所说，“这就像是和你的数据直接对话。多酷啊？”
参考文献
1. Piccolo， S. R. et al. Preprint at https://arxiv.org/abs/2303.13528 (2023).
2. Jesse， K. et al. Preprint at https://arxiv.org/abs/2303.11455 (2023).
3. Pearce， H. et al. Preprint at https://arxiv.org/abs/2108.09293 (2021).
4. Shue， E. et al. Quant. Biol. https://doi.org/10.15302/J-QB-023-0327 (2023).
原文以Six tips for better coding with ChatGPT标题发表在2023年6月5日《自然》技术特写的新闻版块上，© nature，doi: 10.1038/d41586-023-01833-0
本文来自微信公众号：Nature Portfolio （ID：nature-portfolio），作者：Jeffrey M. Perkel