🔹 前言

昨天我們談到 Prompt 系統化：包括模板化、版本管理、測試與整合。這些設計，讓我們能像管理程式碼一樣管理 Prompt。

但在真實應用中，單一 Prompt 常常不夠，我們需要更靈活的方式，來設計、組合與控制 Prompt：

• 如何把多個 Prompt 串接成一條工作流程？
• 如何根據上下文自動生成 Prompt？
• 如何確保輸出的格式正確？

這就是今天（Day16）的主題：Prompt Template 與 Prompt Chain。
我們會進一步介紹兩個常見的工具：LangChain 與 Guidance。

⚠️ 提醒：本篇介紹的工具偏進階，如果你剛接觸 Prompt，建議先熟悉 Day15 的基礎（模板化、版本管理、測試），再回來閱讀這一篇。

⚠️ 版本相容性提醒
本文撰寫與測試版本如下，若遇到 API mismatch，請先檢查套件版本是否不同：
> LangChain 0.2.11
> LangChain-Core 0.2.21
> LangChain-OpenAI 0.1.7
> Guidance 0.1.14

今天的 Demo Code 僅會擷取部分片段，完整程式碼放在 GitHub Repo。

🔹 LangChain：Prompt + Chain 的工作流程框架

LangChain 是一個在 2022 年後迅速爆紅的 LLM 應用開發框架，它的定位是「讓開發者更容易把大語言模型整合進應用程式」。 它的設計哲學是：把 LLM 當成一個元件，並透過 Chain 與 Agent 來編排多步驟流程。

LangChain：Prompt + Chain + Agent(Optional) 流程圖

優勢：

• 社群大、資源多，幾乎是 LLM 開發的「入門框架」。
• 適合做 原型開發 或 複雜工作流組合。

缺點：

• 功能龐雜，初學者容易迷失。
• 在生產環境裡可能需要裁切，只用其中一部分（如 PromptTemplate + Chain）。

LangChain 的核心概念有三個：

➡️ 1. Prompt Template：把 Prompt 參數化

首先，把 Prompt 抽象化，用 {} 插入動態變數，可以統一管理不同場景下的 Prompt（FAQ、摘要、推理）。再來，將 Day 15 的 prompt template - prompts_v1.yaml 載入後，轉成 LangChain 需要的 {} 風格，把「文件內容」與「使用者問題」參數化，再建立 Prompt：

# 讀 YAML（Day15 的 Prompt Registry）
YAML_PATH = "prompts/prompts_v1.yaml"
if not os.path.exists(YAML_PATH):
    raise FileNotFoundError(f"找不到 {YAML_PATH}，請確認路徑與工作目錄。")

with open(YAML_PATH, "r", encoding="utf-8") as f:
    yml = yaml.safe_load(f) or {}

# 取出模板字串，並轉成 LangChain 可用格式
try:
    raw_summary_template = yml["prompts"]["summary"]["template"]
    raw_faq_template = yml["prompts"]["faq"]["template"]
except KeyError as e:
    raise KeyError(
        f"YAML 結構不符，缺少 {e}. 期待結構為 prompts.summary.template / prompts.faq.template"
    )

summary_template = normalize_template(raw_summary_template)   # 需要 {context}
faq_template = normalize_template(raw_faq_template)           # 需要 {context}、{question}

# Step 1️⃣: 摘要 Prompt（吃 {context}）
summary_prompt = PromptTemplate(
    input_variables=["context"],
    template=summary_template
)
# dict(context=...) → Prompt → LLM → str
summary_chain = summary_prompt | llm | StrOutputParser()

# Step 2️⃣: FAQ Prompt（吃 {context} 與 {question}）
faq_prompt = PromptTemplate(
    input_variables=["context", "question"],
    template=faq_template
)

# --- 用法 A：直接 QA（context + question → faq） ---
# [IN]  {"text": <原始內容>, "question": <問題>}
# [OUT] str（答案）
qa_chain = (
    {
        # 將原始輸入映射到 Prompt 需要的鍵
        "context": RunnableLambda(lambda x: x["text"]),
        "question": RunnableLambda(lambda x: x["question"]),
    }
    | faq_prompt          # dict → Prompt 字串
    | llm                 # Prompt → 模型輸出
    | StrOutputParser()   # → 純文字
)

執行結果：

❯ python langchain_chain_demo.py
=== 用法 A：直接 QA（context + question → faq） ===
- 步驟 1：安裝軟體
- 步驟 2：設定帳號
- 步驟 3：連線
...

➡️ 2. Prompt Chain: 把多個步驟組合起來

有時候我們的需求不只是一個 Prompt，而是需要「多步驟推理」。官方定義的常見流程模式包括 Sequential（依序執行）、Router（依條件分流）、Map-Reduce（並行處理後彙總）。

💡 完整的三種模式程式碼實作也放在 GitHub Repo - langchain_chain_router_demo.py， 有興趣的讀者可以自行研究看看。

最常見的模式就是「先做 A，再做 B」。
在我們的 Demo Code (langchain_chain_demo.py) 中，用法 B 就是典型的 Sequential Chain：

• 第一步：先用 Summary Prompt 把文件摘要。
• 第二步：把摘要再丟給 FAQ Prompt，產生常見問題與回答。

...
...
# --- 用法 B：先摘要再 FAQ（summary → faq） ---
# Step 0️⃣: 定義一個「自動問題產生器」
# 在這裡我們固定輸出一段文字：「請依據以上摘要產生三個常見問題並回答，條列式。」
# 實際應用中，你也可以改成根據情境動態產生不同問題。
# [IN]  {"text": <原始內容>}
# [OUT] str（條列 FAQ）
auto_question = RunnableLambda(
    lambda _: "請依據以上摘要產生三個常見問題並回答，條列式。"
)
summary_to_faq_chain = (
    {
        # Step 1: 從輸入資料結構中取出 text，包裝成 {context}
        # 並先丟給 summary_chain，產生「文件摘要」
        "context": RunnableLambda(lambda x: {"context": x["text"]}) | summary_chain,
        "question": auto_question, # Step 2: 生成問題（固定輸出三個常見問題的要求）
    }
    | faq_prompt            # Step 3: 把 {context, question} 套用到 faq_prompt，組裝完整的 Prompt
    | llm                   # Step 4: 把組裝好的 Prompt 丟給 LLM，產生回答
    | StrOutputParser()     # Step 5: 解析 LLM 輸出，只留下純文字（去掉多餘 metadata）
)

if __name__ == "__main__":
    doc = "VPN 設定文件：步驟 1 安裝軟體，步驟 2 設定帳號，步驟 3 連線。"

    print("=== 用法 A：直接 QA（context + question → faq） ===")
    out_qa = qa_chain.invoke({"text": doc, "question": "如何設定公司 VPN？"})
    print(out_qa)

    print("\n=== 用法 B：先摘要再 FAQ（summary → faq） ===")
    out_summary_faq = summary_to_faq_chain.invoke({"text": doc})
    print(out_summary_faq)

執行結果：

...
=== 用法 B：先摘要再 FAQ（summary → faq） ===
1. **如何安裝 VPN 軟體？**  
   - 請參考文件中的第一步驟，安裝 VPN 軟體。

2. **我該如何設定帳號資訊？**  
   - 請依據文件中的第二步驟，設定帳號資訊。

3. **如何進行連線操作？**  
   - 請根據文件中的第三步驟，進行連線操作。

這種方式適合 需要逐步推理 的場景，例如「先做摘要，再問答」或「先翻譯，再潤稿」。很多初學者看到這段程式碼時，會覺得像「黑箱」：到底哪一段是處理輸入的？哪一段是組裝 Prompt？哪一段才是整條 Chain？

👉 我們可以把 langchain_chain_demo.py 拆解成三個角色來理解：

有了對照表，就會發現整條 Chain 是由小元件逐步拼起來的流水線。

➡️ 3. Agent（延伸功能）

除了 Template 與 Chain，LangChain 還有 Agent 概念，讓 LLM 可以根據指令「自己決定」要不要查資料庫、呼叫 API。

這個功能比較進階，我們會在之後的章節再深入介紹。

🔹 Guidance：專注於嚴格控制輸出

Guidance 是由 Microsoft Research 團隊開源的 Prompt 程式設計框架。與強調「組合流程」的 LangChain 不同，Guidance 的核心理念是 在生成過程中就施加約束，確保輸出結果 一定符合指定格式（如 JSON、SQL、Markdown 表格），而不是事後再去解析與清洗。

🚨 為什麼需要 Guidance？

在真實應用中，LLM 輸出「多了一句廢話」就可能讓整個流程掛掉：

• 你要 JSON，結果模型回：好的，以下是 JSON： {"answer": "VPN 設定步驟…"}
  ----->>>>> Parser 直接報錯。

Guidance 的解法是 強制 LLM 在生成時就遵守 Schema，不會多一個字，輸出一定可解析。

📝 特色

⚖️ 優缺點對比

➡️ Guidance 範例 1：強制輸出 JSON

# ---------- Guidance 程式（要求只輸出 JSON） ----------
@guidance
def faq_json_program(lm, draft):
    lm += f"""
你會收到一段 FAQ 草稿，請轉成 JSON 陣列，每個元素必須包含 "q" 與 "a" 欄位。
嚴格要求：只輸出合法 JSON，不要前後多任何文字、說明或標記。

FAQ 草稿：
{draft}

輸出：
{{{{gen 'json' temperature=0 max_tokens=800}}}}
"""
    return lm

執行結果：

❯ python guidance_faq_json_demo.py
=== FAQ JSON ===
[{'q': '公司 VPN 怎麼設定？', 'a': '請先安裝軟體，接著輸入帳號密碼，最後按下連線。'}]

Guidance 也允許在 Prompt 中內嵌程式邏輯，確保輸出更符合需求。

舉例來說，用 regex 約束生成格式（例如「一定是數字」）:

import os
from dotenv import load_dotenv
import guidance
from guidance import models, gen

load_dotenv()
llm = models.OpenAI(model="gpt-4o-mini", api_key=os.getenv("OPENAI_API_KEY"))

@guidance
def ask_age(lm):
    lm += "You are a teenager.\nHow old are you?\nAge: "
    lm += gen("age", regex=r"\d{1,2}")  # 只允許 1~2 位數字
    return lm

out = ask_age(model=llm)
print("age =", out["age"])  # 例如 "15"

🔹 LangChain + Guidance：組合拳

• Prompt Template：一切的起點，把需求參數化。 (請參考 Day15)
• Prompt Chain（LangChain）：專注於 工作流設計，能把多步驟邏輯（例如：摘要 → FAQ → 翻譯）編排成一條完整流程。
• Guidance：專注於 結構控制，確保輸出嚴格符合 JSON、Markdown、SQL 等格式，方便下游系統解析。

很多團隊會把這兩者搭配起來用：

• LangChain 負責流程編排 ：摘要 → FAQ 草稿。
• Guidance 負責最後收斂：強制把 FAQ 草稿轉成 JSON，方便前端或 API 消費。

➡️ Demo：整合範例

程式碼請參照 GitHub Repo 的 combined_demo.py。

• LangChain 產生 FAQ 草稿（文字）。
• Guidance 把草稿 收斂為 JSON（必要時 fallback 為官方 SDK，確保一定有合法 JSON）。

輸出結果（示意）

❯ python combined_demo.py
=== LangChain → FAQ 草稿（文字） ===
1. **如何安裝VPN軟體？**  
   - 請參考文件中的第一步驟：安裝VPN軟體。

2. **如何設定使用者帳號？**  
   - 請參考文件中的第二步驟：設定使用者帳號。

3. **如何進行連線？**  
   - 請參考文件中的第三步驟：進行連線。

=== Guidance → FAQ JSON ===
[{'q': '如何安裝VPN軟體？', 'a': '請參考文件中的第一步驟：安裝VPN軟體。'}, {'q': '如何設定使用者帳號？', 'a': '請參考文件中的第二步驟：設定使用者帳號。'}, {'q': '如何進行連線？', 'a': '請參考文件中的第三步驟：進行連線。'}]

🔹 比較表

🔹 今天的收穫

• LangChain = 幫你設計與管理 Prompt 工作流，適合快速開發。
• Guidance = 幫你保證輸出格式正確，適合生產落地。
• 組合起來：先用 LangChain 拆解步驟，再用 Guidance 收斂格式。

今天學到的 Prompt Workflow 工具，讓我們能建立穩健的 Prompt 輸出系統。 明天我們會聊聊不同規模的 LLM 應用專案應該選擇哪種部署策略。

🤔 延伸問題：如果你只有一天時間學，怎麼選？

📚 引用 / 延伸閱讀

LangChain 官方文件

• LangChain Prompt Templates 官方概念文件 - 說明如何將使用者輸入轉換為語言模型指令
• LangChain 官方教學：建立簡單的 LLM 應用 - 展示如何使用 Prompt templates 進行資料轉換
• LangChain Map-Reduce Chain 文件 - 說明如何對每個文件套用 LLM chain 再組合輸出

Guidance 相關資源

• Guidance 官方 GitHub Repo - 高效的程式設計範式，用於引導語言模型生成並控制輸出結構
• 如何使用 Guidance Framework 進行結構化 LLM 生成 - 說明 Guidance 如何「強制」而非「建議」輸出結構

其他

• Pinecone: Prompt Engineering and LLMs with Langchain - 說明 PromptTemplate 如何簡化動態 prompt 建構
• Medium: Summarization with LangChain - 詳細說明 Stuff、Map-Reduce、Refine 三種摘要方法
• Analytics Vidhya: LangChain Chains 完整指南 - 說明如何將 prompt templates 與 LLMs 整合成連續流程
• Microsoft Azure OpenAI Prompt Engineering 技術文件 - 說明如何使用 prompt 指定輸出結構
• Microsoft POML (Prompt Orchestration Markup Language) - 使用類 HTML 語法提升 prompt 可讀性與可維護性