本篇文章旨在希望大家對大模型的本質(zhì)、技術(shù)和發(fā)展趨勢有簡單的了解。由于近期大模型技術(shù)發(fā)展很快，這里對大模型的技術(shù)、本質(zhì)及未來趨勢進行總結(jié)和探討時，因為水平有限，疏漏在所難免。請大家諒解。

引言

大模型將成為通用人工智能的重要途徑。在這個由0和1編織的數(shù)字時代，人工智能的騰飛已不是科技夢想，而是日益切實的現(xiàn)實。其中，大模型作為人工智能的核心力量，正以前所未有的方式重塑著我們的生活、學習和工作。無論是智能語音助手、自動駕駛汽車，還是醫(yī)療診斷系統(tǒng)，大模型都是幕后英雄，讓這些看似不可思議的事情變?yōu)榭赡堋?/p>

人工智能的發(fā)展歷史

1.1950s-1970s：AI的誕生和早期發(fā)展

?1950年，圖靈測試的提出，為機器智能提供了一個評估標準。

?1956年，達特茅斯會議標志著人工智能作為一門學科的正式誕生。

?1960年代，早期的AI研究集中在邏輯推理和問題解決上。

2.1980s：專家系統(tǒng)的興起

?專家系統(tǒng)的成功應用，如MYCIN在醫(yī)學診斷領(lǐng)域的應用。

?機器學習算法開始發(fā)展，如決策樹和早期的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

3.1990s：機器學習的進展

?反向傳播算法的提出，極大地推動了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究。

?1997年，IBM的深藍擊敗國際象棋世界冠軍，展示了AI在策略游戲中的能力。

4.2000s：大數(shù)據(jù)和計算能力的提升

?互聯(lián)網(wǎng)的普及帶來了海量數(shù)據(jù)，為機器學習提供了豐富的訓練素材。

?計算能力的提升，尤其是GPU的廣泛應用，加速了深度學習的發(fā)展。

5.2010s：深度學習革命

?2012年，AlexNet在ImageNet競賽中的勝利，標志著深度學習在圖像識別領(lǐng)域的突破。

?深度學習在語音識別、自然語言處理等領(lǐng)域取得顯著進展。

6.2017年：Transformer和自注意力機制

?2017年，Transformer模型的提出，引入了自注意力機制，極大地提升了模型的性能。

?Transformer模型在自然語言處理任務中取得了革命性的成果，如BERT、GPT等模型。

7.2020s：大模型和多模態(tài)學習

?大模型如chatGPT、Claude、Gemini、Llama、chatglm、Kimi等等都展示了強大的能力。

?多模態(tài)學習的發(fā)展，如CLIP模型，能夠理解和生成跨模態(tài)內(nèi)容。

大模型的本質(zhì)

大模型是能夠從海量數(shù)據(jù)中學習、利用這些數(shù)據(jù)進行推理，并使用這些推理來回答用戶的問題或是執(zhí)行特定的任務。大模型（如ChatGPT、LLM等）在人工智能領(lǐng)域中被廣泛應用，其核心理念和工作原理可以總結(jié)為以下幾個方面：

1. LLM的組成 - 兩個文件

大模型由以下兩個關(guān)鍵部分構(gòu)成：一個是 參數(shù)集，另一個是 執(zhí)行代碼。

?參數(shù)集：這是模型的"大腦"，包含了通過訓練學習到的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)重。

?執(zhí)行代碼：這是模型的"引擎"，包含用于運行參數(shù)集的軟件代碼，可以采用任何編程語言實現(xiàn)。

訓練大模型需要對大量互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)進行有損壓縮，是一項計算量更大的任務，通常需要一個巨大的GPU集群。

有趣的是，你只需要一臺標準的計算機就可以運行像Llama-3這樣的LLM并得出推論。在本地服務器上運行，因此，甚至不需要互聯(lián)網(wǎng)連接。

2. LLM的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)究竟在“想”什么 - 預測下一個單詞

大模型的核心功能之一是預測文本序列中的下一個單詞：

?輸入一個“部分”句子，如“cat sat on a”。

?利用分布在網(wǎng)絡(luò)中的參數(shù)及其連接關(guān)系預測下一個最可能的單詞，并給出概率。如“mat（97%）”

?模擬了人類語言生成的方式，使得模型能夠生成連貫和符合語境的句子，如生成完整的句子“cat sat on a mat”

模型根據(jù)它所獲得的大量訓練數(shù)據(jù)，生成“合理的延續(xù)”，即生成符合人類語言習慣的文本。

注：Transformer架構(gòu)為這個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提供了動力。

3. 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)“真正”的工作方式仍然是個謎

盡管我們可以將數(shù)十億個參數(shù)輸入到網(wǎng)絡(luò)中，并通過反復微調(diào)訓練這些參數(shù)，從而獲得更好的預測效果，但我們并不完全理解這些參數(shù)在網(wǎng)絡(luò)中是如何準確協(xié)作的，以及為什么它們能夠生成如此準確的回答。科學上，這種現(xiàn)象被稱為涌現(xiàn)。

我們知道，這些參數(shù)構(gòu)建并維護了某種形式的知識數(shù)據(jù)庫。然而，這種數(shù)據(jù)庫有時表現(xiàn)得既奇怪又不完美。例如，一個大型語言模型（LLM）可能會正確回答“誰是小明的母親？”這個問題，但如果你問它“X的兒子是誰？”，它可能會回答“我不知道”。這種現(xiàn)象通常被稱為遞歸詛咒。

4. 訓練大模型的步驟

預訓練，訓練需要對大量互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)進行有損壓縮，輸出參數(shù)文件

?收集大量互聯(lián)網(wǎng)文本數(shù)據(jù)。

?準備強大的計算資源，如GPU集群。

?執(zhí)行訓練，生成基本模型。

微調(diào)階段：

?準備高質(zhì)量的訓練數(shù)據(jù)，如問答對。

?在這些數(shù)據(jù)上調(diào)整模型參數(shù)，優(yōu)化性能。

?進行評估和部署，確保模型達到預期效果。

微調(diào)階段 - 比較

對于每個問題，人工標注者都會比較輔助模型的多個答案，并標注出最佳答案。這一步驟稱為從人類反饋中強化學習（RLHF）。

5. 模型性能提升

1.模型越大，能力越強：

?參數(shù)量：模型的規(guī)模通常與其參數(shù)量成正比。參數(shù)是模型學習到的知識的載體，參數(shù)越多，模型能夠捕捉的信息和模式就越豐富，從而能夠處理更復雜的任務。

?學習能力：大模型通常擁有更強的學習能力。它們能夠從大量數(shù)據(jù)中學習到更深層次的特征和規(guī)律，這使得它們在諸如自然語言處理、圖像識別等任務上表現(xiàn)更佳。

?泛化能力：大模型往往有更好的泛化能力，即在面對未見過的數(shù)據(jù)時，也能做出準確的預測和判斷。

2.工具越多，能力越強：

?功能擴展：為AI模型提供各種工具，可以使其功能得到顯著擴展。例如，集成搜索引擎可以讓模型訪問互聯(lián)網(wǎng)信息，增強其回答問題的能力。

?多任務處理：工具的集成使得AI模型能夠同時處理多種任務。例如，集成計算器功能可以讓模型執(zhí)行數(shù)學計算，集成編程接口則可以讓模型編寫代碼。

?靈活性和適應性：擁有多種工具的AI模型更加靈活和適應性強，能夠根據(jù)任務需求快速調(diào)整其行為和策略。類似于人類通過使用工具解決各種任務。

面臨的問題

幻覺

幻覺問題指的是大模型在生成文本時可能會產(chǎn)生與現(xiàn)實世界事實不一致的內(nèi)容。這種現(xiàn)象可以分為幾種類型:

1.事實性幻覺（Factuality Hallucination）：模型生成的內(nèi)容與可驗證的現(xiàn)實世界事實不一致。大模型可能生成聽起來合理但實際上錯誤的信息，例如，生成一篇關(guān)于一個不存在的歷史事件的文章，模型可能生成一篇關(guān)于“拿破侖在月球上宣布法國勝利”的文章，盡管這在現(xiàn)實中從未發(fā)生過。

2.忠實性幻覺（Faithfulness Hallucination）：模型生成的內(nèi)容與用戶的指令或上下文不一致。例如在一個關(guān)于健康飲食的討論中，模型可能突然開始討論健身運動，盡管這與用戶的問題不直接相關(guān)。

產(chǎn)生幻覺的原因可能包括：

?使用的數(shù)據(jù)集存在錯誤信息或偏見。

?模型過度依賴訓練數(shù)據(jù)中的模式，可能導致錯誤的關(guān)聯(lián)。

?預訓練階段的架構(gòu)缺陷，如基于前一個token預測下一個token的方式可能阻礙模型捕獲復雜的上下文關(guān)系。

?對齊階段的能力錯位，即模型的內(nèi)在能力與標注數(shù)據(jù)中描述的功能之間可能存在錯位。

為了緩解幻覺問題，研究者們提出了多種方法，如改進預訓練策略、數(shù)據(jù)清理以消除偏見、知識編輯、檢索增強生成（RAG）等。

安全性問題

安全性問題涉及大模型可能遭受的惡意攻擊和濫用，以及它們對用戶隱私和數(shù)據(jù)安全的潛在威脅:

1.對抗樣本攻擊：攻擊者可能構(gòu)造特殊的輸入樣本，導致模型做出錯誤的預測。

2.后門攻擊：在模型中植入后門，使得在特定觸發(fā)條件下模型表現(xiàn)出異常行為。

3.成員推斷攻擊：攻擊者嘗試推斷出訓練集中是否包含特定的數(shù)據(jù)點。

4.模型竊取：通過查詢模型來復制其功能，侵犯模型版權(quán)。

5.數(shù)據(jù)隱私泄露：模型可能泄露訓練數(shù)據(jù)中的敏感信息。

為了提高大模型的安全性，業(yè)界和研究界正在探索多種安全防護策略，包括：

?加強數(shù)據(jù)的采集和清洗過程，確保數(shù)據(jù)質(zhì)量和安全性。

?對模型進行加固，提高其抗攻擊能力。

?采用加密存儲和差分隱私技術(shù)來保護數(shù)據(jù)隱私。

?增強模型的可解釋性，以便更好地理解和控制模型行為。

相關(guān)技術(shù)

Prompt Engineering (提示詞工程)

是什么

提示詞(prompt)是人與大模型交互的重要媒介。因此，對提示詞的掌握、使用、研究，便具有非常重大的意義。從人機交互出發(fā)，將大模型視為一種特殊的、很強大的計算設(shè)備，那么，提示詞之于我們：“prompt是一種新型的自然用戶界面”。

大多數(shù)的prompt具有以下的形式：由「指令」(instruction)和「內(nèi)容」(content)兩部分構(gòu)成。其中，指令部分為我們需要大模型做的事，如“判斷下列句子的情感”，而內(nèi)容則為真正的句子，如“我今天很高興”。注意，并不是所有的prompt都必須是這樣的形式，如比較簡短的prompt：“中國的首都在哪里”、“模仿百年孤獨的開頭寫一段話”等這種言簡意賅的prompt就只有指令、內(nèi)容為空。

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Prompt的不同分類

Prompt千變?nèi)f化、不可名狀，其主要由以下幾種常見形式構(gòu)成：

?Zero-shot prompt:零樣本的prompt。此為最常見的使用形式。之所以叫zero-shot，是因為我們直接用大模型做任務而不給其參考示例。這也被視為評測大模型能力的重要場景之一。

?Few-shot prompt:與zero-shot相對，在與大模型交互時，在prompt中給出少量示例。

?Role prompt:與大模型玩“角色扮演”游戲。讓大模想象自己是某方面專家、因而獲得更好的任務效果。

?Instruction prompt:指令形式的prompt。

?Chain-of-thought prompt:常見于推理任務中，通過讓大模型“Let's think step by step”來逐步解決較難的推理問題。

?Multimodal prompt:多模態(tài)prompt。顧名思義，輸入不再是單一模態(tài)的prompt，而是包含了眾多模態(tài)的信息。如同時輸入文本和圖像與多模態(tài)大模型進行交互，現(xiàn)在的4o就能做到。

Prompt技巧（后續(xù)章節(jié)詳解）

Prompt或許并不是人類與大模型進行交互的唯一和最好的方式，但一定是當下使用最多的方式。

RAG（Retrieval-Augmented Generation）

什么是RAG

RAG（Retrieval-Augmented Generation）技術(shù)是一種結(jié)合檢索和生成的方法，用于提升大語言模型（LLM）在知識密集型任務中的性能。通過一個兩階段的過程提升LLMs的輸出質(zhì)量：

?檢索（Retrieval）階段，可以從各種數(shù)據(jù)源檢索相關(guān)信息；

?生成（Generation）階段，將檢索到的文檔與原始查詢，形成提示模板，一起輸入到生成模型中，產(chǎn)生最終的回答。

這種方法使模型擁有了利用實時和外部的知識庫（非訓練時使用的數(shù)據(jù)）的能力，提高了其在特定問題處理上的靈活性和準確性。

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RAG解決什么問題

大型語言模型（LLM）雖然在多個領(lǐng)域展現(xiàn)出了卓越的性能，但在實際業(yè)務場景中仍面臨一些挑戰(zhàn)：

?知識的局限性：LLM的知識僅限于其訓練數(shù)據(jù)，對于實時性、非公開或離線數(shù)據(jù)的獲取存在困難。

?幻覺問題：基于概率的輸出可能導致模型生成不準確的信息。

?數(shù)據(jù)安全性：企業(yè)對于數(shù)據(jù)泄露風險的擔憂限制了對第三方平臺的依賴。

為了解決這些問題，RAG作為一套有效的解決方案應運而生。

RAG工作原理

分為三個部分：索引、檢索、生成。

1.索引 Indexing：處理外部知識源，將知識源分割為chunk，編碼為向量，存儲在向量數(shù)據(jù)庫 Vetor-DataBase 中。

2.檢索 Retrieval: 接受用戶問題，將問題編碼為向量，用這些向量去向量數(shù)據(jù)庫中找到最相關(guān)的文檔庫 top-k chunks。

3.生成 Generation: 將檢索到的文檔與原始問題一起作為提示 （Promot）輸入到LLM中，生成回答。

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RAG的優(yōu)勢

?知識豐富：RAG能夠訪問和利用大量的外部知識，提供更全面的回答。

?上下文相關(guān)性：通過檢索到的信息，RAG能夠生成與用戶查詢高度相關(guān)的響應。

?靈活性：適用于問答系統(tǒng)、內(nèi)容創(chuàng)作等多種應用場景。

?減少幻覺：結(jié)合實際數(shù)據(jù)，降低生成錯誤信息的風險。

RAG 的應用場景

?問答系統(tǒng)：RAG可以用于問答系統(tǒng)，其中檢索模型可以根據(jù)用戶的問題從大規(guī)模的文本數(shù)據(jù)庫或者互聯(lián)網(wǎng)中檢索相關(guān)答案，生成模型則可以將檢索到的信息轉(zhuǎn)化為自然語言的回答。

?文本摘要：RAG可以用于文本摘要任務，其中檢索模型可以檢索與原文相關(guān)的摘要信息，生成模型則可以基于檢索到的信息生成更準確和完整的摘要。

?對話系統(tǒng)：RAG可以應用于對話系統(tǒng)，其中檢索模型可以檢索與對話歷史相關(guān)的信息，生成模型則可以基于檢索到的信息生成更連貫和準確的回復。

?事實核查：RAG 可以幫助識別和生成基于證據(jù)的解釋，以驗證陳述的真實性。

?內(nèi)容推薦：在推薦系統(tǒng)中，RAG 可以根據(jù)用戶的歷史行為和偏好，檢索并生成個性化的內(nèi)容推薦。

RAG 是一種強大的技術(shù)，但它也有一些局限性，比如對檢索系統(tǒng)性能的依賴，以及可能生成的答案質(zhì)量受限于檢索到的文檔片段的質(zhì)量。隨著技術(shù)的進步，RAG 及其變體在處理復雜的認知任務方面展現(xiàn)出了巨大的潛力。

Agent智能體

為什么出現(xiàn)LLM Agent

近年來，人工智能（AI）和自然語言處理（NLP）技術(shù)迅猛發(fā)展，特別是大型語言模型（LLM）的出現(xiàn)，如 OpenAI 的 GPT 系列。這些模型展示了在各種任務中的卓越表現(xiàn)，從文本生成到對話系統(tǒng)。然而，盡管 LLM 擁有強大的處理和理解能力，它們的應用仍然需要進一步的優(yōu)化和具體化。LLM Agent 的出現(xiàn)正是為了解決這些需求，實現(xiàn)更靈活、更智能的自動化任務處理。

1.復雜任務需求：傳統(tǒng)的 AI 系統(tǒng)在處理復雜任務時往往需要大量的領(lǐng)域知識和手工調(diào)試。LLM Agent 通過預訓練模型和少量的微調(diào)，可以更好地適應各種復雜任務。

2.人機交互提升：隨著用戶對于智能助手和對話系統(tǒng)的需求不斷增加，LLM Agent 可以提供更自然、更流暢的交互體驗。

3.自動化和效率：在企業(yè)和個人生活中，自動化任務需求逐漸增加。LLM Agent 能夠通過自然語言指令執(zhí)行多種任務，提升效率。

LLM Agent是什么

簡單來說，LLM Agent是基于大型語言模型（如GPT-4）開發(fā)的智能代理。它不僅能理解和生成自然語言，還能執(zhí)行一系列復雜的任務，如回答問題、生成文本、進行對話等。想象一下，你的計算機能夠像人類一樣理解你的問題并提供有用的答案。

LLM充當 Agent 大腦的角色，并由幾個關(guān)鍵組件組成：規(guī)劃（Planning）、記憶（Memory）、工具（Tool Use)

?規(guī)劃

?子目標拆解：復雜任務不是一次性就能解決的，需要拆分成多個并行或串行的子任務來進行求解，任務規(guī)劃的目標是找到一條最優(yōu)的、能夠解決問題的路線。

?反思和完善：智能體可以對過去的行為進行自我批評和自我反思，從錯誤中吸取教訓，并針對未來的步驟進行完善，從而提高最終結(jié)果的質(zhì)量。

?記憶

?短期記憶：所有的上下文學習（提示詞工程）都是利用模型的短期記憶來學習。

?長期記憶：為 Agent 提供了長時間保留和回憶（無限）信息的能力，通常是通過利用外部向量存儲和快速檢索。

?工具

?調(diào)用外部 API 來獲取模型權(quán)重中缺失的額外信息（通常在預訓練后很難更改），包括當前信息、代碼執(zhí)行能力、對專有信息源的訪問等。

LLM Agent 的優(yōu)勢

1.高效性：LLM Agent 可以快速理解和處理自然語言指令，減少了任務處理的時間和復雜度。

2.靈活性：通過少量的微調(diào)，LLM Agent 可以適應不同的應用場景，從而具有很高的靈活性。

3.用戶體驗提升：得益于強大的自然語言處理能力，LLM Agent 能夠提供更加自然和智能的交互體驗，提升用戶滿意度。

4.可擴展性：LLM Agent 可以不斷學習和擴展新的功能和知識，使得它在長期使用中表現(xiàn)越來越好。

LLM Agent 的應用

?自動化客服：LLM Agent可以提供24/7的客戶服務，自動回答用戶的查詢，提高服務效率和用戶滿意度。

?內(nèi)容創(chuàng)作：從博客文章到營銷文案，LLM Agent可以幫助內(nèi)容創(chuàng)作者生成初稿或提供寫作靈感。

?數(shù)據(jù)分析與摘要：LLM Agent可以從大量文本數(shù)據(jù)中提取關(guān)鍵信息，生成報告摘要，幫助決策者快速獲取信息。

?教育和培訓：在教育領(lǐng)域，LLM Agent可以提供個性化的學習材料，輔助語言學習，或者作為智能輔導員。

?研究助手：對于研究人員，LLM Agent可以幫助文獻搜索、信息整理，甚至參與創(chuàng)造性的研究過程。

多模態(tài)

多模態(tài)定義

什么是多模態(tài)呢？簡單來說，多模態(tài)就像是一個多才多藝的藝術(shù)家，能夠同時使用多種藝術(shù)形式來創(chuàng)作作品。在AI領(lǐng)域，多模態(tài)模型能夠同時處理和理解多種類型的數(shù)據(jù)，比如文字、圖像、聲音和視頻。

為什么需要多模態(tài)

為什么我們需要能夠處理多種數(shù)據(jù)類型的AI模型呢？原因很簡單：我們的世界是多模態(tài)的。我們交流和感知世界不僅僅通過語言，還包括視覺、聽覺等多種方式。多模態(tài)模型能夠更全面地理解和模擬人類的交流和感知方式，使得AI能夠更自然地與人類互動。

多模態(tài)的作用和特點

多模態(tài)模型就像是我們的大腦，能夠同時處理和理解來自眼睛（視覺信息）、耳朵（聽覺信息）和其他感官的數(shù)據(jù)。作用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1.信息整合：能夠?qū)⒉煌愋偷男畔⒄显谝黄穑岣呃斫夂头治龅臏蚀_性。

2.增強表現(xiàn)力：通過結(jié)合多種數(shù)據(jù)源，模型可以表現(xiàn)出更強的感知和認知能力。

3.提高魯棒性：多模態(tài)模型可以在某種類型數(shù)據(jù)缺失或不完整的情況下，依靠其他數(shù)據(jù)類型來彌補，從而提高整體性能。

與單一模態(tài)的模型相比，多模態(tài)模型具有以下特點：

1.多源數(shù)據(jù)處理：能夠同時處理圖像、文字、聲音等多種數(shù)據(jù)類型。

2.更強的泛化能力：在不同的應用場景下表現(xiàn)更好，因為它們能夠整合更多的信息。

多模態(tài)模型的應用案例

多模態(tài)模型在很多領(lǐng)域有著廣泛的應用。以下是幾個典型的例子：

1.醫(yī)療診斷：通過結(jié)合病人的影像數(shù)據(jù)（如X光片）、文字數(shù)據(jù)（病歷）和生理數(shù)據(jù)（心電圖），多模態(tài)模型可以提供更準確的診斷結(jié)果。

2.自動駕駛：多模態(tài)模型可以結(jié)合攝像頭圖像、雷達數(shù)據(jù)和GPS信息，幫助自動駕駛汽車更好地理解周圍環(huán)境，提高安全性。

3.智能客服：通過整合語音識別、自然語言處理和情感分析，多模態(tài)模型可以提供更自然、更人性化的客服服務。

多模態(tài)大模型是人工智能領(lǐng)域的重要進展，它們通過整合多種類型的數(shù)據(jù)，顯著提升了模型的表現(xiàn)力和魯棒性。這不僅使得人工智能系統(tǒng)能夠更好地理解復雜的現(xiàn)實世界，也為未來的技術(shù)發(fā)展帶來了無限可能。無論是在醫(yī)療、交通還是日常生活中，多模態(tài)大模型正逐步改變我們的生活方式。

應用實例（簡單列舉）

斯坦福小鎮(zhèn)

文生圖 圖生圖 圖生視頻

?

LLM OS

上古卷軸破解

未來

?

隨著AI技術(shù)的不斷發(fā)現(xiàn)和進步，AI與人類的協(xié)同關(guān)系將不斷演進和深化。我們期待著在未來，AI能夠成為我們最得力的助手和伙伴，共同迎接更加智能和高效的未來。我們可以預見以下幾個趨勢：

?更高的自主性：AI將逐步從輔助工具發(fā)展為能夠獨立完成復雜任務的智能代理。這將解放人類的生產(chǎn)力，使我們能夠?qū)Ｗ⒂诟邉?chuàng)造性和戰(zhàn)略性的工作。

?更緊密的協(xié)同：AI與人類的協(xié)同方式將更加多樣化和靈活化。通過改進人機交互界面和協(xié)同算法，AI將能夠更好地理解人類的意圖和需求，實現(xiàn)更高效的合作。

?廣泛的應用場景：AI技術(shù)將滲透到各行各業(yè)，從醫(yī)療、教育到金融、制造業(yè)，AI將成為推動行業(yè)變革的重要力量。特別是在Agent模式下，AI將能夠在更多領(lǐng)域中自主完成任務，帶來前所未有的效率提升和創(chuàng)新機會。

審核編輯 黃宇