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让代码自动补全的全套流程

AI 如果真的可以写代码了,程序员将何去何从?近几年,NLP 领域的生成式任务有明显的提升,那通过 AI 我们可以让代码自动完成后续补全吗?本文主要介绍了如何使用 GPT2 框架实现代码自动补全的功能。

作者: 腾讯技术工程|2020-07-31 07:44

作者:熊唯,黄飞 ,腾讯 PCG/QQ研发中心/CV应用研究组

AI 如果真的可以写代码了,程序员将何去何从?近几年,NLP 领域的生成式任务有明显的提升,那通过 AI 我们可以让代码自动完成后续补全吗?本文主要介绍了如何使用 GPT2 框架实现代码自动补全的功能。

如果 AI 真的可以自己写代码了,程序员将何去何从?

我去年做过一个代码补全的小功能,打包为 androidStudio 插件,使用效果如下:

代码补全模型预测出的结果有时的确会惊吓到我,这也能学到~? 那如果给它见识了全世界的优秀代码,再给足够量级参数和优秀的模型框架,真的可以实现需求作为输入,直接输出代码吗?

"我的需求讲完了,你的代码呢?" 希望可以看到这一天。

代码补齐功能有其他优秀插件也已实现,比如 tabnine,Kite 和国产的 aixcoder。本文主要介绍下代码补全功能需要实现的整套流程。主要包括数据,算法和工程。

数据

众所周知,算法工程师大部分时间都在处理数据。

深度学习是使用大数据训练模型的一个过程,数据是很重要的一个模块。人是会累的,休息不好还导致记忆不好。AI 是你给多少数据它就能存储接收多少数据,学不到信息那是人的错,给的数据不好或者算法设计不好。所以我们先尽可能多的准备好训练数据。

1、数据采集

本文的目的是代码补全,训练数据就是代码段。考虑到每种语言风格和语法都不一致,所以单个模型只针对一种代码语言。

我使用的训练数据主要来源于 GitHub,编写了一个简单的爬虫代码,指定语言后根据 stars 的排序下载工程。

Github 的 search API 官方地址:

https://developer.github.com/v3/search/

2、数据清理

直接下载的数据肯定是不能直接用的,我们还需要对数据进行清理。

首先,我们的训练数据只需要工程中的代码文件,以 java 工程为例,我们只保留.java 结尾的文件,其他文件可剔除。

其次,我的代码补全目标是代码段,不针对注释功能。而且对于代码补全训练时,我们是会给定一定范围的上文,如果存在注释段会占用有效代码信息。另外注释除英文外其他字符不在我的训练 vocab 范围内,所以需要对代码中注释和日志进行清理。

1.删除代码行中存在除符号和英文外的字符

2.删除日志行

3.删除注释行,主要针对以下格式

  1. /* 注释文本*/ 
  2.  
  3. /** 
  4. 注释段落 
  5. */ 
  6.  
  7. // 注释文本 
  8.  
  9.  code //注释 

经过以上数据清理后,得到纯代码数据。

3、数据编码

得到了训练数据后还需要把代码文本进行编码。本文使用的是 bpe(byte pair encoder)字节对编码,主要为了数据压缩。bpe 简单理解为将一个单词再拆分为多个字母组合,比如 tencent 拆分为 ten-cent,这些组合方式则是根据大量数据,统计频率得到。由于我们期待的代码补全功能是在行首输入几个字母,根据上文预期出本行内容。

假设 tensorflow 这个 token 被编码对应到一个 id,那我希望输入 ten 就输出 tensorflow 是无法实现的。所以在训练过程中,我会随机把 token 打断,比如将 tensorflow 打断为 t-en-sor-flow 进行编码,打断原则是被切分的部分一定要在词汇表中。数据编码后,代码的每个 token 被编码为 1~N 个 id。模型预测到的 id 反编码为 token 即可。回车符认为是预测的终止符。经过以上处理,我们就准备好了训练数据,下面就可以进行算法部分了。

模型算法

众所周知,算法工程师大部分时间都在研究算法。

在腾讯文档的错别字纠错需求中,我们采用了基于 LSTM 的 seq2seq 以及 facebook 提出的基于 CNN 的 seq2seq,可以得到不错的纠错效果。直到 NLP 出现了一个"网红"--BERT,采用后精度直接提升 8 个点左右,不亏是 google。下面先简单介绍下 bert 和 gpt2。

BERT 和 GPT2

2017 年中 google 提出了 Transformer 结构。不用 rnn,不用 cnn,提出 attention is all you need。2018 年 openAI 采用了 transformers 结构在 18 年发布了 GPT。同年 google AI Language 发布了 bert 论文,提出的 BERT 模型在 11 个 NLP 任务上刷新了记录。2019 年 openAI 又推出了 GPT-2 模型。。

BERT(Bidirectional Encoder Representation from Transformers)是基于 transformers 框架的 encoder 部分,自编码语言模型,适合 N-1(比如句子分类),N-N(比如词性标注)的任务,但是它并不适合做生成任务。

GPT(Generative Pre-Training)基于 transformers 的 decoder 部分,自回归语言模型,适合生成式任务。

Transformer框架图

GPT2和BTER框架示意图

代码补全功能就是基于 GPT2 框架,OPenAI 官方提供了多套 GPT2 预训练模型:

官方提供GPT2参数

作为一个经常要把模型部署到移动端的 CVer,看到这个参数级别,我选择最小的模型进行 finetune。

对于 GPT 算法,下面这篇文章讲的很好,感兴趣同学可以看看:

https://zhuanlan.zhihu.com/p/137350403

GPT2的预测过程

本文在训练中使用 512 个上文,预测到回车符为终止。模型网络使用超参:12 个层,768 个隐藏节点,12 个 heads,采用了 uber 的 Horovod 分布式框架进行训练。

infer 阶段采用 beam-search 会导致整个预测过程特别耗时,所以参考了https://arxiv.org/abs/1904.09751论文,采用 top-k sampling,每次预测 top3 的结果再通过概率阈值过滤后作为最终候选输出。

最终 infer 效果:

输入一段代码,预测出后续代码,以回车符截止。

工程

众所周知,算法工程师大部分时间都在做工程。

训练出模型后,还要把模型应用起来,所以还需要一些工程工作需要实现。代码补全功能,最合适的应用场景就是上 IDE。nlp 模型不太适合在本机部署,最终选择了在 GPU 机器上部署模型,然后终端通过 http 请求获取预测文本显示的方案。

后台部署

Flask 是一个 Web 应用程序框架,灵活,轻便,容易上手。本文简单介绍如何利用 flask 启动一个 web 服务,以及如何访问和调用我们的功能接口。首先我们创建一个 conda 环境:

  1. conda create -n flask python=3.6 
  2. source activate flask 
  3. pip install flask 

代码中增加一个接口函数:

  1. from flask import Flask 
  2. from flask import request 
  3. app = Flask() 
  4.  
  5.  
  6. # route把一个函数绑定到对应的 url 上 
  7. @app.route("/plugin",methods=['GET',]) 
  8. def send(): 
  9.     data = request.args.get('data'
  10.    # 模型预测逻辑 
  11.     out =  model_infer(data) 
  12.     return out 
  13.  
  14. if __name__ == '__main__'
  15.     app.run(host='0.0.0.0',port=8080, debug=False

执行 run.py 代码,后台服务开启运行:

客户端请求:

  1. url = http://ip:8080/plugin?data="输入" 

其中 model_infer 函数需要实现模型的 infer 前向计算逻辑,从请求中获取 data 字段作为输入,infer 预测的结果列表作为输出返回给调用方。

经过上面的工作,我们已经提供了一个服务接口,返回我们代码补全的预测结果。

插件编写

最后一步就是如何在 IDE 上使用功能了。我们要开发 AS 的插件,需要使用 IntelliJ,首先需要在本机安装配置 IntelliJ IDEA

下载地址:

https://www.jetbrains.com/idea/download/

社区版源码:

https://github.com/JetBrains/intellij-community

好用的插件可以节省程序员很多时间,在插件实现时,我还添加了一个小的 git-blame 功能,实时查看指定行的 git 提交人,对于手 Q 这种多人合作的工作,比较实用。大家也可以通过 IntelliJ 自己开发一些常用功能。

gitBlame 的主要代码:

  1. public class GitBlame extends AnAction { 
  2.  
  3.     private void showPopupBalloon(final Editor editor, final String result) { 
  4.         ApplicationManager.getApplication().invokeLater(new Runnable() { 
  5.             public void run() { 
  6.                 JBPopupFactory factory = JBPopupFactory.getInstance(); 
  7.                 factory.createHtmlTextBalloonBuilder(result, null, new JBColor(new Color(186, 238, 186), new Color(73, 117, 73)), null
  8.                         .setFadeoutTime(5000) 
  9.                         .createBalloon() 
  10.                         .show(factory.guessBestPopupLocation(editor), Balloon.Position.below); 
  11.             } 
  12.         }); 
  13.     } 
  14.  
  15.     @Override 
  16.     public void actionPerformed(AnActionEvent e) { 
  17.         // TODO: insert action logic here 
  18.         //获得当前本地代码根目录 
  19.         String base_path = e.getProject().getBasePath(); 
  20.         String file_path = e.getProject().getProjectFilePath(); 
  21.         //获取编辑mEditor 
  22.         final Editor mEditor = e.getData(PlatformDataKeys.EDITOR); 
  23.         if (null == mEditor) { 
  24.             return
  25.         } 
  26.         SelectionModel model = mEditor.getSelectionModel(); 
  27.         final String selectedText = model.getSelectedText(); 
  28.         if (TextUtils.isEmpty(selectedText)) { 
  29.             return
  30.         } 
  31.  
  32.         //获取当前编辑文档的目录 
  33.         PsiFile mPsifile = e.getData(PlatformDataKeys.PSI_FILE); 
  34.         VirtualFile file = mPsifile.getContainingFile().getOriginalFile().getVirtualFile(); 
  35.         if (file != null && file.isInLocalFileSystem()) { 
  36.             file_path = file.getCanonicalPath(); 
  37.         } 
  38.         //gitkit工具 
  39.         JGitUtil gitKit = new JGitUtil(); 
  40.         String filename = file_path.replace(base_path+"/",""); 
  41.         //得到blame信息 
  42.         int line_index = mEditor.getSelectionModel().getSelectionStartPosition().getLine(); 
  43.         String blame_log = gitKit.git_blame(base_path,filename,line_index); 
  44.  
  45.         //展示 
  46.         if (!blame_log.isEmpty()){ 
  47.             showPopupBalloon(mEditor, blame_log); 
  48.         } 
  49.     } 

本文的代码补全插件主要代码逻辑为调用上一步后台部署的请求。

  1. // 请求url格式(和flask接口一致) 
  2. String baseUrl = "http://ip:8080/plugin?data="
  3. // 获取当前编辑位置文本 
  4. PsiFile str = position.getContainingFile(); 
  5. // 根据模型上文限制获取代码端 
  6. String data = getContentCode(); 
  7. String url = baseUrl+data; 
  8. // 发送请求 
  9. String result = HttpUtils.doGet(url); 
  10. // 后处理逻辑,在提示框显示预测结果 
  11. show() 

最终呈现形式:

可以看出,模型的预计结果还是不错的~

以上为代码补全功能的实现和应用,算是 AI 自动写代码的一小步。

AI 能否自己写代码,达到疑犯追踪里 TM 那种水平,我不敢说一定不可能,但以我目前的认知是实现不了,毕竟写代码的是程序员,给算法喂数据的是程序员,算法设计还是程序员,AI 连帮人类解 bug 的功能都还不出现!\

参考资料:

[1] https://arxiv.org/abs/1706.03762

[2] https://arxiv.org/abs/1810.04805

[3] https://github.com/openai/gpt-2

[4] https://arxiv.org/abs/1904.09751

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【责任编辑:武晓燕 TEL:(010)68476606】

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