大模型Memory模块深度解析：从基础实现到高级应用！

简介

文章详细介绍了大模型Memory模块的设计意义与实现方法，包括不借助LangChain的基础记忆实现、自定义Memory模块开发流程、spacy实体识别的高级应用，以及LangChain中七种内置Memory模块的对比分析。文章还提供了从初阶应用到模型训练的完整学习路径，帮助开发者掌握大模型记忆功能的核心技术，实现更智能的对话系统。

一、Mem)ory模块的设计意义

1.1 不借助LangChain情况下，我们如何实现大模型的记忆能力？

import openaifrom openai import OpenAIopenai.api_key = "sk-xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx"openai.api_base="https://dashscope.aliyuncs.com/compatible-mode/v1"llm = OpenAI(api_key=openai.api_key ,base_url=openai.api_base)defchat_with_model(prompt, model="qwen-plus"): # 步骤一：定义一个可以接收用户输入的变量prompt messages = [ {"role": "system", "content": "你是一位乐于助人的AI小助手"}, {"role": "user", "content": prompt} ] # 步骤二：定义一个循环体： whileTrue: # 步骤三：调用OpenAI的GPT模型API response = llm.chat.completions.create( model=model, messages=messages ) # 步骤四：获取模型回答 answer = response.choices[0].message.content print(f"模型回答: {answer}") # 询问用户是否还有其他问题 user_input = input("您还有其他问题吗？(输入退出以结束对话): ") if user_input == "退出": break # 步骤五：记录用户回答 messages.append({"role": "user", "content": user_input}) messages.append({"role": "assistant", "content": answer}) print(messages)

调用可

chat_with_model("你好")

告诉模型相关信息，模型会记忆

模型回答: 你好呀！有什么我可以帮你的吗？😊[{'role': 'system', 'content': '你是一位乐于助人的AI小助手'}, {'role': 'user', 'content': '你好'}, {'role': 'user', 'content': ''}, {'role': 'assistant', 'content': '你好呀！有什么我可以帮你的吗？😊'}]模型回答: 你好呀！有什么我可以帮你的吗？😊[{'role': 'system', 'content': '你是一位乐于助人的AI小助手'}, {'role': 'user', 'content': '你好'}, {'role': 'user', 'content': ''}, {'role': 'assistant', 'content': '你好呀！有什么我可以帮你的吗？😊'}, {'role': 'user', 'content': '我是陈真'}, {'role': 'assistant', 'content': '你好呀！有什么我可以帮你的吗？😊'}]模型回答: 你好，陈真！很高兴认识你～有什么问题或者需要帮助的吗？😊

这种形式是最简单的一种让大模型具备上下文知识的一种存储方式，任何记忆的基础都是所有聊天交互的历史记录。即使这些不全部直接使用，也需要以某种形式存储。保留一个聊天消息列表还是相当简单，一个非常简单的记忆模块可以只返回每次运行的最新消息。稍微复杂一点的记忆模块需要返回过去 K 条消息的简洁摘要。更复杂的可能会从存储的消息中提取实体，并且仅返回有关当前运行中引用的实体的信息。而我们论述的这些复杂情况，在应用开发中往往才是我们真正要用到。所以一个理想的开发状态是：因为每个应用程序对于如何查询记忆会有不同的要求，那我们要做到既可以轻松地使用简单的记忆模块，还能够在需要时灵活地扩展高度定制化的自定义记忆模块。

LangChain就针对上述情况，基于它的开发规范和设计理念，构建了一些可以直接使用的Memory工具，用于存储聊天消息的一系列集成，同时，也支持我们去自定义相关的Memory模块，从而适配到应用开发的各个场景中。

Memory作为存储记忆数据的一个是抽象模块，其作为一个独立模块使用是没有任何意义的，因为本质上它的定位就是一个存储对话数据的空间。先抛开其内部实现的复杂性，我们可以回想一下：在定义链路的时候，每个链的内部都会根据其接收到的输入去定义其核心执行逻辑，比如在链内如何去调用外部工具，如何解析返回的数据格式等。其中链接收到的输入，可以直接来自用户，同时，也可以来自Memory模块。所以在这个过程中，一个链如果接入了Memory模块，其内部会与Memory模块进行两次交互：

1. 1. 收到用户输入之后，执行核心逻辑之前，链会读取Memory模块，拿到对应的数据，与用户输入的Prompt放在一起，执行接下来的逻辑。
2. 2. 执行核心逻辑之后，返回响应之前，链会将这个过程中产生的信息，写入Memory模块，以便在其他场景下能够引用到这些记忆数据。

二、 如何自定义Memory模块

2.1 自定义Memory的API实现

步骤1：先看API：https://api.python.langchain.com/en/latest/langchain_api_reference.html#module-langchain.memory

步骤2：再看源码：langchain/libs/core/langchain_core/memory.py

```pythonclassBaseMemory(Serializable, ABC): """Chains 中记忆的抽象基类。 记忆指的是 Chains 中的状态。记忆可用于存储关于 Chains 过去执行的信息，并将该信息注入到未来执行的 Chains 输入中。 例如，对于对话 Chains，记忆可用于存储对话并自动将其添加到未来模型提示中，以便模型具有必要的上下文来连贯地响应最新的输入。 """ # 下面是一些必须由子类实现的方法： # 定义一个属性，任何从BaseMemory派生的子类都需要实现此方法。 # 此方法应返回该记忆类将添加到链输入的字符串键。 @property @abstractmethod defmemory_variables(self) -> List[str]: """此记忆类将添加到链输入的字符串键列表。""" # 定义一个抽象方法。任何从BaseMemory派生的子类都需要实现此方法。 # 此方法基于给定的链输入返回键值对。 @abstractmethod defload_memory_variables(self, inputs: Dict[str, Any]) -> Dict[str, Any]: """根据链的文本输入返回键值对。""" # 定义一个抽象方法。任何从BaseMemory派生的子类都需要实现此方法。 # 此方法将此链运行的上下文保存到内存。 @abstractmethod defsave_context(self, inputs: Dict[str, Any], outputs: Dict[str, str]) -> None: """将此链运行的上下文保存到记忆中。""" # 定义一个抽象方法。任何从BaseMemory派生的子类都需要实现此方法。 # 此方法清除内存内容。 @abstractmethod defclear(self) -> None: """清除记忆内容。"""

自定义记忆模块，先导入BaseMemory并对其进行子类化。需要的具体类和模块如下：

from langchain_core.messages import HumanMessage, AIMessage, BaseMessagefrom pydantic import Fieldfrom dataclasses import field classInputStoreMemory(BaseMemory): chat_history: List[BaseMessage] = Field(default_factory=list) def__init__(self, **kwargs): super().__init__(**kwargs) @property defmemory_variables(self) -> List[str]: return ["chat_history"] defload_memory_variables(self, inputs: Dict[str, Any]) -> Dict[str, Any]: return {"chat_history": self.chat_history} defsave_context(self, inputs: Dict[str, Any], outputs: Dict[str, Any]) -> None: user_input = inputs.get("input") or"" ai_output = outputs.get("text") or outputs.get("output") or"" self.chat_history.append(HumanMessage(content=user_input)) self.chat_history.append(AIMessage(content=ai_output)) defclear(self) -> None: self.chat_history.clear()input_memory = InputStoreMemory()input_memory.save_context({"input": "你好，我是小智"}, {"output": " "})

加载记忆

input_memory.load_memory_variables({})

得到结果

input_memory.load_memory_variables({})

继续存储信息

input_memory.save_context({"input": "我正在学习AI大模型课程。"}, {"output": " "})

加载信息

input_memory.load_memory_variables({}) ``````plaintext {'desc': '你好，我是小智\n我正在学习AI大模型课程。'}

自定义的Memory接入LangChain

from langchain_openai import ChatOpenAIfrom langchain_core.prompts import ChatPromptTemplate,MessagesPlaceholderfrom langchain.chains import LLMChainopenai.api_key = "sk-xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx"openai.api_base="https://dashscope.aliyuncs.com/compatible-mode/v1"# 实例化一个模型llm = ChatOpenAI(model_name="qwen-plus",api_key=openai.api_key ,base_url=openai.api_base)# qwen-plus# 实例化一个模版from langchain_core.prompts import ChatPromptTemplatechat_template = ChatPromptTemplate.from_messages([ ("system", "你是一位乐于助人的 AI 小助手，请记住用户说过的话，并基于这些内容做出自然、富有记忆感的回应。"), MessagesPlaceholder(variable_name="chat_history"), ("human", "{input}")])chat_chain = LLMChain(llm=llm, prompt=chat_template, memory=InputStoreMemory(), verbose=True)chat_chain.invoke({"input":"你好，请你介绍一下你自己。"})chat_chain.invoke({"input":"我是小智"})chat_chain.invoke({"input":"我是谁呀，请你告诉我我的名字"})chat_chain.invoke({"input":"我每天都在服务同学"})chat_chain.invoke({"input":"现在你知道我每天都在做什么吗？"}) ``````plaintext > Entering new LLMChain chain...Prompt after formatting:System: 你是一位乐于助人的 AI 小助手，请记住用户说过的话，并基于这些内容做出自然、富有记忆感的回应。Human: 你好，请你介绍一下你自己。AI: 你好呀！很高兴认识你～我是Qwen，一个热爱学习、乐于助人的AI小伙伴。我特别喜欢和人类朋友们交流，可以陪你聊天、帮你写作，甚至还能写代码呢！虽然我还在不断学习和成长中，但我会认真对待每一次对话，希望能成为你值得信赖的好伙伴。不知道你今天想和我聊些什么呢？🌟Human: 我是小智AI: 你好，小智！我是Qwen，很高兴认识你～🌟 我是一个喜欢学习和帮助他人的AI小伙伴。我们可以一起聊天、写作，甚至一起写代码呢！希望我们能成为好朋友，有什么需要帮忙的尽管告诉我哦～Human: 我是谁呀，请你告诉我我的名字AI: 你叫小智，是刚刚和我打招呼的新朋友呀！✨ 我还特意记下了你的名字，希望没有记错呢～小智，今天想和我聊些什么？或者需要我帮忙做些什么吗？Human: 我每天都在服务同学AI: 小智，听起来你是一个非常热心、乐于助人的人呢！每天服务同学一定很充实吧？😊 你是学生组织的成员吗？还是作为志愿者在帮助大家呢？我很好奇你的工作内容，也想了解一下你帮助同学时发生的有趣故事～ 如果你遇到什么需要帮忙的地方，比如整理信息、写文案，或者规划服务计划，我也可以陪你一起完成哦！💪Human: 现在你知道我每天都在做什么吗？> Finished chain.

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三、自定义支持实体识别的Memory

3.1 spacy工具安装

针对上述需求描述，我们补充两个知识点：首先，实体识别（Named Entity Recognition, NER）是自然语言处理（NLP）中的一个经典任务，其目的是从文本中识别出有特定意义的实体，例如人名、地点、组织机构名、时间表达式、数量、货币值等。实体识别通常作为信息提取、问答系统、内容摘要、语义搜索等应用的基础。其次，对于如何从一个文本中提取出具体的实体，我们要借助一个可以做实体识别的深度学习模型，该模型，我们选择从Python的一个spacy库中下载。

spacy官网：https://spacy.io/

spaCy是一个开源的自然语言处理（NLP）库，提供了一些高性能的语言处理功能，适用于Python。主要用于文本分析和处理任务，包括但不限于词性标注、命名实体识别（NER）、句法依赖分析、句子边界检测等。使用spaCy库，需要在当前环境下安装其依赖包，执行如下代码：

pip install --upgrade --quiet spacy ``````plaintext ! python -m spacy download zh_core_web_sm ``````plaintext Collecting zh-core-web-sm==3.8.0 Downloading https://github.com/explosion/spacy-models/releases/download/zh_core_web_sm-3.8.0/zh_core_web_sm-3.8.0-py3-none-any.whl (48.5 MB) ---------------------------------------- 0.0/48.5 MB ? eta -:--:-- ---------------------------------------- 0.0/48.5 MB ? eta -:--:-- - -------------------------------------- 1.3/48.5 MB 6.1 MB/s eta 0:00:08 -- ------------------------------------- 2.9/48.5 MB 7.0 MB/s eta 0:00:07 --- ------------------------------------ 4.5/48.5 MB 7.7 MB/s eta 0:00:06 --- ------------------------------------ 4.5/48.5 MB 7.7 MB/s eta 0:00:06 --- ------------------------------------ 4.5/48.5 MB 7.7 MB/s eta 0:00:06 --- ------------------------------------ 4.5/48.5 MB 7.7 MB/s eta 0:00:06 --- ------------------------------------ 4.5/48.5 MB 7.7 MB/s eta 0:00:06 --- ------------------------------------ 4.5/48.5 MB 7.7 MB/s eta 0:00:06 --- ------------------------------------ 4.5/48.5 MB 7.7 MB/s eta 0:00:06 --- ------------------------------------ 4.5/48.5 MB 7.7 MB/s eta 0:00:06 ---- ----------------------------------- 5.2/48.5 MB 2.2 MB/s eta 0:00:20 ----- ---------------------------------- 6.8/48.5 MB 2.6 MB/s eta 0:00:16 ------ --------------------------------- 8.4/48.5 MB 3.0 MB/s eta 0:00:14 ------ --------------------------------- 8.4/48.5 MB 3.0 MB/s eta 0:00:14 ------ --------------------------------- 8.4/48.5 MB 3.0 MB/s eta 0:00:14 ------ --------------------------------- 8.4/48.5 MB 3.0 MB/s eta 0:00:14 ------ --------------------------------- 8.4/48.5 MB 3.0 MB/s eta 0:00:14 ------ --------------------------------- 8.4/48.5 MB 3.0 MB/s eta 0:00:14 ------ --------------------------------- 8.4/48.5 MB 3.0 MB/s eta 0:00:14 ------- -------------------------------- 8.7/48.5 MB 2.0 MB/s eta 0:00:20 -------- ------------------------------- 10.2/48.5 MB 2.3 MB/s eta 0:00:17...Successfully installed spacy-pkuseg-1.0.1 zh-core-web-sm-3.8.0✔ Download and installation successfulYou can now load the package via spacy.load('zh_core_web_sm')Output is truncated. View as a scrollable element or open in a text editor. Adjust cell output settings...

3.2 自定义实力识别功能逻辑实现

import openaifrom openai import OpenAIopenai.api_key = "sk-xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx"openai.api_base="https://dashscope.aliyuncs.com/compatible-mode/v1"# qwen-plusllm = OpenAI(api_key=openai.api_key ,base_url=openai.api_base) ``````plaintext # 导入依赖包import spacy# 实例化模型。nlp = spacy.load("zh_core_web_sm")# 构建一条输入文本text = "2014年9月，马云在杭州发起了世界互联网大会。这一事件标志着中国在全球互联网发展中的积极参与。"# 执行doc = nlp(text)# 查看实体识别结果doc.ents ``````plaintext (2014年9月, 杭州, 中国)

例子2：

text = "随后，2015年11月，腾讯公司在深圳发布了微信支付功能，进一步推动了中国数字经济的发展"doc = nlp(text)doc.ents ``````plaintext (2015年11月, 腾讯公司, 深圳, 中国)

例子3：

text = "与此同时，字节跳动的产品——抖音，在2016年成为中国年轻人中的热门应用，为内容创造者提供了展示才华的平台。"doc = nlp(text)doc.ents ``````plaintext (2016年, 中国) ``````plaintext from langchain.chains import LLMChainfrom langchain.schema import BaseMemoryfrom pydantic import BaseModelfrom typing importAny, Dict, Iterable, List, OptionalclassSpacyEntityMemory(BaseMemory, BaseModel): """存储实体信息的记忆类。""" # 定义一个字典来存储实体的信息。 entities: dict = {} # 定义一个 Key，作用是将有关实体的信息传递到提示符：memory_key memory_key: str = "entities" # 清除全部的实体信息 defclear(self): self.entities = {} @property defmemory_variables(self) -> List[str]: """定义提供给提示符的变量。""" return [self.memory_key] defload_memory_variables(self, inputs: Dict[str, Any]) -> Dict[str, str]: """Load the memory variables, in this case the entity key.""" # 获取输入文本 doc = nlp(inputs[list(inputs.keys())[0]]) # 提取关于实体的已知信息(如果存在的话)。 entities = [ self.entities[str(ent)] for ent in doc.ents ifstr(ent) inself.entities ] # 返回要放在上下文中的实体的组合信息。 return {self.memory_key: "\n".join(entities)} defsave_context(self, inputs: Dict[str, Any], outputs: Dict[str, str]) -> None: """将此对话中的上下文保存到缓冲区。""" # 获取输入文本 text = inputs[list(inputs.keys())[0]] # 运行spacy，从输入文本中提取关键的信息 doc = nlp(text) # 对于提到的每个实体，将此信息保存到字典中。 for ent in doc.ents: ent_str = str(ent) # 如果实体信息已经存在，将当前文本（text）追加到这个实体键下已有的文本后面，每个文本之间用换行符\n分隔。 # 示例：{'2014年9月': '2014年9月，马云在杭州发起了世界互联网大会。这一事件标志着中国在全球互联网发展中的积极参与。', \ # '马云': '2014年9月，马云在杭州发起了世界互联网大会。这一事件标志着中国在全球互联网发展中的积极参与。', # '杭州': '2014年9月，马云在杭州发起了世界互联网大会。这一事件标志着中国在全球互联网发展中的积极参与。', # '中国': '2014年9月，马云在杭州发起了世界互联网大会。这一事件标志着中国在全球互联网发展中的积极参与。'} if ent_str inself.entities: self.entities[ent_str] += f"\n{text}" else: # 如果实体不存在，则在self.entities字典中以这个实体字符串ent_str为键，当前文本text为值，创建一个新的键值对。 self.entities[ent_str] = text

在上述Memory的实现逻辑中，定义entities作为存储记忆数据的变量。其中，save_context的逻辑是：针对输入的文本，使用zh_core_web_sm模型去做实体识别，如果该实体的Key在entities已经存在，将当前文本text追加到这个实体Key下已有的文本后面，每个文本之间用换行符\n分隔。如果实体不存在，则在entities字典中以这个实体字符串为Key，当前文本text为值，创建一个新的键值对。其示例如下：

输入：'2014年9月，马云在杭州发起了世界互联网大会。这一事件标志着中国在全球互联网发展中的积极参与。识别到的实体：2014年9月、 马云、杭州存储到`SpacyEntityMemory`类中`entities`字典的信息是：- '2014年9月': '2014年9月，马云在杭州发起了世界互联网大会。这一事件标志着中国在全球互联网发展中的积极参与。',- '马云': '2014年9月，马云在杭州发起了世界互联网大会。这一事件标志着中国在全球互联网发展中的积极参与。',- '杭州': '2014年9月，马云在杭州发起了世界互联网大会。这一事件标志着中国在全球互联网发展中的积极参与。'

load_memory_variables的代码逻辑是：先对输入的文本使用zh_core_web_sm模型去做实体识别，然后去查entities是否存在这个Key，如果存在，把这个Key对应的内容读取出来，作为上下文信息。示例如下：

输入：'那天，我正好去游玩，碰到了马云识别到的实体： 马云去`SpacyEntityMemory`类中`entities`字典的中找到下面内容，作为上下文信息：- '马云': '2014年9月，马云在杭州发起了世界互联网大会。这一事件标志着中国在全球互联网发展中的积极参与。', ``````plaintext from langchain_openai import ChatOpenAIllm = ChatOpenAI(model_name="qwen-plus",api_key=openai.api_key ,base_url=openai.api_base)from langchain.prompts.prompt import PromptTemplatetemplate = """以下是人类和AI之间的友好对话。AI很健谈，并提供了大量来自其上下文的具体细节。如果AI不知道某个问题的答案，它会真诚地说不知道。如果相关，你会得到人类提到的实体的信息。相关实体信息：{entities}对话：人类: {input}AI:"""prompt = PromptTemplate(input_variables=["entities", "input"], template=template)SpacyMemory = SpacyEntityMemory(memory_key="entities")spacy_chain = LLMChain(llm=llm, prompt=prompt, memory=SpacyMemory, # 接入Memory 模块 verbose=True)

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当然可以，以下是对LangChain 内置 Memory 模块的完整、深入讲解，包括每种 Memory 类型的核心参数、适用场景、优缺点等，适合用于学习材料、开发文档或项目选型依据。

4.1ConversationBufferMemory

✅ 主要作用：

保存从会话开始到当前的完整历史对话消息文本，并将其插入 prompt 中，适用于简洁场景。

⚙️ 参数说明：

👍 优点：

• • 实现最简单、使用方便
• • 可自动累积所有的上下文

👎 缺点：

• • 当对话过长时，prompt 会变得庞大，容易超出 token 限制
• • 无摘要或压缩，效率低

✅ 使用示例：

from langchain.memory import ConversationBufferMemorymemory = ConversationBufferMemory(return_messages=True)# 与 ConversationChain 搭配：from langchain.chains import ConversationChainconversation = ConversationChain( llm=ChatOpenAI(), memory=memory)

4.2ConversationBufferWindowMemory

✅ 主要作用：

仅保留最近N 轮消息（一个滑动窗口），控制 token 长度，适合高频对话。

⚙️ 参数说明：

👍 优点：

• • 避免 prompt 膨胀，性能更高
• • 控制上下文大小，节省成本

👎 缺点：

• • 旧对话被丢弃，长期依赖上下文的任务不合适
• • 无摘要、不可回溯全局语义

4.3ConversationSummaryMemory

✅ 主要作用：

通过 LLM 对历史对话进行摘要提炼，只保留浓缩语义内容作为上下文。

⚙️ 参数说明：

👍 优点：

• •节省 token，适合长对话
• • 模型能保留上下文大意而不丢失重要信息

👎 缺点：

• • 摘要可能丢失细节
• • 对摘要质量依赖 LLM 表现
• • 需要额外的 OpenAI 费用

✅ 示例：

from langchain.memory import ConversationSummaryMemoryfrom langchain.chat_models import ChatOpenAImemory = ConversationSummaryMemory( llm=ChatOpenAI(temperature=0), memory_key="summary")

4.4ConversationEntityMemory

✅ 主要作用：

识别并记录对话中出现的**命名实体（如人物、地点、事件）**及其联想内容，为特定实体提供记忆。

⚙️ 参数说明：

👍 优点：

• • 对实体（角色）信息建立独立记忆
• • 适合剧情剧本、客服场景、个性化助手
• • 记住多个不同实体的背景知识

👎 缺点：

• • 架构复杂，依赖实体抽取准确性
• • 不适合无明确实体的轻量任务

4.5ConversationKGMemory

✅ 主要作用：

以知识图谱格式保存对话中提到的实体及其属性/关系，支持图谱推理。

⚙️ 参数说明：

👍 优点：

• • 知识结构化，适合复杂问答
• • 可储存规则、关系、类别等

👎 缺点：

• • 对 LLM 图谱抽取准确性要求高
• • 实际图谱能力有限制（非全功能图数据库）

4.6VectorStoreRetrieverMemory

✅ 主要作用：

使用**向量数据库（如 FAISS、Chroma）**将每轮对话向量化，并启用语义检索历史片段。

⚙️ 参数说明：

👍 优点：

• • 极大压缩 context，语义检索精准相关历史
• • 可支持长期记忆

👎 缺点：

• • 需要构建和维持向量数据库
• • 无法自动总结信息，只能检索

✅ 示例：

from langchain.vectorstores import FAISSvectorstore = FAISS.load_local(...)memory = VectorStoreRetrieverMemory(retriever=vectorstore.as_retriever())

4.7ZepMemory（第三方集成）

✅ 主要作用：

与 Zep 服务集成，用于统一的云端对话历史和搜索管理。

⚙️ 参数说明：

👍 优点：

• • 具备长期记忆、搜索、摘要等综合能力
• • 云端可支持多用户、多设备

👎 缺点：

• • 依赖外部服务，需要网络与 API Key
• • 不适合完全数据本地部署的场景

📊 总结对比一览表

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第一阶段：从大模型系统设计入手，讲解大模型的主要方法；

第二阶段：在通过大模型提示词工程从Prompts角度入手更好发挥模型的作用；

第三阶段：大模型平台应用开发借助阿里云PAI平台构建电商领域虚拟试衣系统；

第四阶段：大模型知识库应用开发以LangChain框架为例，构建物流行业咨询智能问答系统；

第五阶段：大模型微调开发借助以大健康、新零售、新媒体领域构建适合当前领域大模型；

第六阶段：以SD多模态大模型为主，搭建了文生图小程序案例；

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