在使用大型语言模型（llm）如gpt4all与langchain框架进行数据库交互时，开发者可能会遇到“提示词超出上下文窗口大小”的错误。这通常表现为sqlalchemy.exc.programmingerror，其内部信息指示gpt4all模型收到的输入文本量超过了其处理上限。理解这一问题的根源并采取相应的优化措施，是确保llm驱动的数据库应用稳定运行的关键。
理解GPT4All的上下文窗口限制
每个大型语言模型都有一个固定的“上下文窗口”（Context Window）大小，这决定了它在单次推理中能够处理的输入文本和生成输出文本的总量。当输入提示词（Prompt）的长度，包括用户问题、系统指令以及任何额外的信息（如数据库模式），超过这个窗口大小时，模型将无法处理，从而抛出错误。
值得注意的是，在初始化GPT4All模型时，max_tokens参数通常用于限制模型生成输出的最大长度，而不是控制其输入上下文窗口的大小。模型的输入上下文窗口大小是其架构固有的属性，通常无法通过简单的参数调整来扩大。
问题分析：为什么会超出限制？
当使用Langchain的SQLDatabaseChain组件与数据库交互时，该组件为了让LLM理解数据库结构，会自动将数据库的模式信息（表名、列名、数据类型等）作为一部分提示词注入到发送给LLM的请求中。对于大型数据库，如果包含的表数量众多或每个表包含大量列，这些元数据信息会迅速膨胀，导致总的提示词长度轻易超出GPT4All模型的上下文窗口限制。
原始代码示例如下，其中PROMPT模板与SQLDatabaseChain的结合，是导致提示词过长的潜在原因：
from langchain.callbacks.streaming_stdout import StreamingStdOutCallbackHandler
from langchain_experimental.sql import SQLDatabaseChain
from langchain import SQLDatabase
from langchain.llms import GPT4All
import os
username = "postgres"
password = "password"
host = "127.0.0.1" # internal IP
port = "5432"
mydatabase = "reporting_db"
pg_uri = f"postgresql+psycopg2://{username}:{password}@{host}:{port}/{mydatabase}"
my_db = SQLDatabase.from_uri(pg_uri)
PROMPT = """
Given an input question, first create a syntactically correct postgresql query to run,
then look at the results of the query and return the answer.
The question: {question}
"""
path = "./models/mistral-7b-openorca.Q4_0.gguf"
callbacks = [StreamingStdOutCallbackHandler()]
llm = GPT4All(model = path,
callbacks=callbacks,
n_threads=3,
max_tokens=5162, # 注意：此参数通常限制输出长度
verbose=True
)
db_chain = SQLDatabaseChain.from_llm(llm = llm,
db = my_db,
verbose=True
)
question = "Describe the table Sales"
answer = db_chain.run(PROMPT.format(question=question)
)
print(answer)当执行上述代码时，如果reporting_db数据库中的表结构信息量过大，就会触发以下错误：
ERROR: sqlalchemy.exc.ProgrammingError: (psycopg2.errors.SyntaxError) syntax error at
or near "ERROR"
LINE 1: ERROR: The prompt size exceeds the context window size and c...
^
[SQL: ERROR: The prompt size exceeds the context window size and cannot be processed.]
(Background on this error at: https://sqlalche.me/e/20/f405)这明确指示了GPT4All模型接收到的提示词总长度超出了其上下文窗口。
解决方案：管理和优化提示词长度
解决此问题的核心在于减少发送给LLM的提示词总长度。以下是几种有效的策略：
1. 精简自定义提示词 (PROMPT)
虽然在SQLDatabaseChain场景下，数据库元数据是主要贡献者，但优化自定义PROMPT模板仍然是良好实践。确保提示词简洁明了，避免冗余的描述或指令。例如，上述PROMPT模板已经相对简洁，但在其他更复杂的场景中，可以进一步压缩。
2. 精准控制数据库元数据（核心策略）
这是解决SQLDatabaseChain提示词过长问题的最有效方法。默认情况下，SQLDatabase.from_uri会尝试获取数据库中所有表的模式信息。我们可以通过参数来限制只传递给LLM相关的表信息。
- include_tables: 指定一个表名列表，只有这些表的模式信息会被传递给LLM。
- ignore_tables: 指定一个表名列表，这些表的模式信息会被忽略。
- sample_rows_in_table_info: 默认情况下，Langchain可能会从每个表中采样几行数据作为提示词的一部分。将其设置为0可以减少提示词长度，但可能影响LLM对数据内容的理解。
改进后的代码示例：
假设我们的查询主要围绕Sales表，我们可以只包含Sales表的模式信息：
from langchain.callbacks.streaming_stdout import StreamingStdOutCallbackHandler
from langchain_experimental.sql import SQLDatabaseChain
from langchain import SQLDatabase
from langchain.llms import GPT4All
import os
username = "postgres"
password = "password"
host = "127.0.0.1" # internal IP
port = "5432"
mydatabase = "reporting_db"
pg_uri = f"postgresql+psycopg2://{username}:{password}@{host}:{port}/{mydatabase}"
# 关键改进：使用 include_tables 仅包含必要的表
# 如果你的查询只需要Sales表的信息，那么只包含它
my_db = SQLDatabase.from_uri(pg_uri, include_tables=['sales'])
# 如果不需要表数据示例，可以进一步设置 sample_rows_in_table_info=0
# my_db = SQLDatabase.from_uri(pg_uri, include_tables=['sales'], sample_rows_in_table_info=0)
PROMPT = """
Given an input question, first create a syntactically correct postgresql query to run,
then look at the results of the query and return the answer.
The question: {question}
"""
path = "./models/mistral-7b-openorca.Q4_0.gguf"
callbacks = [StreamingStdOutCallbackHandler()]
llm = GPT4All(model = path,
callbacks=callbacks,
n_threads=3,
max_tokens=5162,
verbose=True
)
db_chain = SQLDatabaseChain.from_llm(llm = llm,
db = my_db,
verbose=True
)
question = "Describe the table Sales"
answer = db_chain.run(PROMPT.format(question=question)
)
print(answer)通过include_tables=['sales']，我们极大地减少了Langchain传递给GPT4All的数据库模式信息量，从而有效避免了提示词超出上下文窗口的问题。
3. 选择更大上下文窗口的模型
如果上述方法仍无法满足需求，或者你的应用场景确实需要处理非常大的上下文信息，那么考虑更换一个具有更大上下文窗口的GPT4All模型（如果存在）或迁移到支持更大上下文窗口的其他LLM（如某些商业API模型）可能是必要的。在GPT4All生态系统中，不同的模型文件（.gguf）可能基于不同的架构或配置，其上下文窗口大小也会有所差异。
注意事项与最佳实践
- 调试提示词长度： 当遇到此类问题时，开启Langchain的verbose=True模式非常有用，它会打印出发送给LLM的完整提示词，帮助你分析是哪部分内容导致了长度超限。
- 模型选择： 并非所有GPT4All模型都具有相同的上下文处理能力。在选择模型时，了解其上下文窗口大小是重要的考量因素。
- 迭代优化： 解决提示词长度问题通常是一个迭代过程。从最简单的精简开始，逐步尝试更复杂的策略，直到找到最佳平衡点。
- Langchain版本： 确保你使用的Langchain库是最新版本，因为其功能和优化在不断更新。
总结
“提示词超出上下文窗口”是LLM应用中一个常见的挑战，尤其是在与复杂数据源（如大型数据库）集成时。通过精准控制Langchain传递给GPT4All模型的数据库元数据（特别是使用include_tables参数），可以有效管理提示词长度，确保模型能够稳定、高效地执行数据库查询任务。理解LLM的上下文限制及其与max_tokens等参数的区别，是构建健壮LLM应用的关键。
