第32天「思維樹 (Tree of Thoughts, ToT)」
－－進階思維鏈 (Advanced Chain of Thought, CoT)
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1. 思維樹(ToT) v.s 思維鏈(CoT)我理解思維樹，像是將思維鏈的前後發展起來。前，是指在開始時，要進行的不只有一個方向/路徑(思維鏈只有一個)；後，是指，假設進行到後來無法完成，思維樹具備返回前一步去檢視的能力(思維鏈就此止步)。
具體來說，相較於思維鏈 (CoT)幫助模型進行完整推論，思維樹 (ToT) 幫助模型可以更多面向地思考。
再者，思維樹比較符合現實場景。通常一項任務、需求、計畫，很少只有一件事要做。即便是去買個飲料，也會包含帶錢、帶鑰匙、去哪買...不只一件事。
同理，一個用戶的 Prompt 往往也是需要多個步驟、子任務才能完成，尤其又再涉入更複雜的情況，例如包含不確定性時，運用思維樹都能更符合需求與目的。
2. 思維樹(ToT) 的核心概念
面對要執行一個 Prompt 時，不是只透過單一解決方式，而先設想所有需要滿足的條件，選擇先執行哪一個，將涉及最終的可能完成性、完成的程度。於是會有必須做出判斷選擇的「決策點」。同時在每個決策點上，也要同步再考慮多個可能的「下一步」。
透過這種方式，模型可以探索不同的思考路徑，並評估每一條路徑的潛力，而當發現某條路徑無效時，還能夠回溯並嘗試另一條路徑。
3. 思維樹(ToT) 的運作流程
主要包含三大程序：
程序一：分解 (Decomposition)
→分解：將一個複雜的問題分解為多個較小的、可管理的步驟/子任務。
程序二：生成與評估 (Generation & Evaluation)
→生成：針對每一個子任務，模型都會再生成多個可能的「下一步/分支」。
→評估：接續則需要對每一個分支進行自我評估，判斷哪些分支看起來更有希望，哪些則否。
程序三：回溯與選擇 (Backtracking & Selection)
→選擇：模型選擇最有希望的分支繼續進行。
→回溯：如果一條路徑最終導出無法進行下去(或錯誤)的結果，則模型回溯到前一個做選擇的決策點，重新選擇另一個分支繼續進行。長此反覆，直到找到一個可有效完成任務的路徑。
4. 思維樹(ToT) Prompt 模板的核心要素
要建立一個思維樹的 Prompt 模板，最好的做法是將完整的思考過程寫入模板，通常會包含以下指令：
(a) 角色設定與任務定義：明確告知模型其角色與任務。
(b) 分解指令：要求模型將問題分解為多個子步驟/任務。
(c) 多路徑生成指令：要求模型針對每個子步驟，生成多個(不只一個)可能的解決方案或想法。
(d) 自我評估指令：要求模型對每一個想法進行簡短的評估，指出其優劣與潛在風險。
(e) 路徑選擇指令：要求模型根據評估結果，選擇最佳／最有潛力的一條路徑，並執行。
(f) 回溯指令：告知模型，如果所選路徑最終失敗，應回溯到前一個決策點，重新選擇一個新的路徑。
5. 思維樹(ToT) 的實務應用
一、使用時機
▪︎ 適合：規劃、專案排程、工具選型、含不確定性的多步任務、需要比較權衡的情境。
ex: 當問題有多個可能推理路徑，需要比較或探索。
ex: 當答案不是直觀的，需要拆分成多步驟思考。
ex: 當需要避免單一路徑偏差時（增加多樣性）。
▪︎ 不適合：單步問答、已知單一路徑的程序化任務。(思維樹將額外增加運行計算的實質及時間成本。)
二、可能誤區／注意事項
▪︎ 過度應用：
(1)思維樹過大、分支太多將增加計算成本。
(2)若應用於簡單任務，反而浪費資源。
▪︎評估驗證：
(1)若缺乏完善評估機制、評分標準不一致，可能產生更多錯誤答案。
(2)有些問題需要邏輯驗證，而非數量勝出。
▪︎ 虛假回溯：在沒有明確記錄選擇與執行歷程的情況下，回溯後仍舊選擇相同路徑，造成重複錯誤。
6. 思維樹(ToT) Prompt模板設計練習
▪︎ Prompt：
旅遊規劃專家為客戶設計一個三天兩夜的親子日本自由行行程。
▪︎ 思維樹Prompt模板設計：
Stage 0. 角色與任務：
在這階段，確認(a) 角色設定與任務定義：
你是一個熱愛旅遊、且具備豐富日本旅行經驗(自由行＆跟團both)的旅遊達人，並經常為家族規劃出國旅遊行程。現專職為「客製優質旅遊規劃師」，工作任務是為客戶設計一個三天兩夜的親子日本自由行行程。
Stage 1. 分解 (Decomposition)：請將整個旅遊計畫分解為數個重要的子任務。
在這階段，要進行(b) 分解指令。
請注意，此任務需滿足以下考量：
(1) 短期：三天兩夜→交通方式(郵輪/飛機)→郵輪(起點/停靠點) v.s 飛機(航班/起降機場)
(2) 目的地：日本→地區(關東/關西/北海道/九州/沖繩…)
(3) 方式：自由行→交通方式(自駕/僱用司機/火車地鐵/巴士..)、住宿(b&b/飯店/民宿...)
(4) 參與者：親子→ 出遊行程主題(主題樂園/自然探索/人文...)、每日行程規劃(食衣住行...各項設施便利性)
(5) 出遊時機：四季/假期/寒暑...
Stage 2. 生成與評估 (Generation & Evaluation)：請針對前列每項考量(as 子任務)，請生成多個不同的選擇，並對每一個選擇進行簡短的優劣分析。
在這階段，需執行完成以下兩項指令：
(c) 多路徑生成指令：對於每個子任務，生成多個可能的解決方案。
(d) 自我評估指令：請針對每一個解決方案進行簡短評估，指出其優劣與潛在風險。
Stage 3. 選擇與理由 (Selection & Rationale)：請根據前一階段的分析結果，選擇最佳方案並說明選擇理由。
在這階段，要進行(e) 路徑選擇指令：根據評估結果，選擇最優的或最有潛力的一條路徑繼續探索，在此說明理由{CoT)，說明上需考慮「後續完成整個行程規劃並使之最佳方案的潛力」。另，也建議可加入「對比其他方案」的考量(not must)。
Stage 4. 其他考量與回溯
在這階段，需要請你更加審慎、多加考慮 (f)回溯指令：如果你在選定某路徑後，卻無法完成行程規劃，請記得回溯到當時的決策點，再重新選擇一個新的路徑。
並且，也請審慎考量所接收到的指令是否足夠使你做出完整行程規劃。若你評估無法，仍須其他資訊(ex: 旅遊人數、孩童人數、孩童年齡、旅遊目的、期待、預算...etc)，請可提出要求追加獲取更多所需資訊。
