大语言模型(LLM)具有强大的文本生成能力,可以输出易于人类阅读的自由格式文本。但是,这一生成过程是概率性的,而不是确定性的。当我们在复杂的软件系统中使用 LLM 作为工作流的一部分时,我们可能需要确保 LLM 的输出符合一定的格式和类型等规范。例如,如果用 LLM 进行文本二分类,我们可能只需要得到 True 或 False 的布尔值,而不希望得到其他任何文本,这就要求 LLM 的输出是严格结构化的。
结构化输出(Structured Output)技术可以解决这一问题,它确保 LLM 的输出严格遵守预定义格式和约束,从而极大地提升 LLM 在自动化工作流和程序化集成中的可靠性。LLM 有了结构化输出的能力后,就能从一个“对话工具”变成一个靠谱的“数据提供者”。
本文讨论了大模型结构化输出的作用,以及实现结构化输出的一些原理和技术实现方案。
| 技术路径 |
实现原理 |
成本 |
可靠性 |
适用场景 |
| 提示词导向生成 |
依靠 Prompt 中的软规则与示例,让模型“自觉”输出符合格式的文本。 |
极低 |
低~中:模型可能偶尔多输出解释或漏字段。 |
快速原型、轻量级应用、对格式要求不严的辅助任务。 |
| 自动验证与修复 |
模型生成后先做结构校验;如不合规,系统自动带着错误信息重新请求模型修正。 |
中 |
中:能兜底一次又一次修复错误,但仍非绝对稳固。 |
需要容错但又不想写硬约束的生产系统,如数据抽取、轻量级结构化任务。 |
| 约束解码 |
在 token 级生成的每一步实时过滤非法 token,用 JSON Schema/CFG/FSM 硬性约束生成路径。 |
中~高 |
极高:能从源头保证输出完全合法。 |
对格式要求极严格的任务,如复杂 JSON、代码生成、严苛 API 指令。 |
| 草图引导 / 外部精炼 |
黑盒模型自由生成草稿,再用可访问 logits 的本地模型按语法规则精炼修复。 |
中 |
中~高:依赖草稿质量,但最终输出能较好满足约束。 |
黑盒模型不提供 logits 时的 JSON/DSL 生成,本地自动化管线。 |
| NL→Format 两阶段生成 |
模型先自由推理完整答案,然后再将自然语言结果转换成结构化格式。 |
低 |
中~高:推理质量好,格式化环节仍可能需轻微兜底。 |
推理复杂但格式规则简单的场景,如 Agent 思考链、任务规划。 |
| 监督式微调 |
用大规模样本直接把结构化输出范式“教进”模型参数中,形成稳定风格。 |
高 |
高:数据质量足够好时,模型能持续稳定地产生结构化格式。 |
金融/医疗/法律等需要长期稳定抽取的领域任务。 |
| 强化学习优化 |
通过奖励模型给输出提供细粒度反馈,优化模型在结构与内容上的决策路径。 |
极高 |
极高:在复杂推理、深层结构生成等方面最稳定。 |
多步骤推理、复杂 JSON、深度嵌套结构、需要持续优化策略的场景。 |
| 原生 API 结构化输出能力 |
服务商在 API 内部使用约束解码与安全机制,直接保证返回严格的结构。 |
低~中 |
极高:由 API 层完全托管,开发者不再接触底层复杂度。 |
商业应用、智能体工具调用、生产级数据接口。 |