揭秘Agent框架：如何打造智能高效的AI应用核心

到目前为止，开源的 Agent 应用可以说是百花齐放。随着人工智能技术的不断进步，越来越多的开源框架和工具涌现，为开发者提供了多样化的选择。

这些开源 Agent 应用不仅具备高度的可定制性和灵活性，还能够快速适应不同的业务场景和需求，帮助企业和个人降低开发门槛，实现高效的自动化操作。无论是在自然语言处理、智能客服、自动化交易，还是复杂的流程管理领域，Agent 技术的应用前景都在不断扩大，并逐步渗透到更多行业中。

通过开源的社区力量，开发者可以轻松获取最新技术成果，进行二次开发，甚至贡献自己的改进方案，使 Agent 技术日益成熟，功能愈发强大。

下图是关于Agent开源和闭源方面的众多应用，可见现阶段Agent应用比较火热。

什么是Agent？

Agent 是具备自主性和智能的系统，它能够感知外部环境、作出决策并执行相应的行为，以完成预定的目标。

Agent能够自主感知环境并采取行动以实现目标的智能体。换句话说，Agent 可以作为某个人或组织的代表，执行特定任务或行为，帮助简化工作流程，减少工作量，降低沟通成本。它通过代替人类处理重复性或复杂的任务，显著提升效率。

Agent 有什么作用？

Agent 的主要作用是自动化复杂的任务流程，它可以代替人类完成工作中的一些繁琐环节，减少人工干预。Agent 能够处理信息、协调资源，执行复杂的交易或操作，使工作更加高效和精准。

Agent 的流程？

Agent 的工作流程通常包括四个步骤：感知、决策、行动和反馈。首先，它通过传感器或输入接口感知外部环境；接着，根据目标和当前信息作出决策；随后执行相应的行动；最后通过反馈机制不断调整和优化未来的行为。

Agent使用场景？

Agent 广泛应用于许多领域：如自动化客服系统中，它能帮助用户快速解决问题；在金融交易中，Agent 能执行自动化投资策略；在工业生产中，它能够管理和优化供应链流程；甚至在智能家居和自动驾驶等场景中，Agent 也发挥着重要作用。

Agent 的核心逻辑

Agent 的核心逻辑可以归纳为以下几个关键步骤：感知、决策、行动和反馈。每个步骤紧密关联，形成了一个自我驱动的智能循环系统。

1. 感知（Perception）：Agent 首先需要通过传感器、API 或数据输入，感知外部环境的信息。这包括从用户输入、外部数据源、传感设备等渠道获取信息。感知阶段决定了 Agent 如何理解其所处的环境和任务需求。

2. 决策（Decision-Making）：在感知到环境信息后，Agent 根据预定的目标、策略或算法进行决策。它使用内置的逻辑、规则或机器学习模型来判断当前状态，并确定下一步行动。决策过程可能涉及多个维度的复杂计算，如优先级排序、风险评估等。

3. 行动（Action）：基于决策结果，Agent 会执行相应的操作。这些操作可以是物理动作（如在机器人中的运动控制），或虚拟行为（如在软件中的数据处理、API 调用、发起交易等）。行动是 Agent 达成目标的关键步骤。

4. 反馈（Feedback）：Agent 通过执行后的反馈机制，评估行动的效果。它会感知新状态，检查目标是否实现，或是否需要调整策略。这种反馈机制使 Agent 能够进行自我调整和优化，适应不断变化的环境或需求。

   
   

这种闭环逻辑确保了 Agent 能够以高度自动化的方式应对复杂任务，通过感知-决策-行动-反馈的不断循环，逐步实现目标，并在任务执行过程中不断优化自身表现。

Agent 的工程实现

在工程实现上，Agent 的核心逻辑可以拆分为四大模块：推理、记忆、工具、行动。每个模块承担不同的功能，协同工作以实现智能化的自动操作和决策。

这四个模块构成了 Agent 系统的基础架构，具体解析如下：

1. 规划（Plan）

• 功能：规划模块负责决策过程。它通过分析环境信息、上下文和目标，选择合适的行动策略。这通常依赖于逻辑推理、规则引擎，或基于机器学习和深度学习模型的推断。

• 实现方式：

• 基于规则的推理：使用预定义的逻辑规则来做出决策。

• 基于机器学习的推理：如使用 Transformer 模型、强化学习等来处理复杂的推理任务。

• 作用：这个模块决定 Agent 的行为，并根据所感知的环境和记忆信息做出智能决策。

2. 记忆（Memory）

• 功能：记忆模块存储并管理 Agent 所感知的历史数据、上下文信息以及以往的决策和反馈。这使得 Agent 能够基于过去的经验做出更好的决策，并在复杂环境中实现长期目标。

• 实现方式：

• 短期记忆：类似缓存或临时存储，用于存放最近的上下文或任务信息。

• 长期记忆：通过数据库或知识库存储关键的历史数据，帮助 Agent 在长期任务中维持连贯性。

• 作用：记忆模块支持 Agent 在任务执行过程中保留状态，并允许对历史数据进行分析，从而实现更精准的决策和行为优化。

3. 工具（Tools）

• 功能：工具模块是 Agent 执行任务的具体手段和能力集合。这包括外部 API、第三方服务、数据处理工具等，用来完成特定任务或操作。

• 实现方式：

• 内置工具：Agent 内部的功能库或工具集（如数据处理、信息检索等）。

• 外部集成：通过调用外部服务或 API（如调用数据库、爬虫程序、自然语言处理工具等）来扩展 Agent 的功能。

• 作用：工具模块为 Agent 提供了执行任务的实际操作手段，使得 Agent 能够与外界交互，完成检索、分析、生成等任务。

4. 行动（Action）

• 功能：行动模块负责将推理结果转化为具体的执行步骤。这是 Agent 实际操作和交互的部分，包含对外的API调用、任务执行和物理或虚拟环境中的操作。

• 实现方式：

• 行动策略生成：根据推理模块的结果，生成一系列操作步骤或调用流程。

• 行动执行：执行具体的动作，反馈给系统或环境，完成任务。

• 作用：行动模块是 Agent 实现最终目标的核心部分，确保其执行决策并与环境产生影响。

  
  

通过这四大模块的紧密协作，Agent 系统能够具备感知环境、决策、操作并根据反馈持续优化的能力。这种模块化的架构不仅便于扩展和优化，还能轻松适应不同应用场景中的需求。

Agent框架分类

根据框架和实现方式的差异，Agent 框架可以简单划分为两大类：Single-Agent（单智能体）和Multi-Agent（多智能体）。这两种架构分别适用于不同复杂度的任务场景，具体如下：

1. Single-Agent（单智能体架构）

• 定义：Single-Agent 框架指的是一个独立的智能体系统，通过自主感知、推理和行动来完成特定任务。它的结构相对简单，适合单一任务或不需要复杂协作的应用场景。

• 特点：

• 集中式决策：所有的感知、推理、记忆和行动都由一个智能体完成，逻辑单一且易于管理。

• 适用场景：适合任务范围明确、复杂性较低的应用，如智能客服、自动化交易系统等。

• 优点：实现成本较低，维护和优化较为简单，系统架构清晰。

• 缺点：在面对复杂任务时，单个智能体的计算能力和决策效率可能不足，容易出现瓶颈。

  
  

比如，AutoGPT定位类似个人助理，帮助用户完成指定的任务，如调研某个课题。AutoGPT比较强调对外部工具的使用，如搜索引擎、页面浏览等同样，作为早期agent，autoGPT麻雀虽小五脏俱全，虽然也有很多缺点，比如无法控制迭代次数、工具有限。但是后续的模仿者非常多，基于此演变出了非常多的框架。

2. Multi-Agent（多智能体架构）

• 定义：Multi-Agent 框架由多个独立或协作的智能体组成，每个智能体可以承担不同的任务或角色，彼此间通过通信、协作来解决更复杂的问题。这种架构特别适合需要分布式处理或需要多任务协作的应用场景。

• 特点：

• 分布式决策：不同智能体分担不同的工作任务或目标，通过协作和通信来共享信息和协调行动。

• 协同工作：智能体之间可以是相互独立的，也可以是分工明确并相互配合的，能够解决单一智能体无法处理的复杂任务。

• 适用场景：适合需要分布式处理、任务交互或大规模协作的场景，如智能城市管理、无人机编队、复杂供应链管理等。

• 优点：更具扩展性，适合处理更大规模和复杂度的任务，能通过多智能体协作提升系统效率。

• 缺点：系统架构复杂，通信和协作的协调成本较高，决策和同步机制需要精心设计。

  
  

比如，阿里开源的Multi-agent框架，亮点是支持分布式框架，并且做了工程链路上的优化及监控。

Multi-Agent并不是Agent框架的终态，Multi-Agent框架是当前有限的LLM能力背景下的产物，更多还是为了解决当前LLM的能力缺陷，通过LLM多次迭代、弥补一些显而易见的错误，不同框架间仍然存在着极高的学习和开发成本。随着LLM能力的提升，未来的Agent框架肯定会朝着更加的简单、易用的方向发展。

这两种架构可以根据不同的需求进行选择，Single-Agent 更适合单任务场景，而 Multi-Agent 则能应对分布式任务或需要高度协作的复杂环境。

LangChain实现Agent的应用

使用 LangChain 实现 Agent 应用，可以通过组合不同的模块来创建智能化的自动化任务执行框架。LangChain 是一个用于构建语言模型应用的框架，它支持和集成多个工具、记忆模块、推理系统等，这与我们前面讨论的 Agent 核心模块（推理、记忆、工具、行动）十分契合。

以下是如何使用 LangChain 实现 Agent 应用的基本步骤和示例：

1. 安装 LangChain

首先，确保你已经安装了 LangChain 和所需的依赖库。可以通过以下命令安装：

pip install langchain

2. 定义推理逻辑

推理模块在 LangChain 中可以使用语言模型（例如 OpenAI 的 GPT 系列）或其他决策模型来实现。以下示例展示了如何使用 OpenAI 的 GPT 模型来进行推理。

from langchain.llms import OpenAI
# 使用OpenAI作为推理引擎llm = OpenAI(model="gpt-4", temperature=0.5)
# 推理过程的简单实现def infer_action(question):    prompt = f"你是一个智能助手，当前的问题是：{question}。请给出合理的解决方案。"    response = llm(prompt)    return response
# 示例推理question = "如何有效组织团队合作？"answer = infer_action(question)print(answer)

3. 定义记忆模块

LangChain 提供了内置的记忆模块，用来保存对话历史或关键上下文信息。在 Agent 应用中，记忆模块可以用来存储和检索历史数据，帮助系统保持上下文。

from langchain.memory import ConversationBufferMemory
# 初始化记忆模块memory = ConversationBufferMemory()
# 存储历史上下文memory.save_context({"input": "如何有效组织团队合作？"}, {"output": "建议使用敏捷开发方法。"})memory.save_context({"input": "如何提高团队的沟通效率？"}, {"output": "可以使用每日站会和协作工具。"})
# 检索记忆conversation_history = memory.load_memory_variables({})print(conversation_history)

4. 工具集成

LangChain 支持集成外部工具，例如 API 调用、信息检索等。你可以通过工具模块让 Agent 与外部系统交互，完成更复杂的任务。比如可以集成搜索引擎来回答问题，或连接数据库来检索信息。

from langchain.tools import DuckDuckGoSearchTool
# 使用DuckDuckGo作为检索工具search_tool = DuckDuckGoSearchTool()
def search_information(query):    results = search_tool.run(query)    return results
# 示例搜索query = "最新的AI技术发展"search_results = search_information(query)print(search_results)

5. 定义行动模块

行动模块负责执行推理后的具体任务。在 LangChain 中，你可以通过 Action Chains 来组合多个步骤的执行。

from langchain.chains import SimpleSequentialChain
# 定义推理和搜索的组合行动链def create_agent_chain():    # 使用推理模块决定要检索什么    def infer_and_search_chain(question):        # 先进行推理，生成行动        inferred_action = infer_action(question)        print(f"推理结果：{inferred_action}")                # 然后根据推理结果进行搜索        search_results = search_information(inferred_action)        return search_results
    return infer_and_search_chain
# 示例运行行动链agent_chain = create_agent_chain()result = agent_chain("请给出最新的AI技术发展动态")print(result)

6. 整合Agent工作流

通过将推理、记忆、工具和行动模块整合在一起，构建完整的 Agent 系统。这个系统能够接收输入，进行推理，存储和检索记忆，调用外部工具并执行行动。

def agent_workflow(question):    # 检查是否有相关记忆    conversation_history = memory.load_memory_variables({})
    # 如果没有相关记忆，进行推理并执行操作    if question not in conversation_history:        # 推理并搜索相关信息        search_results = agent_chain(question)        print(f"搜索结果：{search_results}")                # 保存到记忆中        memory.save_context({"input": question}, {"output": search_results})
    # 返回记忆中的结果    return conversation_history
# 运行Agentquestion = "请问如何高效进行项目管理？"final_answer = agent_workflow(question)print(final_answer)

LangChain 提供了灵活的框架，便于开发者集成不同的 Agent 模块来构建高度智能化的应用系统。你可以根据实际需求扩展和优化这些模块，使得 Agent 系统更加高效和智能。

参考资料：

1. https://www.explinks.com/blog/ai-agent-7-cognitive-framework-full-analysis-and-code-implementation/#title-0