《智能体教程》——如何构建多智能体系统：开发者实用指南

多智能体系统（MAS）的概念在分布式计算领域已经存在数十年了。然而，大型语言模型（LLMs）和智能体人工智能的出现，使得智能体能够在以前无法实现的规模上进行推理、规划和协作。

多智能体架构

一个多智能体系统就是多个独立实体（智能体）的集合，这些实体通过协作——有时也通过竞争——来解决复杂问题。每个智能体都能够观察周围环境、做出决策并执行行动，且常常会与其他智能体展开协作。

这些系统不再仅存在于研究实验室中。它们出现在生产级应用程序中，例如：

• • 自动研究助手能够读取、总结和交叉引用数据。
• • 人工智能驱动的操作副驾驶可以监控基础设施、识别问题并发起变更。
• • 自主交易系统能同时执行多种策略并交换研究结果。
• • 多角色客户支持机器人会将咨询分配给专业的人工智能智能体，以实现更快的回复。

为什么智能体人工智能是变革性力量？

传统的多智能体系统设计需要硬编码逻辑、严格的程序和大量的手动设置。而智能体人工智能允许每个智能体利用以下能力：

• • 推理能力：大型语言模型可以容忍不明确的输入，仍然生成有意义的行动。
• • 情境感知：记忆系统使智能体能够从先前的交互中学习。
• • 智能体间通信：能让智能体动态地讨论它们的目标、限制和更新情况。
• • 自我改进循环：使智能体能够检查并根据自身表现进行调整 。
  

智能体人工智能的核心概念

在编写代码之前，你必须了解多智能体系统的基础知识。这些概念将影响你的架构设计、框架选择，以及在整个生产过程中智能体的交互方式。

1. 1. 智能体、自主性和目标：智能体是一个自包含单元，它能通过API、数据库、传感器数据等感知其环境；处理输入（进行推理、推断、决策）；在环境中采取行动（触发工作流程、更新系统、进行通信）。自主性意味着智能体可以在没有人类持续监督的情况下运行。它们不会遵循固定的脚本，而是适应不断变化的输入；根据自身目标做出决策；从反馈循环中学习。
2. 2. 如何定义智能体？：让我们看看如何使用LangChain在Python中定义一个智能体。

from langchain.agents import initialize_agent, Tool
from langchain.llms import OpenAI

# 智能体的示例工具
def search_tool(query: str) -> str:
    return f"Searching for: {query}..."

tools = [
    Tool(name="Search", func=search_tool, description="Searches the web for information.")
]

llm = OpenAI(temperature=0, api_key = "sk-projxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx")

agent = initialize_agent(tools, llm, agent="zero-shot-react-description", verbose=True)
agent.run("Find the latest AI research on multi-agent systems.")

在进入创建这些强大智能体的下一个阶段之前，让我们先了解一下现有的多种智能体类型。
3. 智能体类型：虽然所有智能体都有一个共同的目标，但它们的行动和思考方式有所不同。

类型	描述	适用场景
反应式智能体	直接对输入做出反应，无记忆或规划	诸如响应状态检查之类的简单任务
慎思式智能体	使用推理、规划，通常具有长期记忆	研究助手、决策机器人
混合式智能体	兼具反应式的速度和慎思式的推理能力	需要快速反应和规划的复杂工作流程
我的基本建议是：尝试使用混合式智能体，它完美融合了反应式和慎思式智能体的特点。混合式智能体在速度和灵活性之间取得了平衡，使其成为生产环境的最佳选择。
4. 通信与协调：在实际生产中，智能体很少单独运行。通信策略包括智能体之间的直接API调用；消息队列（如RabbitMQ、Kafka、Pub/Sub）实现解耦和可扩展的协调；用于知识交换的共享内存存储库（例如Redis和向量数据库）。

任务请求

结果
结果
最终输出
User
Supervisor
AgentA
AgentB

1. 5. 记忆和长期情境管理：记忆将智能体从无状态函数转变为有状态的问题解决者。多智能体系统中的记忆类型包括：短期记忆为当前任务提供情境；长期记忆指的是在不同会话之间持久存在的知识；情景记忆——用于故障排除和学习的先前交互记录。让我们看看如何在智能体架构中初始化记忆。

from langchain.vectorstores import FAISS
from langchain.embeddings.openai import OpenAIEmbeddings

embeddings = OpenAIEmbeddings()
memory_store = FAISS.from_texts(["Hello world", "Agentic AI is powerful"], embeddings)

results = memory_store.similarity_search("Tell me about AI", k=1)
print(results)

设计多智能体系统

构建一个适用于生产环境的多智能体系统，不仅仅是将大型语言模型的调用串联起来。从一开始，你就必须考虑职责划分、通信方式、容错能力、监控手段和可扩展性。

1. 1. 设计理念：模块化、可扩展、可互操作：在创建多智能体系统时，每个智能体都应该可以在不干扰系统其余部分的情况下进行替换；系统应该能够在不需要重新设计的情况下管理更多的智能体或任务；智能体应该使用通用的API或协议进行交互，以便于集成。建议做法：避免硬编码智能体依赖项。使用服务注册表或配置文件来指定可用的智能体。
2. 2. 定义智能体角色和职责：多智能体系统最关键的方面是为每个智能体明确职责，这可以避免职责重叠或冲突。

   角色	职责
   规划智能体	分解任务并分配给其他智能体
   研究智能体	从API、数据库或网络收集数据
   分析智能体	处理和解释收集到的数据
   执行智能体	在实际系统中执行操作（例如部署代码、触发警报）
   监督智能体	监控、验证输出并处理异常
   以下是一个基于角色的智能体配置示例：

agents:
  planner:
    description: Breaks tasks into sub-tasks and delegates.
    tools: ["task_router", "status_tracker"]
  researcher:
    description: Finds and retrieves relevant information.
    tools: ["web_search", "api_fetch"]
  analyzer:
    description: Interprets and summarizes research findings.
    tools: ["nlp_analysis", "data_visualization"]

1. 3. 选择通信协议：在生产环境中，智能体之间的通信方式对于速度、可靠性和规模至关重要。直接函数调用简单但智能体耦合紧密（适用于本地原型）；消息代理（如RabbitMQ、Kafka、Pub/Sub）解耦、异步且可扩展；HTTP/gRPC API适用于在多个平台上运行并使用微服务的智能体；WebSocket提供实时双向通信。以下是通过Pub/Sub进行消息传递的示例：

import json
from google.cloud import pubsub_v1

publisher = pubsub_v1.PublisherClient()
topic_path = "projects/my-project/topics/agent-messages"

message_data = json.dumps({"task": "fetch_data", "params": {"query": "AI news"}}).encode("utf-8")
publisher.publish(topic_path, message_data)

1. 4. 任务分解与编排：可以通过两种方式安排多智能体系统的编排。分层式——任务由中央控制器分配；去中心化——智能体围绕共同目标自组织。建议做法：分层式编排便于日志记录和调试，而去中心化编排在动态环境中表现更好。

User
Supervisor
Planner
ResearchAgent
AnalysisAgent
ExecutionAgent

工具、框架和技术栈

你所使用的工具将对多智能体系统产生重大影响。在生产环境中，正确的技术栈可确保系统的可扩展性、可维护性和成本管理。

1. 1. 智能体框架：框架可避免你在编排、消息传递和记忆处理方面重复造轮子。

   框架	语言	优势	理想用例
   LangChain	Python/JS	工具集成、提示编排、记忆处理	快速构建复杂工作流程
   AutoGen	Python	多智能体聊天、智能体间消息传递便捷	对话式多智能体系统的快速原型开发
   CrewAI	Python	角色/任务分配、智能体协作	专注于任务的自治团队
   OpenDevin	Python	DevOps和智能体编码自动化	人工智能辅助代码部署
   AgentVerse	Python	模拟、角色扮演智能体	研究和实验性多智能体系统
   建议不要仅仅依赖于一个框架。你可以混合使用，例如，使用Langchain进行工具和记忆处理，使用AutoGen进行消息传递。

2. 2. 大型语言模型和基础模型：选择大型语言模型时要基于多种因素，包括成本、速度、可靠性和准确性。以下是一些可供参考的选择：

   模型	优势	劣势	适用场景
   GPT-4o	推理能力强、多模态	成本高、比小型模型慢	复杂规划智能体
   Claude 3.5 Sonnet	总结能力强、输出安全	代码执行推理能力有限	研究和分析智能体
   Mistral 7B	速度快、开源、成本低	深度推理能力较弱	高流量反应式智能体
   LLaMA 3 70B	开源推理能力强	需要GPU基础设施	私有内部多智能体系统
   对于生产需求，我强烈建议采用混合技术，例如可以使用像LLaMa 3.1 7B或Qwen 1B这样的小型模型进行过滤和分类；使用像GPT-5、GPT-4o系列、LLaMa 4系列这样的大型模型来处理复杂挑战。

3. 3. 记忆、向量存储和嵌入：智能体需要记忆才能在单个任务之外发挥作用。以下是一些常用的选择：FAISS是一个轻量级向量存储，完全在内存中运行；Chroma支持本地和云存储，与LangChain无缝连接；Weaviate可扩展、云原生，支持混合搜索；Pinecone托管式服务、速度快，但大规模使用可能成本较高。让我们看看如何使用Langchain处理记忆：

from langchain.embeddings.openai import OpenAIEmbeddings
from langchain.vectorstores import FAISS

embeddings = OpenAIEmbeddings()
db = FAISS.from_texts(["Agentic AI is awesome", "Multi-agent systems scale work"], embeddings)
print(db.similarity_search("Tell me about AI agents", k=1))

1. 4. 通信中间件：通信层对于多智能体编排至关重要。以下是一些常见的选择：Pub/Sub（谷歌、Kafka）——异步且适用于大规模场景；Redis Streams——轻量级且速度快；WebSocket：实时双向通信；HTTP/gRPC与微服务可互操作。对于多云或混合系统，建议使用gRPC，它提供了可靠且高效的通信方式。
2. 5. 部署栈：在生产环境中，后端可使用FastAPI、Flask或Node.js作为API端点；使用Docker进行容器化以实现可移植性；使用Kubernetes进行智能体的扩展编排；使用Prometheus + Grafana或OpenTelemetry进行监控；使用GitHub Actions、Jenkins或GitLab CI进行持续集成/持续交付（CI/CD）。生产架构可能如下所示：

UI
API
MessageBroker
Agents
MemoryDB
LLM

构建你的第一个多智能体系统

让我们看看如何开发一个包含三个智能体的系统。规划智能体负责将任务分解为子任务；研究智能体负责收集和整理信息；总结智能体负责为最终用户提炼研究结果。我们还将集成Pub/Sub消息传递进行通信；使用FAISS向量存储进行记忆处理；使用OpenAI GPT-4o进行推理。

1. 1. 步骤1——定义用例：我们将构建一个“研究与总结”多智能体系统：用户请求一个主题→规划智能体确定子主题→研究智能体收集信息→总结智能体将其浓缩为最终输出。
2. 2. 步骤2——选择智能体角色和提示：我们将角色和基本提示保存在YAML配置中，这样无需修改代码即可进行更新。

agents:
  planner:
    role: Break tasks into subtasks
    prompt: "Given a user query, list 3–5 research subtopics."
  researcher:
    role: Gather info for each subtopic
    prompt: "Search and retrieve concise, factual info on: {subtopic}"
  summarizer:
    role: Summarize all research
    prompt: "Summarize the following research into an easy-to-read format."

1. 3. 步骤3——建立通信：这里我们使用谷歌的Sub/Pub进行异步消息传递。以下是使用发布者（向智能体发送任务）的示例：

import json
from google.cloud import pubsub_v1

publisher = pubsub_v1.PublisherClient()
topic_path = "projects/my-project/topics/agent-tasks"

def send_task(agent, payload):
    data = json.dumps({"agent": agent, "payload": payload}).encode("utf-8")
    publisher.publish(topic_path, data)

以下是订阅者接收信息（智能体接收任务）的方式：

from google.cloud import pubsub_v1

subscriber = pubsub_v1.SubscriberClient()
subscription_path = "projects/my-project/subscriptions/planner-sub"

def callback(message):
    print(f"Received task: {message.data}")
    message.ack()

subscriber.subscribe(subscription_path, callback=callback)

1. 4. 步骤4——实现任务路由和反馈：规划智能体将子任务发送给研究智能体，研究智能体将结果返回给总结智能体。智能体逻辑如下：

from langchain.llms import OpenAI

llm = OpenAI(model="gpt-4o", temperature=0)

def plan_research(query):
    prompt = f"Break this down into 3-5 subtopics: {query}"
    subtopics = llm.predict(prompt).split("\n")
    for topic in subtopics:
        send_task("researcher", {"subtopic": topic})

1. 5. 步骤5——集成记忆：我们将使用FAISS为总结智能体存储检索到的研究内容。

from langchain.vectorstores import FAISS
from langchain.embeddings.openai import OpenAIEmbeddings

embeddings = OpenAIEmbeddings()
db = FAISS.from_texts([], embeddings)

def save_research(subtopic, text):
    db.add_texts([f"{subtopic}: {text}"])

def retrieve_all():
    return "\n".join([doc.page_content for doc in db.similarity_search("", k=50)])

1. 6. 步骤6——部署和测试：将每个智能体进行容器化，使其能够独立运行；使用Kubernetes根据负载扩展研究智能体；设置日志记录（例如Stackdriver、ELK Stack）以跟踪消息流；监控Pub/Sub延迟和FAISS搜索性能。Dockerfile内容如下：

FROM python:3.11
WORKDIR /app
COPY . /app
RUN pip install -r requirements.txt
CMD ["python", "agent.py"]

结论：从蓝图到生产

多智能体系统不再仅仅是学术概念——它们正在成为下一代人工智能应用的支柱。通过结合大型语言模型进行推理、明确的智能体角色分工、强大的通信渠道和可扩展的部署栈，开发者可以构建出真正能够实时协作和自适应的生产级系统。

在本文中，我们探讨了自主性、智能体类型、记忆和通信的核心概念；确保模块化、可扩展性和互操作性的架构原则；加速开发的实用框架和技术栈；一个从YAML配置到Pub/Sub消息传递、FAISS记忆处理和容器化部署的研究与总结多智能体系统的实践实现。

核心要点很简单：多智能体设计并非过多涉及复杂理论，而更多在于深思熟虑的工程选择。从小处着手（比如我们构建的三智能体系统），衡量性能，然后通过更多专业智能体、通信层和编排策略进行迭代。

接下来你可以做什么：

• • 尝试不同的框架（如LangChain、AutoGen、CrewAI）并比较权衡。
• • 为你的多智能体系统引入监控和自我改进循环以增强稳健性。
• • 通过引入Kubernetes、gRPC和高级内存存储逐步扩展到生产环境。

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