LLM之Agent（三十九）｜AI Agents（八）：构建Multi-Agent系统

wshzd2025-12-09 9:25

一、引言

在评估agent可以在哪些方面发挥价值时，应优先考虑以前难以实现自动化的工作流程，尤其是在传统方法不太好解决的情况下：

  1. 复杂决策： 涉及细致判断、例外情况或情境敏感决策的工作流程，例如客户服务工作流程中的退款批准；

  2. 难以维护的规则： 由于规则集庞大而复杂，导致系统变得难以管理，例如，执行供应商安全审查时，更新成本高昂或容易出错；

  3. 严重依赖非结构化数据： 例如，处理房屋保险索赔，涉及解释自然语言、从文档中提取含义或与用户进行对话式交互的场景。

在构建agent之前，请务必确认您的用例能够明确满足这些标准。否则，传统方案可能就足够了。

二、智能体设计组件

一般来看，智能体由三个核心组件构成：

  1. Model： LLM 为智能体的推理和决策提供支持；

  2. Tools： 智能体可以用来执行操作的外部函数或 API；

  3. Instructions： 明确定义智能体行为方式的指导方针和规则。

2.1 选择模型

不同的模型在任务复杂性、延迟和成本方面各有优劣。并非所有任务都需要最智能的模型------简单的检索或意图分类任务可能由更小、更快的模型处理，而像决定是否批准退款这样更复杂的任务则可能需要功能更强大的模型。

一个行之有效的方法是，首先使用功能最强大的模型构建智能体原型，以此建立每个任务的性能基准。然后，尝试替换为功能较弱的模型，观察它们是否仍能达到可接受的结果。这样，既不会过早限制智能体的能力，又能诊断出功能较弱的模型在哪些方面表现良好，在哪些方面表现不佳。

2.2 定义工具

函数调用是大型语言模型 (LLM) 与工具交互的主要方式。经常会看到"函数"和"工具"互换使用，因为"函数"（可重用代码块）是智能体用来执行任务的"工具"。

工具通过使用底层应用程序或系统的 API 来扩展智能体的功能。对于没有 API 的旧系统，智能体可以依赖computer-use模型，像人一样通过 Web 和应用程序 UI 直接与这些应用程序和系统交互。每个工具都应具有标准化的定义，从而实现工具和智能体之间灵活的多对多关系。文档完善、经过全面测试且可重用的工具能够提高工具调用的正确率。

总的来说，智能体需要三种类型的工具：

下面是如何使用 Agents SDK 为智能体配备一系列工具的方法：

复制代码 
from agents import Agent, WebSearchTool, function_tool
@function_tool
def save_results(output):
    db.insert({"output": output, "timestamp": datetime.time()})
    return "File saved"
search_agent = Agent(
    name="Search agent",
    instructions="Help the user search the internet and save results if asked.",
    tools=[WebSearchTool(), save_results],
)

2.3 配置说明

高质量的指令对于任何基于 LLM（学习生命周期管理）的应用都至关重要，尤其对于客服人员而言更是如此。清晰的指令可以减少歧义，提升客服人员的决策能力，从而实现更流畅的工作流程和更少的错误。

三、编排

有了基础组件，就可以考虑使用编排模式，使智能体能够有效地执行工作流程。

多智能体系统可以建模为图，其中智能体用节点表示。在管理者和监督者模式下，边表示工具调用；而在分散式和群体模式下，边表示智能体之间执行任务的交接。

下面是主管模式和群体模式的区别

四、主管模式代码实现

创建一个主管智能体来协调多个专业智能体。

复制代码 
pip install langgraph-supervisor langchain-openai
export OPENAI_API_KEY=<your_api_key>

from langchain_openai import ChatOpenAI
from langgraph.graph import START, END
from langchain_community.tools.tavily_search import TavilySearchResults
from langgraph.prebuilt import create_react_agent
from langgraph_supervisor import create_supervisor
from IPython.display import Image, display
import os
# Select LLM
model = ChatOpenAI(model="gpt-4o", api_key=os.getenv("OPENAI_API_KEY"))
# Define tools
def add(a: float, b: float) -> float:
    """Add two numbers."""
    return a + b
def multiply(a: float, b: float):
    """Multiply two numbers."""
    return a * b
def divide(a: float, b: float):
    """Divide two numbers."""
    return a / b
tavily_api_key = os.getenv("TAVILY_API_KEY", "your_tavily_api_key")
web_search = TavilySearchResults(max_results=3, tavily_api_key=tavily_api_key)
# Create Worker Agents
research_agent = create_react_agent(
    model=model,
    tools=[web_search],
    name="research_agent",
    prompt=(
        "You are a research agent.\n\n"
        "INSTRUCTIONS:\n"
        "- Assist ONLY with research-related tasks, DO NOT do any math\n"
        "- After you're done with your tasks, respond to the supervisor directly\n"
        "- Respond ONLY with the results of your work, do NOT include ANY other text."
    )
)
math_agent = create_react_agent(
    model=model,
    tools=[add, multiply, divide],
    name="math_agent",
    prompt=(
        "You are a math agent.\n\n"
        "INSTRUCTIONS:\n"
        "- Assist ONLY with math-related tasks\n"
        "- After you're done with your tasks, respond to the supervisor directly\n"
        "- Respond ONLY with the results of your work, do NOT include ANY other text."
    )
)
# Create Supervisor Agent
supervisor_agent = create_supervisor(
    model=model,
    agents=[research_agent, math_agent],
    prompt=(
        "You are a supervisor managing two agents:\n"
        "- a research agent. Assign research-related tasks to this agent\n"
        "- a math agent. Assign math-related tasks to this agent\n"
        "Assign work to one agent at a time, do not call agents in parallel.\n"
        "Do not do any work yourself."
    ),
    add_handoff_back_messages=True,
    output_mode = "full_history",
).compile()
display(Image(supervisor_agent.get_graph().draw_mermaid_png()))

使用 pretty_print_messages 辅助函数来美观地渲染流式代理输出

复制代码 
from langchain_core.messages import convert_to_messages
def pretty_print_message(message, indent=False):
    pretty_message = message.pretty_repr(html=True)
    if not indent:
        print(pretty_message)
        return
    indented = "\n".join("\t" + c for c in pretty_message.split("\n"))
    print(indented)
def pretty_print_messages(update, last_message=False):
    is_subgraph = False
    if isinstance(update, tuple):
        ns, update = update
        # skip parent graph updates in the printouts
        if len(ns) == 0:
            return
        graph_id = ns[-1].split(":")[0]
        print(f"Update from subgraph {graph_id}:")
        print("\n")
        is_subgraph = True
    for node_name, node_update in update.items():
        update_label = f"Update from node {node_name}:"
        if is_subgraph:
            update_label = "\t" + update_label
        print(update_label)
        print("\n")
        messages = convert_to_messages(node_update["messages"])
        if last_message:
            messages = messages[-1:]
        for m in messages:
            pretty_print_message(m, indent=is_subgraph)
        print("\n")

测试流程完整代码，请参考：https://t.zsxq.com/yNO6D

4.1 消息历史记录管理

控制如何将智能体消息添加到多智能体系统的整体对话历史记录中：

a）请提供客服人员的完整邮件历史记录：

复制代码 
supervisor = create_supervisor(
    agents=[agent1, agent2],
    output_mode="full_history"
)

仅包含最终的智能体回复：

复制代码 
supervisor = create_supervisor(
    agents=[agent1, agent2],
    output_mode="last_message"
)

4.2 多级层次结构

你可以通过创建一个主管来管理多个主管，从而创建多级层级系统。

复制代码 
research_team = create_supervisor(
    [research_agent, math_agent],
    model=model,
    supervisor_name="research_supervisor"
).compile(name="research_team")
writing_team = create_supervisor(
    [writing_agent, publishing_agent],
    model=model,
    supervisor_name="writing_supervisor"
).compile(name="writing_team")
top_level_supervisor = create_supervisor(
    [research_team, writing_team],
    model=model,
    supervisor_name="top_level_supervisor"
).compile(name="top_level_supervisor")

4.3 定制交接工具

默认情况下，管理程序使用预置的 create_handoff_tool 创建的交接工具。您也可以创建自己的自定义交接工具。以下是一些修改默认实现的思路：

  • 更改工具名称和/或描述；
  • 为 LLM 添加工具调用参数以进行填充，例如下一个代理的任务描述；
  • 更改作为交接的一部分传递给子智能体的数据：默认情况下， create_handoff_tool 会传递完整的消息历史记录（到目前为止在 supervisor 中生成的所有消息），以及指示交接成功的工具消息。

以下是如何将自定义交接工具传递给 create_supervisor 示例：

复制代码 
from langgraph_supervisor import create_handoff_tool
workflow = create_supervisor(
    [research_agent, math_agent],
    tools=[
        create_handoff_tool(agent_name="math_expert", name="assign_to_math_expert", description="Assign task to math expert"),
        create_handoff_tool(agent_name="research_expert", name="assign_to_research_expert", description="Assign task to research expert")
    ],
    model=model,
)

还可以控制是否将交接工具调用消息添加到状态中。默认情况下会添加（ add_handoff_messages=True ），但如果想要更简洁的历史记录，可以禁用此功能：​​​​​​​

复制代码 
workflow = create_supervisor(
    [research_agent, math_agent],
    model=model,
    add_handoff_messages=False
)

此外，您还可以自定义自动生成的交接工具所使用的前缀：​​​​​​​

复制代码 
workflow = create_supervisor(
    [research_agent, math_agent],
    model=model,
    handoff_tool_prefix="delegate_to"
)
# This will create tools named: delegate_to_research_expert, delegate_to_math_expert

智能体自定义交接工具的完整示例，请查看：https://t.zsxq.com/s96sN

4.4 消息转发

可以使用 create_forward_message_tool 为管理者配备一个工具，使其能够将从worker agent收到的最后一条消息直接转发到图的最终输出。当管理者判断worker agent的响应已足够，无需进一步处理或总结时，此功能非常有用。它能为管理者节省令牌，并避免因改述而导致对worker agent响应的潜在误解。​​​​​​​

复制代码 
from langgraph_supervisor.handoff import create_forward_message_tool
# Assume research_agent and math_agent are defined as before
forwarding_tool = create_forward_message_tool("supervisor") # The argument is the name to assign to the resulting forwarded message
workflow = create_supervisor(
    [research_agent, math_agent],
    model=model,
    # Pass the forwarding tool along with any other custom or default handoff tools
    tools=[forwarding_tool]
)

创建一个名为 forward_message 工具，供主管调用。该工具需要一个参数 from_agent 用于指定哪个智能体的最后一条消息应该直接转发到输出端。

五、群体模式代码实现

下面是一个使用 langgraph_swarm 库实现群聚式多智能体系统的示例代码，该库基于 LangGraph 构建，以实现专业智能体之间的动态协作和交接。

我们将沿用与主管模式中相同的数学智能体和研究智能体的例子，完整的代码，请查看：https://t.zsxq.com/coCkC

六、运行智能体

6.1 Invoking调用模式

智能体运行方式主要有以下两种模式：

  • 使用 .invoke() 或 .stream() 进行同步 ：调用者（用户或系统）等待智能体完成其任务后再继续执行；
  • 使用 await .ainvoke() 或 async for with .astream() 进行异步操作 ：智能体接收请求后，启动处理，并允许调用者继续执行其他任务，而无需等待响应。结果稍后会返回，通常通过回调、通知或轮询机制。

**同步调用：**​​​​​​​

复制代码 
from langgraph.prebuilt import create_react_agent
agent = create_react_agent(...)
response = agent.invoke({"messages": [{"role": "user", "content": "what is the weather in sf"}]})

**异步调用：**​​​​​​​

复制代码 
from langgraph.prebuilt import create_react_agent
agent = create_react_agent(...)
response = await agent.ainvoke({"messages": [{"role": "user", "content": "what is the weather in sf"}]})

6.2 输入格式

智能体使用 messages 列表作为输入。因此，智能体的输入和输出以 messages 列表的形式存储在智能体状态的 messages 键下。

可以直接在输入字典中提供智能体状态模式中定义的其他字段。这样就可以根据运行时数据或先前的工具输出实现动态行为。

智能体输入必须是一个包含 messages 键的字典。支持的格式有：

注意： messages 的字符串输入会被转换为 HumanMessage 对象。这与 create_react_agent 中的 prompt 参数不同，后者在作为字符串传递时会被解释为 SystemMessage 对象。

6.3 输出格式

智能体输出是一个字典，包含以下内容：

  • messages : 执行过程中交换的所有消息列表（用户输入、助手回复、工具调用）；

  • 如果配置了结构化输出 ，则可选择使用 structured_response；

  • 如果使用自定义 state_schema ，输出中可能还会用户自定义字段对应的其他键。这些键可以保存工具执行或提示逻辑更新后的状态值。

6.4 流式输出

智能体支持流式输出，从而提升应用程序的响应速度。流式输出支持同步和异步两种模式。

**同步流式输出：**​​​​​​​

复制代码 
for chunk in agent.stream(
    {"messages": [{"role": "user", "content": "what is the weather in sf"}]},
    stream_mode="updates"
):
    print(chunk)

**异步流式输出：**​​​​​​​

复制代码 
async for chunk in agent.astream(
    {"messages": [{"role": "user", "content": "what is the weather in sf"}]},
    stream_mode="updates"
):
    print(chunk)

6.5 最大迭代次数

我们可以在运行智能体时定义最大迭代次数，也可以在定义智能体时通过 .with_config() 定义它：

**运行时定义：**​​​​​​​

复制代码 
from langgraph.errors import GraphRecursionError
from langgraph.prebuilt import create_react_agent
max_iterations = 3
recursion_limit = 2 * max_iterations + 1
agent = create_react_agent(
    model="anthropic:claude-3-5-haiku-latest",
    tools=[get_weather]
)
try:
    response = agent.invoke(
        {"messages": [{"role": "user", "content": "what's the weather in sf"}]},
        {"recursion_limit": recursion_limit},
    )
except GraphRecursionError:
    print("Agent stopped due to max iterations.")

**.with_config():**​​​​​​​

复制代码 
from langgraph.errors import GraphRecursionError
from langgraph.prebuilt import create_react_agent
max_iterations = 3
recursion_limit = 2 * max_iterations + 1
agent = create_react_agent(
    model="anthropic:claude-3-5-haiku-latest",
    tools=[get_weather]
)
agent_with_recursion_limit = agent.with_config(recursion_limit=recursion_limit)
try:
    response = agent_with_recursion_limit.invoke(
        {"messages": [{"role": "user", "content": "what's the weather in sf"}]},
    )
except GraphRecursionError:
    print("Agent stopped due to max iterations.")

七、面临的挑战

协调多个智能体所面临的挑战，以下几点值得牢记：

研究人员实验了五种常用的多智能体系统框架在超过150个任务中的应用，并参考了六位专家标注者的见解。他们识别出14种不同的失效模式，并将其归纳为三大类：

  1. 规范和系统设计缺陷： 由任务定义不明确或系统架构设计不合理引起的问题；

  2. 智能体间协调不畅： 智能体间沟通不畅或缺乏协调所导致的问题；

  3. 任务验证和终止： 与验证过程不足和任务完成协议不当相关的失败。

八、应对策略

为了应对这些挑战，可以采用一下两种优化手段：

  • 改进智能体角色定义： 提高智能体角色定义的清晰度和精确度，防止误解和角色重叠；
  • 增强编排策略： 开发更好的智能体间协调机制，以简化交互和任务执行。

例如，Anthropic 公司发布了模型上下文协议 （MCP），这是人工智能系统和流程如何相互集成的首个行业标准尝试。如果开发者采用MCP标准的智能体模式，那么有助于降低智能体错误率。

谷歌于 2025 年 4 月 9 日推出的 Agent2Agent (A2A)协议 ，使AI agents 能够通过基于 JSON 的"Agent Cards"在不同平台上进行通信和协作。这些Agent Cards描述了智能体的功能、输入和身份验证方案。A2A 和 MCP 相辅相成：A2A 促进智能体之间的互操作性（横向集成），而 MCP 则为智能体提供工具访问权限（纵向集成）。例如，两个智能体可以使用 A2A 协作完成一项任务，同时各自利用 MCP 查询外部数据源，从而创建一个无缝的多智能体生态系统。

九、构建可扩展AI agents的路线图

如果没有合适的路线图，很难构建智能体系统。下面给出一些构建的建议：

1. 选择合适的LLM

选择LLM时，应考虑以下因素：

  • 擅长推理和逻辑处理
  • 支持循序渐进的思考方式（思维链）
  • 提供稳定一致的输出

2. 设计智能体的推理过程

定义智能体如何处理任务：

  • 它是否应该停下来思考片刻再回答？
  • 应该按部就班地制定行动计划，还是立即采取行动？
  • 当需要额外帮助时，是否应该调用工具？

提示： 从简单的策略入手，例如"ReAct"或"Plan-then-Execute"框架。

3. 制定操作指南

制定明确的互动规则：

  • 明确回应行为和语气；
  • 明确何时使用外部工具；
  • 规范响应格式（例如，JSON、Markdown）

4. 加入记忆

弥补 LLM 缺乏长期记忆的缺点，方法如下：

  • 应用滑动窗口记忆最近上下文；
  • 总结过去的对话；
  • 持久化关键信息（用户偏好、决策）

提示： MemGPT 或 ZepAI 等工具可以简化内存管理。

5. 集成工具和 API

使智能体能够执行现实世界的操作：

  • 获取外部数据；
  • 更新客户关系管理系统和数据库；
  • 执行计算或转换

提示： 使用 MCP 可将工具无缝即插即用地集成到智能体工作流程中。

6. 设定明确的目标

向智能体提供具体任务：

✅ "总结用户反馈并提出改进建议"

❌ "乐于助人"

提示： 重点在于缩小任务范围------与其留下开放式的指令，不如明确定义代理人不应该做什么，这样更有效。

7. 扩展到多智能体团队

创建能够协作的专业智能体：

  • 一个智能体收集信息；
  • 另一个智能体则负责解读数据；
  • 第三个智能体用于整理和呈现结果。

提示： 明确的职责分工和清晰的角色划分能够带来更高效的多智能体系统。

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