wth2jhl.online

Back

前言#

最近阅读了 Antonio Gullí(Google)的新书《Agentic Design Patterns: A Hands-On Guide to Building Intelligent Systems》,这是一本关于如何构建智能代理(AI Agent)系统的实践指南。书中提出了 21 种核心设计模式,非常系统化,适合想要深入学习 Agent 技术的开发者。

这本书的核心理念是:构建智能系统就像在画布上创作一幅复杂的艺术作品,需要结构化的设计模式和经过验证的方法论。

一、什么是 AI Agent?#

1.1 Agent 的基本定义#

AI Agent(智能代理)是一种能够感知环境、制定计划并执行行动以达成特定目标的系统。与传统软件不同,Agent 具有:

  • 自主性(Autonomy):无需持续人工干预即可执行操作
  • 主动性(Proactiveness):主动朝着目标采取行动
  • 反应性(Reactivity):对环境变化做出有效响应
  • 工具使用能力(Tool Use):调用外部 API、数据库或服务
  • 记忆能力(Memory):跨交互保留信息

1.2 Agent 的五步循环#

Agent 通过一个简单的五步循环来完成任务:

1. 获取任务(Get the mission)→ 你给它一个目标
2. 扫描环境(Scan the scene)→ 收集信息(读邮件、查日历等)
3. 思考推理(Think it through)→ 制定行动计划
4. 执行行动(Take action)→ 发送邀请、排会议、更新日历等
5. 学习改进(Learn and get better)→ 观察成功案例并适应
plaintext

1.3 从 LLM 到 Agentic AI 的演进#

LLM(基础语言模型)
   ↓
RAG(检索增强生成)
   ↓  
Agentic RAG(代理增强的 RAG)
   ↓
Agentic AI(多代理协作系统)
plaintext

根据研究,到 2025 年初,96% 的大型 IT 公司正在积极使用 AI 代理。到 2024 年底,AI 代理创业公司已融资超过 20 亿美元,市场估值达 52 亿美元,预计到 2034 年将增长到近 2000 亿美元。

二、Agent 的四个复杂度级别#

Level 0:核心推理引擎#

LLM 本身不是 Agent,但可以作为推理核心。在此级别中:

  • 无工具、无记忆、无环境交互
  • 仅基于预训练知识响应
  • 优势:强大的内部推理能力
  • 局限:完全缺乏当前事件认知

Level 1:连接型问题解决者#

LLM 通过连接外部工具成为功能性 Agent:

  • 可执行多步骤操作收集和处理信息
  • 可调用搜索引擎、财务 API 等外部工具
  • 从预训练知识扩展到实时信息获取

Level 2:战略型问题解决者#

Agent 能力显著扩展,具备:

  • 战略规划:处理复杂多部分问题
  • 上下文工程(Context Engineering):战略性地选择、打包和管理每个步骤最相关的信息
  • 主动和持续运营:如旅行助手自动从冗长的确认邮件中提取关键信息
  • 自我改进:通过反馈自动优化上下文工程流程

Level 3:协作式多代理系统#

重要范式转变:从追求单个超级 Agent 转向多代理协作系统。

类比人类组织结构,不同代理担任不同角色:

  • 项目经理代理:中央协调者
  • 市场研究代理:收集消费者数据
  • 产品设计代理:开发概念
  • 营销代理:制作推广材料

三、21 种核心设计模式#

第一组:基础结构模式#

1. Prompt Chaining(提示链)#

核心思想:将复杂任务分解为有序的子任务序列,每个子任务通过专门设计的提示词处理。

为什么需要:

  • 单个复杂提示会导致指令忽略、上下文漂移、错误传播、幻觉

示例流程:

步骤 1:总结市场报告 → "你是一名市场分析师,请总结以下报告的关键发现:[文本]"
步骤 2:识别趋势 → "基于摘要,识别前三个新兴趋势并提取支持每个趋势的具体数据点"
步骤 3:撰写邮件 → "起草一封简明的邮件给营销团队,概述以下趋势及其支持数据"
plaintext

关键收益:

  • 模块化和清晰度
  • 每个步骤可独立优化
  • 减少模型认知负荷
  • 更准确、更可靠的最终输出

2. Routing(路由)#

核心思想:将不同类型的查询导向专门的处理路径或专门的代理。

应用场景:

  • 客服系统:根据问题类型分流到不同专业代理
  • 查询分类:判断意图后分配到对应处理流程

3. Parallelization(并行化)#

核心思想:将任务分解为可并行处理的独立子任务,提高效率和吞吐量。

示例:

  • 同时从多个 API 收集信息
  • 并行处理数据验证和分析
  • 多模态内容同时生成

4. Reflection(反思)#

核心思想:Agent 在生成响应或采取行动前,进行自我评估和改进。

应用:

  • 代码生成后进行自我审查
  • 创意写作的迭代改进
  • 复杂问题的策略规划

第二组:能力扩展模式#

5. Tool Use / Function Calling(工具使用)#

核心思想:Agent 能够调用外部工具和服务,突破预训练知识的限制。

工具类型:

  • 搜索引擎(实时信息)
  • 数据库(结构化查询)
  • 计算服务(数学运算)
  • 代码执行环境
  • 第三方 API

关键框架示例:

# LangChain 工具调用示例
tools = [
    Tool(name="Search", func=search_engine.search),
    Tool(name="Calculator", func=calculator.compute),
    Tool(name="Weather", func=weather.get_forecast)
]
agent = initialize_agent(tools, llm, agent="zero-shot-react-description")
python

6. Planning(规划)#

核心思想:Agent 能够制定和执行多步骤计划以实现复杂目标。

示例应用:

  • Google DeepResearch:自动化深度研究任务
  • OpenAI Deep Research API:复杂信息搜集和分析

7. Multi-Agent Collaboration(多代理协作)#

核心思想:多个专业代理协同工作,共同完成复杂任务。

CrewAI 示例:

# 创建代理团队
researcher = Agent(role="Market Research Analyst", ...)
writer = Agent(role="Content Writer", ...)
editor = Agent(role="Editorial Reviewer", ...)

# 组成团队
crew = Crew(agents=[researcher, writer, editor], tasks=[...])
result = crew.kickoff()
python

8. Memory Management(记忆管理)#

核心思想:跨交互保留和管理信息,使 Agent 能够维护长期上下文。

记忆类型:

  • 会话记忆(Session Memory):跟踪每次对话
  • 状态(State):会话的临时便签本
  • 长期记忆(Long-term Memory):跨会话积累的知识

第三组:高级智能模式#

9. Learning and Adaptation(学习与适应)#

核心思想:Agent 从经验中学习并改进自身性能。

案例研究:

  • SICA(自我改进编码代理):从反馈中学习如何更好地编写代码
  • AlphaEvolve:通过 AI 生成和改进算法
  • OpenEvolve:开放式的 AI 驱动发现

10. Model Context Protocol / MCP(模型上下文协议)#

核心思想:标准化的代理与外部工具/服务之间的通信协议。

MCP vs 工具调用:

  • MCP:专门为代理设计,支持双向通信和复杂交互
  • 工具调用:更简单的函数调用机制

示例架构:

代理 ←→ MCP Server ←→ 外部资源
              ↓
         FastMCP / 其他实现
plaintext

11. Goal Setting and Monitoring(目标设定与监控)#

核心思想:Agent 能够设定目标、监控进度并处理偏差。

关键组件:

  • 目标分解为可执行的子目标
  • 进度跟踪机制
  • 异常检测和纠正

12. Exception Handling and Recovery(异常处理与恢复)#

核心思想:系统性地处理错误并从失败中恢复。

策略:

  • 优雅降级
  • 自动重试机制
  • 降级方案执行

第四组:安全与可靠性模式#

13. Human-in-the-Loop(人机协作)#

核心思想:在关键决策点引入人工审核和干预。

应用场景:

  • 高风险操作前的审批
  • 敏感信息处理
  • 模型不确定时的澄清

14. Knowledge Retrieval / RAG(知识检索)#

核心思想:通过检索外部知识来增强 Agent 的知识库。

核心技术:

  • 嵌入(Embeddings):将文本转为向量
  • 向量数据库:高效相似性搜索
  • 分块(Chunking):文档分割策略
  • 图 RAG:利用知识图谱增强检索

Agentic RAG:将 RAG 与代理能力结合,实现动态检索和推理。

15. Inter-Agent Communication / A2A(代理间通信)#

核心思想:多个代理之间的标准化通信协议。

A2A vs MCP:

  • A2A:代理与代理之间的协作通信
  • MCP:代理与外部工具/资源的连接

16. Resource-Aware Optimization(资源感知优化)#

核心思想:根据可用资源动态优化代理行为。

策略:

  • 动态模型切换
  • 成本-效益平衡
  • 性能-延迟权衡

第五组:推理与评估模式#

17. Reasoning Techniques(推理技术)#

核心技术:

  • Chain of Thought (CoT):逐步推理
  • Self-Consistency:自洽性
  • Tree of Thoughts (ToT):思维树
  • ReAct:推理+行动

缩放推理定律:更多推理计算 → 更好性能

18. Guardrails / Safety Patterns(安全护栏)#

核心思想:确保代理行为安全、可靠、符合预期。

实施层面:

  • 输入验证
  • 输出过滤
  • 行为约束
  • 审计日志

19. Evaluation and Monitoring(评估与监控)#

核心思想:系统性地评估代理性能和健康状况。

关键指标:

  • 任务完成率
  • 响应质量
  • 代理轨迹分析
  • 错误率统计

20. Prioritization(优先级)#

核心思想:根据重要性紧急度对任务排序。

应用场景:

  • 多任务调度
  • 资源分配优化
  • 截止日期管理

21. Exploration and Discovery(探索与发现)#

核心思想:主动探索未知领域,发现新的解决方案。

案例:

  • Google Co-scientist:AI 辅助科学研究
  • AlphaFold:蛋白质结构预测
  • AlphaGenome:基因组分析

四、关于 Agent 的五大未来假设#

假设 1:通用代理的出现#

AI 代理将从窄领域专家演变为能够管理复杂、模糊、长期目标的真正通才。

示例:你只需说”规划下季度在里斯本举办30人的公司团建”,Agent 就能管理整个项目数周,处理从预算审批到航班谈判的一切。

两条可能路径:

  • 大型通用模型
  • 小型专业模型的组合(“乐高式”概念)

假设 2:深度个性化与主动目标发现#

代理将成为高度个性化的主动伙伴:

  • 从被动响应 → 主动预测需求
  • 帮助你发现和追求尚未完全表达的目标

假设 3:具身化与物理世界交互#

代理将从纯数字领域突破,与机器人结合:

  • 家庭代理执行实际维修任务
  • 从制造业到养老服务

假设 4:代理驱动经济#

高度自主的代理将成为经济活动的主动参与者:

  • 代理作为独立经济实体
  • 自主运营电商业务
  • 新型”代理经济”出现

假设 5:目标驱动的变形多代理系统#

代理系统将从显式编程转向声明式目标:

  • 声明期望结果,系统自主确定实现方式
  • 动态调整多代理拓扑结构
  • 真正的自我改进能力

五、主流开发框架#

LangChain & LangGraph#

特点:

  • 灵活链接语言模型和组件
  • 适合构建复杂操作序列和图形
# LangGraph 状态机示例
from langgraph.graph import StateGraph

graph = StateGraph(AgentState)
graph.add_node("research", research_node)
graph.add_node("write", write_node)
graph.add_edge("research", "write")
python

CrewAI#

特点:

  • 专为多代理角色和任务协调设计
  • 适合协作代理系统

Google ADK#

特点:

  • 完整的代理开发工具包
  • 与 Google AI 基础设施深度集成
  • 支持 Vertex AI 平台

六、关键要点总结#

  1. 设计模式是构建可靠 Agent 的基石:避免重复造轮子,利用经过验证的解决方案

  2. 上下文工程是关键技能:战略性地选择、打包和管理信息输入,防止模型过载

  3. 多代理协作是未来趋势:复杂任务需要多个专业代理协同工作

  4. 安全护栏不可或缺:在享受 Agent 便利性的同时,必须建立完善的防护机制

  5. 持续学习和适应:Agent 应能从经验中学习并自动改进

  6. 人机协作仍然重要:在关键决策点保持人工审核

结语#

《Agentic Design Patterns》这本书系统性地梳理了构建智能代理系统的 21 种核心模式,从基础的 Prompt Chaining 到高级的 Multi-Agent Collaboration,覆盖了从理论到实践的完整知识体系。

对于想要深入学习 Agent 技术的开发者来说,这是一本非常实用的参考书。书中的代码示例覆盖了 LangChain、LangGraph、CrewAI 和 Google ADK 等主流框架,可以直接动手实践。

Agent 时代已经到来,掌握这些设计模式将帮助我们更好地构建可靠、高效、智能的代理系统。


📚 参考书籍:Antonio Gullí, “Agentic Design Patterns: A Hands-On Guide to Building Intelligent Systems”, Springer, 2025

Agentic Design Patterns 学习笔记:构建智能代理系统的 21 个核心模式
https://wth2jhl.online/blog/agentic-design-patterns/
Author 小吴同学
Published at May 11, 2026