前言

欢迎来到《智能体设计模式：构建智能系统的实战指南》。当我们审视现代人工智能的格局时，我们看到一个清晰的演变过程，从简单的反应性程序到复杂的自主实体，这些实体能够理解上下文、做出决策，并与其环境和其它系统进行动态交互。这些就是智能体以及它们所构成的智能系统。

大型语言模型（LLM）的兴起为理解和生成类似人类内容的文本和媒体提供了前所未有的能力，成为许多智能体的认知引擎。然而，将这些能力编排成能够可靠实现复杂目标的系统，需要的不仅仅是强大的模型。它还需要结构、设计和对智能体感知、规划、行动和互动的深思熟虑的方法。

将构建智能系统比作在画布上创作一幅复杂的艺术品或工程作品。这个画布并非空白的视觉空间，而是提供环境和工具的基础设施和框架，让您的智能体得以存在和运行。它是您构建智能应用的基础，负责管理状态、通信、工具访问以及逻辑流程。

在智能体画布上有效地构建，不仅仅是将组件随意组合。它需要理解解决设计和实现智能体行为中常见挑战的成熟技术——即模式。正如建筑模式指导建筑物的建造，或设计模式构建软件结构一样，智能体设计模式为你在所选画布上实现智能体时遇到的重复性问题提供了可重用的解决方案。

什么是智能体系统？

智能体系统本质上是一种计算实体，旨在感知其环境（包括数字和潜在的物理环境），根据这些感知和一系列预定义或学习到的目标做出明智的决策，并自主执行行动以实现这些目标。与传统软件遵循的严格、按部就班的指令不同，智能体展现出一定程度的灵活性和主动性。

想象一下，你需要一个系统来管理客户咨询。一个传统的系统可能会遵循固定的脚本。然而，一个智能体系统却能感知客户查询的细微差别，访问知识库，与其他内部系统（如订单管理）交互，可能还会提出澄清问题，并主动解决问题，甚至可能预测未来的需求。这些智能体在应用程序基础设施的画布上运行，利用它们可用的服务和数据。

智能体系统通常具有以下特征：自主性，允许它们在没有持续人类监督的情况下行动；主动性，主动采取行动以实现其目标；以及反应性，能够有效地对其环境中的变化做出响应。它们本质上是目标导向的，不断朝着目标努力。一项关键能力是工具使用，使它们能够与外部API、数据库或服务交互——有效地超越其直接的工作范围。它们拥有记忆，能够在交互中保留信息，并且可以与用户、其他系统或甚至在同一或连接画布上运行的其它智能体进行通信。

有效地实现这些特性引入了显著的复杂性。智能体如何在其画布上跨多个步骤维护状态？它如何决定何时以及如何使用工具？不同智能体之间的通信如何管理？你如何将弹性构建到系统中以处理意外结果或错误？

为什么模式在智能体开发中至关重要

这种复杂性正是智能体设计模式不可或缺的原因。它们并非僵化的规则，而是经过实战检验的模板或蓝图，提供了在智能体领域解决标准设计和实现挑战的经过验证的方法。通过识别和应用这些设计模式，您将获得增强您在画布上构建的智能体结构、可维护性、可靠性和效率的解决方案。

使用设计模式可以帮助您避免在处理如管理对话流程、集成外部能力或协调多个智能体动作等任务时重新发明轮子。它们提供了一种共同的语言和结构，使您的智能体逻辑更加清晰，便于他人（以及未来的您）理解和维护。直接实现针对错误处理或状态管理的设计模式，有助于构建更稳健和可靠的系统。利用这些既定方法可以加速您的开发过程，让您能够专注于应用程序的独特方面，而不是智能体行为的基础机制。

本书提炼了21个关键设计模式，这些模式代表了构建复杂智能体在多种技术画布上的基本构建块和技术。理解和应用这些模式将显著提升您设计和实现智能系统的能力。

本书概述及使用方法

本书《智能体设计模式：构建智能系统的实用指南》旨在成为一本实用且易于理解的学习资源。其主要目标是清晰地解释每个智能体模式，并提供具体的、可运行的代码示例来展示其实现方法。在21个专门的章节中，我们将探讨各种设计模式，从基础概念如结构化顺序操作（提示链）和外部交互（工具使用）到更高级的主题如协同工作（多智能体协作）和自我提升（自我校正）。

本书按章节组织，每章深入探讨一个智能体模式。在每一章中，您将找到：

• 模式概述的详细说明，清晰解释了该模式及其在智能体设计中的作用。
• 一节关于实际应用与用例，展示了在实际场景中该模式如何极具价值以及它带来的益处。
• 一个动手代码示例，提供实际可运行的代码，展示了使用知名智能体开发框架实现该模式的示例。在这里，您将看到如何在技术画布的背景下应用该模式。 关键要点 总结了最关键的观点，便于快速回顾。 参考文献，提供进一步探索的资源，以加深对模式及相关概念的学习。

虽然章节按照逐步构建概念的方式编排，但您完全可以将其作为参考书籍，跳转到解决您在智能体开发项目中遇到的具体挑战的章节。附录提供了高级提示技术、将AI智能体应用于现实世界环境的原理以及关键智能体框架的概述。为了补充这些内容，还包括了仅在线提供的实用教程，提供逐步指导，帮助您使用特定平台（如AgentSpace）和命令行界面构建智能体。全书强调实践应用；我们强烈建议您运行代码示例，进行实验，并将它们改编以构建您在所选画布上的智能系统。

一个我常听到的好问题是：“随着AI发展如此迅速，为什么还要写一本书，它很快就会过时？”我的动机实际上正好相反。正是因为事物发展如此迅速，我们才需要退一步，去识别那些正在巩固的基础原则。像RAG（检索增强生成）、反思、路由、记忆等模式，正在成为基本构建块。这本书是对这些核心思想的反思邀请，它们为我们提供了构建的基础。人类需要在这些基础模式上的反思时刻。

框架简介

为了提供一个有形的“画布”来展示我们的代码示例（参见附录），我们将主要使用三个突出的智能体开发框架。LangChain及其状态扩展LangGraph提供了一种灵活的方式将语言模型和其他组件串联起来，为构建复杂的操作序列和图提供了强大的画布。Crew AI提供了一个专门为编排多个智能体、角色和任务而设计的结构化框架，作为协作智能体系统的画布尤其适用。谷歌智能体开发者工具包（Google ADK）提供了构建、评估和部署智能体的工具和组件，提供了另一个有价值的画布，通常与谷歌的AI基础设施集成。

这些框架代表了智能体开发画布的不同方面，每个框架都有其优势。通过展示这些工具的示例，您将更全面地了解这些模式如何应用于您选择的特定技术环境，无论您选择何种技术环境。这些示例旨在清晰地展示模式的核心逻辑及其在框架画布上的实现，注重清晰性和实用性。

本书结束时，您不仅将理解21种关键智能体模式背后的基本概念，还将具备实际知识和代码示例，以有效地应用这些模式，使您能够在所选的开发画布上构建更加智能、强大和自主的系统。让我们开始这段动手实践之旅吧！