AI Agent的构建方法

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作者：微信文章
引子：一知半解话AI（26）

我时常思考构建具有何种功能的AI Agent，去推动日常的科研工作。但是，也疑惑如何去构建AI Agent，因此，我借助LLM形成了这篇文章，呈现在这里与大家分享，同时希望能找到合作伙伴，共同开发助力化学与材料研究的AI Agent。



当前，许多企业正努力将 AI 集成到业务流程中，但常常发现简单的聊天机器人或固定的自动化脚本无法应对复杂的现实世界任务。这些工具缺乏自主决策和适应变化的能力，导致自动化流程脆弱且难以维护。AI Agent（人工智能体）作为一种新兴的软件范式，通过赋予 AI 推理、规划和使用工具的能力，使其能够像人类一样自主完成复杂目标。本文将作为一份详尽的实践指南，从核心概念出发，系统性地拆解构建一个生产就绪 AI Agent 的七个关键步骤，帮助开发者和研究人员构建稳定、可靠且能创造真实价值的智能系统。

接下来，我们将深入探讨 AI Agent 的工作原理、构建基石、开发框架以及确保其安全可靠运行的最佳实践。

1️⃣ 什么是 AI Agent？核心概念与工作流

2️⃣ 构建 AI Agent 的三大基石：模型、工具与指令

3️⃣ AI Agent 开发框架与高级编排策略

4️⃣ 确保 AI Agent 安全、可靠与高效运行
什么是 AI Agent？核心概念与工作流

在深入探讨如何构建之前，我们必须首先清晰地回答一个基本问题：什么是 AI Agent？ 简单来说，它是一个能够感知环境、进行决策并采取行动以实现特定目标的软件程序。与被动响应命令的传统 AI 不同，AI Agent 展现出更高程度的自主性。

AI Agent 的核心是其由大型语言模型（LLM）驱动、能够自主规划并执行多步任务以实现用户目标的智能实体。


AI Agent 的定义与特征

一个成熟的 AI Agent 系统通常具备以下几个关键特征：

① 自主性 (Autonomy)：无需人类持续干预，能够独立做出决策和执行操作。

② 感知能力 (Perception)：通过 API、数据库、文件等数字输入来收集和理解环境信息。

③ 决策与规划能力 (Decision-making & Planning)：利用 LLM 作为“大脑”，进行推理、将复杂任务分解为可执行的步骤，并制定行动计划。

④ 行动能力 (Action)：通过调用工具 (Tools)，如 API 或代码执行器，与外部世界交互并完成任务。

⑤ 记忆能力 (Memory)：具备短期记忆（会话上下文）和长期记忆（知识库或用户偏好），以便从过去的交互中学习和改进。

这种从“执行指令”到“实现意图”的转变，是 AI Agent 带来的最深刻的范式变革。用户的角色从一个亦步亦趋的“操作者”，转变为一个设定目标、定义边界和处理异常的“监督者”。
AI Agent 与工作流的架构差异

在实践中，我们常常将 AI Agent 与自动化工作流 (Workflow) 混淆。Anthropic 的研究团队对此做出了重要的架构区分：工作流是基于预定义的代码路径来编排 LLM 和工具的系统，其行为是可预测的；而 Agent 则是 LLM 能够动态规划自己的流程和工具使用，对如何完成任务拥有更高的控制权。

正如 OpenAI 在其构建指南中强调的，AI Agent 代表了一种新兴的软件范式，其核心特征在于能够以高度的独立性代表用户完成任务。这标志着与传统软件的根本性区别，后者本质上是作为用户的工具，而 Agent 则能接管整个工作流并自主执行，将自动化从“辅助执行”提升到“代理执行”的层面。

简单来说，工作流遵循的是一条固定的“铁轨”，而 Agent 则是在一张地图上自己寻找最佳路径。例如，一个处理退款请求的工作流可能会遵循“检查购买日期 -> 检查退货政策 -> 批准/拒绝”的固定流程。而一个AI Agent则可能在收到请求后，自主决定先查询客户历史记录，再分析产品评论，甚至在决策前与用户进行多轮对话以澄清细节。这种架构差异决定了二者在灵活性和适应性上的巨大不同。
AI Agent 的适用场景与价值

尽管 AI Agent 功能强大，但并非所有任务都需要这种级别的复杂性。在许多情况下，一个设计良好的确定性解决方案可能更高效。根据亚马逊 AWS 的实践经验，Agent 特别适用于以下三类场景：

① 复杂的决策制定：当任务需要超越简单规则的判断力时，例如在客户支持中处理复杂的退款申请，Agent 能综合考虑客户忠诚度、历史记录、对话情绪等多种非结构化信息，做出更合理的决策。

② 难以维护的规则系统：对于那些依赖庞大、复杂且频繁变化的规则集（如合规性审查）的业务流程，使用 Agent 可以将规则作为上下文动态理解和应用，而不是硬编码到脆弱的规则引擎中。

③ 非结构化数据处理：许多关键业务（如保险理赔）严重依赖对电子邮件、PDF 文档、对话记录等非结构化数据的解读。Agent 能够利用其强大的自然语言理解能力，自动完成信息提取、关联和初步判断。

在这些场景中，AI Agent 的价值在于自动化“认知劳动”，而不仅仅是“程序性任务”，从而解决传统自动化技术难以触及的“判断”与“解读”环节。

构建 AI Agent 的三大基石：模型、工具与指令

要构建一个功能强大且稳定可靠的 AI Agent，需要建立在三个紧密协作的核心组件之上：模型 (Model)、工具 (Tools) 和 指令 (Instructions)。这三大基石共同定义了 Agent 的身份、能力和行为准则，是实现其智能行为的根本。

一个设计精良的 AI Agent 是其核心模型、扩展能力的工具集以及明确行为准则的指令三者协同作用的产物。


核心模型选择与优化策略

模型是 Agent 的“大脑”，通常是一个大型语言模型 (LLM)，负责驱动整个工作流，承担核心的推理、分析和决策任务。模型的选择直接影响 Agent 的性能、成本和响应速度。

一个常见的误区是出于成本考虑，在项目初期就选择小型或廉价的模型。然而，OpenAI 的官方指南提出了一种“从高到低 (Start Smart)”的方法论：在原型设计阶段，应首先使用当前可用的最强大的模型（如 GPT-4o 或 Claude 3.5 Sonnet）来建立性能基准。这能最大限度地确保 Agent 能够成功完成任务，从而验证工作流设计、工具定义和指令的有效性。如果在最优配置下 Agent 仍然失败，那么问题几乎可以肯定地归结为指令或工具的设计缺陷，这是一个更易于解决的工程问题。

“在智能体开发中，最大的不确定性并非来自执行效率，而是来自推理能力——即‘这个复杂的任务是否有可能被自动化？’。从最强模型入手，实际上是在测试中消除了‘模型能力不足’这一变量，从而有效地为项目早期阶段去风险。”

一旦通过最强模型成功建立了性能基准，就可以进行迭代优化，尝试将系统中部分或全部任务替换为更小、更快或成本更低的模型，并在性能、延迟和成本之间找到最佳平衡点。
扩展能力边界：工具设计与分类

工具是 Agent 的“双手”和“感官”，使其能够与外部世界进行交互，执行超越其内部知识范围的操作。工具本质上是 Agent 可以调用的外部函数或 API。为了让 Agent 高效、准确地使用工具，工具本身的设计至关重要。

以构建一个用于监测化学期刊中关于催化反应的文章，并提取其中数据的 AI Agent 为例，我们可以为其设计以下工具：

• search_journals(keywords: list, date_range: str): 用于搜索如美国化学会 (ACS) 或英国皇家化学会 (RSC) 等主流期刊数据库，返回相关文章列表。

• get_article_details(article_doi: str): 根据文章的 DOI（数字对象唯一标识符）获取其摘要、作者和 PDF 链接。

• extract_reaction_data_from_text(text: str): 这是核心工具，它接收文章文本，利用模式匹配或另一次专门的 LLM 调用，提取出催化剂、底物、反应条件和产率等关键数据，并以结构化的 JSON 格式返回。

工具的设计应遵循清晰、简洁和文档完备的原则。工具的描述（docstring）对于 Agent 至关重要，因为它能帮助 LLM 理解在何种情况下、以何种方式调用该工具。正如 Anthropic 在其《Agent 构建指南》中所强调的，开发者应像设计人机交互界面 (HCI) 一样，投入同样多的精力来创建良好的“代理-计算机界面 (Agent-Computer Interface, ACI)”。
定义行为准则：指令工程与最佳实践

指令是 Agent 的“行为准则”和“行动指南”，它是一套以自然语言编写的提示 (Prompt)，用于明确定义 Agent 的目标、角色、行为边界和约束条件。高质量的指令对于 Agent 的成功至关重要。

继续以我们的化学文献 Agent 为例，其核心指令可能如下所示：

你是一个专业的化学研究助理，任务是监测最新的催化反应研究。你的工作流程如下：

1. 规划与搜索: 根据用户提供的主题（例如“C-H 键活化”），使用 `search_journals` 工具查找过去一个月内发表的相关文章。

2. 筛选与分析: 遍历搜索结果，使用 `get_article_details` 工具阅读每篇文章的摘要。如果摘要明确提到了新的催化体系，则继续下一步。

3. 数据提取: 对于筛选出的文章，下载全文并提取文本内容。使用 `extract_reaction_data_from_text` 工具，将催化剂、底物、溶剂、温度和产率等信息提取为结构化JSON。

4. 总结与报告: 将所有提取的数据汇总成一个 Markdown 表格，并对本周最重要的发现进行简要总结。

如果任何步骤失败（例如无法访问某篇文章），请记录错误并继续处理下一篇，不要中断整个流程。

这个例子体现了指令工程的几个最佳实践：明确的角色定义、清晰的任务分解、指定工具的使用时机以及对边界情况的处理。将指令视为“指令即代码 (Instructions as Code)”，将其纳入版本控制并进行严格测试，是走向专业化 Agent 开发的关键。

AI Agent 开发框架与高级编排策略

当单个 Agent 的能力不足以应对复杂的业务流程时，就需要引入更高层次的架构设计——编排 (Orchestration)。编排是指协调一个或多个 Agent 以完成共同目标的过程。同时，选择合适的开发框架可以极大地简化这一过程。

从简单的单一智能体起步，逐步演进到复杂的多智能体编排，是构建可扩展、可维护的 AI Agent 系统的关键策略。


主流 AI Agent 开发框架

目前市面上有多种成熟的框架可以极大简化 Agent 的开发流程。这些框架提供了模块化的组件，用于处理 LLM 调用、工具集成、内存管理和流程控制等常见任务。

根据行业分析，当前流行的 AI Agent 框架包括 LangChain、AutoGen、CrewAI 和 LlamaIndex 等。LangChain 以其全面的模块化组件和庞大的社区生态系统而广受欢迎；微软的 AutoGen 则专注于简化多智能体应用的开发；CrewAI 设计用于构建协作式的 Agent 团队；而 LlamaIndex 在处理和查询私有数据方面表现出色。

选择哪个框架取决于任务的复杂度、团队的技术栈以及对定制化的需求。一个普遍的建议是，先从直接使用 LLM API 开始，理解其基本工作原理，当需求变得复杂时，再引入框架以提高开发效率。
单一智能体系统架构

单一智能体系统是最基础、也是最推荐的起点。其架构非常直观：一个 LLM 模型，配备一套为其任务量身定制的工具和指令集。整个系统在一个“运行循环 (Run Loop)”中工作：Agent 接收用户输入，进行思考和行动，调用工具获取信息，再根据返回结果进行下一步推理，如此往复，直到任务完成。

尽管结构简单，但通过不断增加新的工具，单一智能体的能力边界可以被持续扩展。对于绝大多数初期的 Agent 应用场景而言，一个精心设计的单一智能体系统已经足够强大。开发者应极力避免在一开始就尝试构建一个拥有复杂架构的终极系统，而是从最简单的可行方案入手，在真实场景中进行验证。
多智能体系统编排模式

当工作流的复杂性超出了单个 Agent 的“认知负荷”——例如，任务需要截然不同的专业知识，或者需要管理的工具数量过多——就应转向多智能体系统。多智能体系统通过将一个庞大任务分解给多个更专注的 Agent，实现了更高层次的“关注点分离”。目前主流的编排模式有两种：

① 主管模式 (Manager Pattern)：这是一种层级化的中心化编排模式。一个“主管” Agent 负责理解总体目标并将其分解为子任务，然后将这些子任务“委派”给多个专门的“下属” Agent 执行。例如，一个“旅行规划主管”可以分别调用“机票预订” Agent 和“酒店预订” Agent，最后综合它们的结果形成完整行程。这种模式类似于现实世界中的项目团队，非常适合可以并行处理或需要综合多种信息的任务。

② 去中心化模式 (Decentralized Pattern)：这是一种点对点的分布式编排模式。系统中没有中心主管，而是一群对等的 Agent，它们各自拥有专长并“知道”彼此的存在。当一个 Agent 判断当前任务的后续步骤超出了自己的能力范围时，它会将整个工作流的控制权及上下文信息“移交”给另一个更合适的 Agent。这更像一条工厂的流水线，适合那些由不同阶段的专家序贯处理的线性流程。

选择哪种模式不仅是技术决策，更是业务流程的设计决策。工程师需要与业务分析师紧密合作，精确地描绘出他们试图自动化的真实世界流程，以选择最合适的编排架构。

确保 AI Agent 安全、可靠与高效运行

将 AI Agent 部署到生产环境时，其功能强大与否只是成功的一半，另一半则在于如何确保其行为是安全、可靠且可控的。一个无法被信任的 Agent，无论其多么智能，都没有商业价值。这需要我们建立一个从开发到部署的全生命周期保障体系。

通过构建分层防御的安全护栏、引入人工监督机制并实施全面的监控，才能将实验性的 AI Agent 转变为值得信赖的生产级系统。


分层防御：安全护栏体系构建

Agent 的安全设计绝不能是事后添加的补丁。我们应采用一种源自成熟网络安全实践的“深度防御 (Defense in Depth)”策略。这意味着部署多层、多样化的防护机制（即护栏，Guardrails），确保即使某一层防护被绕过，后续层面仍有机会捕获和阻止风险。

根据 AWS 的 Agentic AI 基础设施实践经验，一个全面的护栏体系应在用户输入、模型推理、工具调用和输出生成的各个环节建立独立的安全过滤机制。这包括相关性分类器（防止任务偏离）、PII 过滤器（保护个人信息）、工具风险评估（对高风险操作进行门控）和输出验证（确保内容合规）等。

例如，一个客户服务 Agent 的护栏体系可能包含：

• 输入层：一个相关性分类器，拒绝处理与客户服务无关的请求（如“写一首诗”）。

• 推理层：指令中明确禁止 Agent 做出财务承诺或法律建议。

• 工具调用层：调用 `issue_refund` 工具时，如果金额超过特定阈值（如 100 美元），则必须触发人工审批流程。

• 输出层：在回复用户前，检查响应中是否意外包含了其他客户的个人信息，并确保语言风格符合品牌语调。

这种分层设计承认任何单一安全机制都可能存在漏洞，并通过冗余和多样化的检查来系统性地管理风险。
人工监督与干预机制

即使拥有最完善的自动化护栏，也必须承认当前的 AI Agent 并非完美无缺。因此，在系统中内置清晰的人工监督与干预机制 (Human-in-the-Loop, HITL) 是部署生产级 Agent 的一项基本要求，尤其是在早期阶段。

HITL 不仅是处理失败的降级方案，更是建立组织信任的核心机制。在初期，Agent 可以扮演一个强大的“超级助理”，它负责完成决策前的所有准备工作，然后将行动方案提交给人类进行最终审查和批准。随着时间的推移和信任的建立，可以逐步提高其自主权。为了使 HITL 有效运作，需要定义明确的升级触发器，例如：

• 失败阈值：当 Agent 连续多次犯错时，自动暂停并请求人工介入。

• 高风险操作：对于删除数据、大额转账等不可逆操作，默认需要人工批准。

• 低置信度：当 Agent 对自身决策的置信度低于某个阈值时，主动请求帮助，而不是冒险猜测。
部署、监控与持续优化

将 Agent 部署到生产环境并非终点，而是一个持续监控、学习和优化的新起点。由于 LLM 引入的不确定性，Agent 的运维（常被称为 AgentOps）比传统软件更为复杂。

我们需要建立一个多层次的观测体系，追踪从基础设施资源使用到应用性能，再到业务层面的任务成功率和用户满意度等各项指标。细粒度的轨迹追踪（Tracing）至关重要，它能记录 Agent 每一步的输入、思考过程、工具调用和输出，为调试和根因分析提供关键线索。通过建立用户反馈机制，并利用这些反馈来持续迭代指令、优化工具和调整护栏，形成一个完整的闭环，才能确保 AI Agent 在真实世界中持续创造价值并不断进化。

结论

构建 AI Agent 是一项融合了软件工程、人工智能和业务流程设计的系统性工程。本文从定义出发，详细阐述了支撑 Agent 的三大基石——模型、工具与指令，探讨了从简单到复杂的编排策略，并最终落脚于确保系统安全可靠的实践方法。其核心思想可以归结为一种迭代式的开发哲学：从小处着手，快速验证，用真实数据和用户反馈驱动，在稳固的基础上逐步扩展系统的能力边界和自主程度。

AI Agent 标志着一个自动化新纪元的开启，它们的能力已开始深入业务流程的核心。随着技术的成熟，我们正从构建解决离散任务的“孤立智能体”，迈向创建由众多专业智能体组成的、相互连接的“智能体生态系统”。本文所阐述的模块化设计、标准化接口、清晰编排模式和健壮安全框架，正是构建这个宏伟蓝图所必需的基石。对于研究人员和开发者而言，现在正是投身于这一变革性领域，将理论付诸实践，探索智能自动化未来的最佳时机。

参考文献

• Anthropic. Building Effective Agents. Anthropic Research. 2024. https://www.anthropic.com/research/building-effective-agents

• AWS. Agentic AI基础设施实践经验系列（一）：Agent应用开发与落地实践思考. AWS Official Blog. 2024. https://aws.amazon.com/cn/blogs/china/agentive-ai-infrastructure-practice-series-1/

• OpenAI. A Practical Guide to Building Agents. OpenAI. 2024. https://www.53ai.com/news/LargeLanguageModel/2024061807489.html

• Murad, M. Decoding the general-purpose LLM Agent: A seven-step guide to building your own. Baidu Cloud Qianfan Community. 2024. https://qianfan.cloud.baidu.com/qianfandev/topic/685750

• Zanini, A. 12 Best AI Agent Frameworks To Build With in 2024. Bright Data Blog. 2024. https://www.bright.cn/blog/ai/best-ai-agent-frameworks

• Oracle. How to create an AI agent in 7 steps. Oracle China. 2024. https://www.oracle.com/cn/applications/fusion-ai/how-to-create-ai-agent/

• Alibaba Cloud Developer Community. 智能体（AI Agent）搭建全攻略：从概念到实践的终极指南. Alibaba Cloud Developer Community. 2024. https://developer.aliyun.com/article/1681046

注：AI生成的文章可能存在“幻象”

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