本文系统梳理了七种常见的Agent架构,包括单体循环、分层规划、工具驱动、反思迭代、多智能体协作、强化学习和记忆增强。针对不同架构的适用场景、工程取舍和部署时易遇故障进行深入分析。强调明确任务完成标准、成本与响应时间,再进行组件选型。文章还探讨了架构比较、常见问题及处理办法,旨在帮助读者理解并实践高效的大模型Agent设计。
做一个能回答问题的助手,和做一个能持续完成任务的 Agent,需要解决的问题不一样。
任务一旦涉及检索资料、调用工具、处理失败和保存进度,系统就需要明确:下一步由谁决定,执行结果如何验证,什么时候应该停下来。
这篇文章围绕这些问题,梳理常见的 Agent 架构、适用场景和工程取舍,并整理部署时容易遇到的故障。
先分清:流程、能力与训练方式
讨论架构之前,需要区分工作流与 Agent。工作流通常由代码预先规定步骤;Agent 则让模型根据任务和环境反馈,动态决定下一步行动。两者可以组合使用。Anthropic 的工程文章采用了这一划分。
本文将常见设计整理为七类。其中,分层规划与计划执行放在一起讨论,因为它们都涉及任务拆解、执行和反馈。
这些分类并不互斥。单体、多智能体描述系统如何组织;工具、记忆和反思描述系统具备哪些能力;强化学习则涉及策略如何通过训练得到改进。
一个实际系统完全可能同时具备规划、工具调用和长期记忆,再用反思机制修正结果。
选型时,先明确任务的完成标准、允许的成本和响应时间,再决定需要哪些组件。
七种常见的 Agent 设计
1. 单体循环:由一个 Agent 持续推进任务
单体循环是最容易理解的结构:模型读取当前状态,生成回答或工具调用,执行器返回结果,模型再决定下一步。
核心组件包括 LLM、状态管理、输出解析、执行器和循环控制。流程通常由一个while或for循环串联。
这类系统实现直接,日志集中,适合原型验证,以及需要少量检索或工具调用的任务。常见实现可以从 Python、模型 API 和少量工具函数起步。
早期 AutoGPT、BabyAGI 的任务循环是理解这一思路的案例;这些项目后续已有演变,阅读时应区分早期设计与当前实现。项目入口见文末。
它的主要问题是错误会沿着循环累积。模型可能反复调用同一个工具,遗漏已经完成的步骤,或在没有进展时继续消耗预算。
因此,循环必须有停止条件。下面的伪代码同时区分了成功完成和达到步数上限:
for step in range(MAX_STEPS): action = agent.next_action(state) if action.kind == "finish": if verify_result(state, action.result): return action.result state.add_feedback("结果未通过验证,请修正。") continue result = executor.apply(action) state.update(result) raise RuntimeError("达到最大步数,任务尚未完成。")实际部署还要限制总耗时、调用费用和连续无进展次数,并记录每步输入、行动与结果。
如果任务只需一次问答,或者步骤完全固定,可以先用单次模型调用或普通工作流。需要多个独立角色并行推进时,再考虑拆分 Agent。
2. 分层规划:先拆解任务,再根据结果调整
规划型架构将任务分成两个职责:规划者确定目标、步骤和依赖;执行者完成具体操作,并将结果交回规划者。
“先规划再执行”强调显式计划;分层架构还可以设置多级规划者和执行者。两者共享的难点,是让计划与实际进度保持一致。
这种结构适合研究报告、复杂编程和跨系统业务流程。任务拆开后,更容易发现遗漏,也方便在阶段之间加入人工检查点。
实现时,可以用同一个模型分别承担规划和执行,也可以选择不同模型。任务状态可由队列或状态图管理;没有依赖关系的子任务可以并行执行。
需要探索多条候选路径时,还可以引入搜索算法。例如,Tree of Thoughts探索不同的中间推理步骤;LATS结合蒙特卡洛树搜索、模型评估、反思与环境反馈。这些方法可用于探索候选路径,但会增加计算量。
规划型系统最常见的失败,是计划看起来完整,实际却无法执行:缺少权限、前置资料未拿到,或某个子任务依赖的结果根本不存在。
为每个子任务写清楚输入、预期产物和验收条件,比单纯要求模型“认真规划”更有用。执行失败后,应更新计划或返回上一步,避免机械地走完错误流程。
如果任务很短,或对响应时间要求严格,额外的规划调用可能得不偿失。
3. 工具驱动:让模型调用外部能力
工具驱动的 Agent 可以查询数据库、搜索网页、执行代码,也可以操作业务系统。
模型负责选择工具并生成参数;工具接口负责执行;系统再将返回结果整理成模型可以使用的反馈。清晰的参数定义和错误信息,会直接影响调用是否可靠。
例如,数据查询交给数据库,数值计算交给程序,模型负责理解需求、组织步骤和解释结果。工具能让结果更容易验证,但调用参数或底层数据出错时,结果依然可能错误。
这里有三个容易混淆的概念:
- 工具是可以调用的具体能力,例如搜索、读文件或查询订单。
- MCP 提供连接 AI 应用与外部工具、数据的标准接口,详见 MCP 官方介绍。
- Skills 将任务指令、脚本和资源组织起来,供 Agent 按需加载,详见 Agent Skills 规范。
Skills 可以指导 Agent 使用工具,也可以提供写作规范或领域流程。Anthropic 的 Skills 说明介绍了这种按需加载方式。
技术栈通常包括模型的工具调用接口、REST API、数据库客户端,以及受控的代码执行环境。需要检索文档时,再接入搜索索引或向量数据库。
这类设计适合编程辅助、数据分析、检索和办公操作。纯文本任务如果没有外部依赖,可以省去工具层。
工程上的重点是校验参数、限制权限、处理失败。同时区分“调用成功”和“任务完成”:接口返回成功,不代表查到了正确记录,也不代表最终结果满足需求。
对失败调用设置超时和重试上限。涉及发信、扣款或写入数据的操作,要先核实执行状态,防止重试造成重复操作。
4. 反思迭代:用反馈修正下一次尝试
反思型 Agent 在生成结果之后,增加评估与修正环节。常见组件包括行动者、评估者、反思模块和经验记忆。
行动者生成候选结果,评估者指出问题,反思模块把反馈整理成下一轮可用的改进建议。
几项相关研究采用了不同的反馈方式:
- Reflexion将任务反馈转成文字反思,保存在情景记忆中,用于后续尝试;它不通过更新模型权重实现这一过程。
- Self-Refine让同一个模型生成初稿、给出反馈,再迭代修改。
- CRITIC引入搜索或代码执行等外部工具,依据验证反馈修正输出。
这类机制适合能反复验证的任务,例如修复代码、完善长文和求解复杂问题。实现不一定需要向量数据库,少量结构化记录也可以保存有效反馈。
代价是更多调用、更长等待时间,以及对评估质量的依赖。评估者判断错误,后续修改就可能越改越偏。换一个模型复核,也不能自动保证结论正确。
更可靠的做法是先寻找可检验的反馈:测试是否通过、数据是否一致、引用能否追溯。再让模型根据这些反馈修改,而不只是要求它“再想一遍”。
反思轮数和经验长度都应有限制。保留能指导后续行动的具体经验,删除重复或已经失效的判断。
5. 多智能体协作:让不同角色分别承担任务
多智能体架构让多个 Agent 分工完成任务。它们可以由一个协调者统一分配工作,也可以通过约定的消息格式协作。
上图表示角色间的分工关系;某个角色需要等待其他角色的产物时,应按依赖安排执行。
微软的 AutoGen、CrewAI、MetaGPT和 ChatDev提供了不同的协作实现。其中,MetaGPT 和 ChatDev 包含软件开发团队的角色分工思路。
每个 Agent 可以有自己的上下文、工具和记忆。部署规模扩大后,可以用消息队列协调任务,但多智能体并不要求必须跨多台机器运行。
它适合职责明确、子任务相对独立的场景,例如分头检索不同资料,或由不同角色处理实现与验证。独立任务并行后,有机会缩短总耗时。
新增角色也会带来通信和协调成本。如果多个 Agent 都在阅读相同材料、重复推理,或互相等待,系统可能更慢、更贵。
拆分前,应为每个角色明确任务边界、可用工具和交付格式。协调者还需要处理超时、失败、结论冲突和任务重复。
涉及共享数据时,使用队列、锁或版本检查控制写入,并记录结果来源。只有角色之间的分工有实际价值,增加 Agent 才有意义。
6. 强化学习:通过训练改进策略
强化学习关注 Agent 如何在环境中采取行动、获得奖励,并通过训练更新策略。它涉及环境接口、奖励设计、数据采样和策略优化算法。
从工程上看,要把训练阶段和部署阶段分开:训练可能很昂贵,训练完成后的单次推理延迟则取决于模型和执行流程。不能简单地把“训练成本高”理解为“每次响应都慢”。
常见配套包括环境模拟器、采样系统和强化学习框架。具体算法需要根据动作空间、反馈形式和训练目标选择。
RLHF 的含义是“基于人类反馈的强化学习”,通常用于模型训练或对齐。它与运行时的任务编排是不同层面的问题。
同样需要分清“积累经验”和“更新模型参数”。Voyager通过自动课程、可执行技能库和环境反馈,在 Minecraft 中持续探索;论文明确说明,这一过程不需要微调模型参数。
因此,Voyager 更适合用来理解技能积累和反馈驱动的迭代,不能直接作为纯强化学习训练 LLM 的案例。
强化学习适合有可重复交互环境、明确奖励信号的连续决策任务,例如游戏或机器人仿真。对一次性文档任务和普通办公流程,先采用工具调用、规划与验证通常更容易实施。
真正的难点包括样本效率、训练稳定性,以及奖励与业务目标是否一致。Agent 可能找到提高奖励分数的办法,却没有完成预期任务。上线前需要检查这种偏差,并验证仿真结果能否迁移到实际环境。
7. 记忆增强:让相关经验跨任务保留下来
记忆增强架构把历史信息存到外部系统,需要时再检索。它可以减少重复询问,也能保存长期项目的进度与经验。
常见的记忆划分如下:
| 记忆类型 | 主要保存什么 |
|---|---|
| 工作记忆 | 当前任务状态、近期对话 |
| 情景记忆 | 某次交互、执行过程与结果 |
| 语义记忆 | 稳定事实、用户偏好、领域知识 |
| 程序记忆 | 可复用流程、操作经验与技能 |
存储方式应由数据特点决定:向量索引用于语义检索,SQL 数据库适合结构化记录,知识图谱可以表达实体关系。短期状态也可以只保存在缓存或任务文件中。
记忆能扩展系统可调用的信息范围,但模型单次能读取的上下文仍有限。需要控制检索数量,把当前任务真正相关的信息放入上下文。
这类设计适合长期项目、跨会话客服和个性化助手。一次性短任务未必需要持久化记忆;不允许留存的数据,应采用临时存储或不记录。
风险在于错误信息被长期复用,旧偏好覆盖新要求,或敏感数据进入不该进入的任务。
为记忆保留来源、时间、适用范围和删除机制。新旧记录冲突时需要重新核实,不能只按相似度选取。对旧对话做摘要时,也要保存关键事实及其来源,避免摘要丢失条件。
怎么比较这些架构
下面给出的是典型实现下的工程判断,用于初步选型。模型、任务长度、工具性能和部署方式都会影响实际表现,最终仍需用自己的任务测量。
结构复杂度与扩展方式
| 模式 | 实现复杂度 | 过程可追踪性 | 常见扩展方式 |
|---|---|---|---|
| 单体循环 | 低 | 单条记录较易跟踪 | 增加工具与状态管理 |
| 分层规划 | 中高 | 计划与步骤较清晰 | 拆分执行任务 |
| 工具驱动 | 中 | 取决于调用日志 | 接入更多外部能力 |
| 反思迭代 | 中高 | 需记录反馈与修改 | 增加验证手段 |
| 多智能体 | 高 | 需汇总跨角色记录 | 增加角色与并行任务 |
| 强化学习 | 高 | 需结合训练评估 | 扩充数据与训练环境 |
| 记忆增强 | 中 | 需追踪检索来源 | 分层存储与检索 |
这里的“可追踪性”指能否检查计划、调用和结果,并不意味着可以完整解释模型内部的决策机制。
延迟、成本与维护负担
| 模式 | 主要延迟来源 | 成本与维护重点 |
|---|---|---|
| 单体循环 | 连续多轮调用 | 起步成本低,控制循环预算 |
| 分层规划 | 规划、执行与重规划 | 维护任务依赖与状态 |
| 工具驱动 | 外部接口与重试 | 工具费用、接口变更与权限 |
| 反思迭代 | 多轮评估和修正 | 模型调用与评估质量 |
| 多智能体 | 通信、等待和结果合并 | 总调用量、协调与一致性 |
| 强化学习 | 部署后的模型与执行流程 | 训练算力、采样与奖励设计 |
| 记忆增强 | 检索、重排与上下文加载 | 存储、索引与数据治理 |
多智能体的并行能力只对可拆分的任务有效。反思轮数更多、记忆保存更多,也都不必然带来更好的结果。
如果你正在做第一版,可以按实际问题增加组件:
- 单次回答缺少信息,先接入检索或必要工具。
- 多步任务经常遗漏,增加显式计划与状态记录。
- 结果需要反复修正,加入可验证的反馈循环。
- 不同任务之间需要延续信息,再设计长期记忆。
- 有明确的专业分工或独立子任务,再拆成多个 Agent。
每次增加组件,都比较完成率、总耗时和单任务费用。保留带来实际收益的部分。
十个常见问题,以及具体处理办法
1. 一开始就引入复杂框架
原型还没验证任务是否可行,就搭建多角色、消息队列和长期记忆,容易把问题藏在框架层里。
先跑通最小流程,记录真正的瓶颈。框架可以减少重复代码,但团队仍需看懂底层提示词、状态变化和工具调用。
2. 只有运行日志,没有失败分析
日志如果不能还原任务过程,就很难判断错误来自模型、工具还是数据。
为任务和调用设置可关联的标识,记录所用模型、耗时、费用、工具结果与最终状态。日志中的敏感信息需要脱敏。
定期将失败案例整理成评估集。修改提示词、模型或工具后,用这些案例检查是否出现退步。
3. 没有停止条件,预算被循环耗尽
达到步数上限,只能说明任务停止了,不能说明任务成功。系统应明确区分完成、失败、超时和等待人工处理。
除了最大步数,还要设置总时间、费用上限和连续无进展阈值。相同输入反复触发相同动作时,暂停并记录原因。
4. 把全部历史都塞进上下文
旧对话、工具日志和用户偏好混在一起,会增加费用,也让有效信息更难被找到。
当前任务状态保留在工作记忆中;稳定事实和可复用经验放到外部存储,按需检索。长日志可以摘要,但错误信息、关键数值和来源应保持可追溯。
5. 依赖框架,却看不到实际执行过程
同样一个“调用 Agent”的接口,内部可能发生多次模型调用、工具执行和自动重试。如果这些过程不可见,成本和错误都难以解释。
调试时保留原始请求、响应和状态变化。能用少量代码复现的问题,先缩小范围定位,再决定是否调整框架封装。
6. 工具一失败,整个任务就中断
网络超时、参数错误、权限不足和代码异常,需要不同的处理方式。把它们统一变成“请重试”,可能导致重复失败。
下面的伪代码演示如何把执行错误反馈给 Agent:
try: result = execute_python(code) except Exception as exc: feedback = sanitize_error(str(exc)) agent.receive_feedback( f"代码执行失败:{feedback}" )生产实现应按异常类型处理,保留内部诊断日志,并限制重试次数。模型只需看到足够定位问题的信息,避免把凭据或敏感数据写入反馈。
对于有副作用的操作,还要核实是否已经执行成功,并通过幂等设计防止重复写入。
7. 没有可靠的验收标准
“模型认为答案很好”可以作为辅助反馈,却不足以证明任务完成。
代码可以运行测试,数据任务可以检查总数与一致性,事实陈述可以核对来源。关键判断需要有对应的审核方式,必要时交由有相关经验的人复核。
验收标准最好在任务开始前写清楚,否则系统可能只是在不断优化表达。
8. 只看模型单价,没有计算任务总费用
一个任务可能包含规划、检索、重试、反思和多个角色协作。单次调用便宜,整体流程仍可能昂贵。
按任务统计总费用,并区分有效执行与失败重试的开销。简单步骤可在验证质量后使用较小模型,重复查询可使用缓存。
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