第一章 初识智能体

1. 智能体

• 真正赋予智能体"智能"的，是其自主性（Autonomy）。智能体并非只是被动响应外部刺激或严格执行预设指令的程序，它能够基于其感知和内部状态进行独立决策，以达成其设计目标。

• 学习型智能体：不依赖预设，而是通过与环境的互动自主学习，强化学习（Reinforcement Learning, RL）是实现这一思想最具代表性的路径。

2. 智能体的构成与运行原理

2.1 任务环境

在人工智能领域，通常使用PEAS 模型来精确描述一个任务环境，即分析其性能度量(Performance)、环境(Environment)、执行器(Actuators)和传感器(Sensors) 。

2.2 智能体的运行机制

智能体并非一次性完成任务，而是通过一个持续的循环与环境进行交互，这个核心机制被称为 智能体循环 (Agent Loop)。

智能体与环境交互的基本循环

这个循环主要包含以下几个相互关联的阶段：

1. 感知 (Perception)：这是循环的起点。智能体通过其传感器（例如，API 的监听端口、用户输入接口）接收来自环境的输入信息。这些信息，即观察 (Observation)，既可以是用户的初始指令，也可以是上一步行动所导致的环境状态变化反馈。
2. 思考 (Thought)：接收到观察信息后，智能体进入其核心决策阶段。对于 LLM 智能体而言，这通常是由大语言模型驱动的内部推理过程。如图所示，“思考”阶段可进一步细分为两个关键环节：
   • 规划 (Planning)：智能体基于当前的观察和其内部记忆，更新对任务和环境的理解，并制定或调整一个行动计划。这可能涉及将复杂目标分解为一系列更具体的子任务。
   • 工具选择 (Tool Selection)：根据当前计划，智能体从其可用的工具库中，选择最适合执行下一步骤的工具，并确定调用该工具所需的具体参数。
3. 行动 (Action)：决策完成后，智能体通过其执行器（Actuators）执行具体的行动。这通常表现为调用一个选定的工具（如代码解释器、搜索引擎 API），从而对环境施加影响，意图改变环境的状态。

行动并非循环的终点。智能体的行动会引起环境 (Environment) 的状态变化 (State Change)，环境随即会产生一个新的观察 (Observation) 作为结果反馈。这个新的观察又会在下一轮循环中被智能体的感知系统捕获，形成一个持续的“感知-思考-行动-观察”的闭环。智能体正是通过不断重复这一循环，逐步推进任务，从初始状态向目标状态演进。

3. 动手体验：5 分钟实现第一个智能体

在本案例中，我们的目标是构建一个能处理分步任务的智能旅行助手。需要解决的用户任务定义为："你好，请帮我查询一下今天北京的天气，然后根据天气推荐一个合适的旅游景点。"

3.1 准备工作

1. Python环境配置

   1. 为了能从 Python 程序中访问网络 API，我们需要一个 HTTP 库。requests是 Python 社区中最流行、最易用的选择。

   2. tavily-python是一个强大的 AI 搜索 API 客户端，用于获取实时的网络搜索结果，可以在官网注册后获取 API。

   3. openai是 OpenAI 官方提供的 Python SDK，用于调用 GPT 等大语言模型服务。

   4. 安装python库

pip install requests tavily-python openai

2. 代码

import requests
import os
from tavily import TavilyClient
from openai import OpenAI
import re

AGENT_SYSTEM_PROMPT = """
你是一个智能旅行助手。你的任务是分析用户的请求，并使用可用工具一步步地解决问题。

# 可用工具:
- `get_weather(city: str)`: 查询指定城市的实时天气。
- `get_attraction(city: str, weather: str)`: 根据城市和天气搜索推荐的旅游景点。

# 行动格式:
你的回答必须严格遵循以下格式。首先是你的思考过程，然后是你要执行的具体行动，每次回复只输出一对Thought-Action：
Thought: [这里是你的思考过程和下一步计划]
Action: [这里是你要调用的工具，格式为 function_name(arg_name="arg_value")]

# 任务完成:
当你收集到足够的信息，能够回答用户的最终问题时，你必须在`Action:`字段后使用 `finish(answer="...")` 来输出最终答案。

请开始吧！
"""


def get_weather(city: str) -> str:
    """
    通过调用 wttr.in API 查询真实的天气信息。
    """
    # API端点，我们请求JSON格式的数据
    url = f"https://wttr.in/{city}?format=j1"
    
    try:
        # 发起网络请求
        response = requests.get(url)
        # 检查响应状态码是否为200 (成功)
        response.raise_for_status() 
        # 解析返回的JSON数据
        data = response.json()
        
        # 提取当前天气状况
        current_condition = data['current_condition'][0]
        weather_desc = current_condition['weatherDesc'][0]['value']
        temp_c = current_condition['temp_C']
        
        # 格式化成自然语言返回
        return f"{city}当前天气:{weather_desc}，气温{temp_c}摄氏度"
        
    except requests.exceptions.RequestException as e:
        # 处理网络错误
        return f"错误:查询天气时遇到网络问题 - {e}"
    except (KeyError, IndexError) as e:
        # 处理数据解析错误
        return f"错误:解析天气数据失败，可能是城市名称无效 - {e}"



def get_attraction(city: str, weather: str) -> str:
    """
    根据城市和天气，使用Tavily Search API搜索并返回优化后的景点推荐。
    """
    # 1. 从环境变量中读取API密钥
    api_key = os.environ.get("TAVILY_API_KEY")
    if not api_key:
        return "错误:未配置TAVILY_API_KEY环境变量。"

    # 2. 初始化Tavily客户端
    tavily = TavilyClient(api_key=api_key)
    
    # 3. 构造一个精确的查询
    query = f"'{city}' 在'{weather}'天气下最值得去的旅游景点推荐及理由"
    
    try:
        # 4. 调用API，include_answer=True会返回一个综合性的回答
        # 添加 language="zh" 参数确保返回中文结果
        response = tavily.search(query=query, search_depth="basic", include_answer=True)
        
        # 5. Tavily返回的结果已经非常干净，可以直接使用
        # response['answer'] 是一个基于所有搜索结果的总结性回答
        if response.get("answer"):
            return response["answer"]
        
        # 如果没有综合性回答，则格式化原始结果
        formatted_results = []
        for result in response.get("results", []):
            formatted_results.append(f"- {result['title']}: {result['content']}")
        
        if not formatted_results:
             return "抱歉，没有找到相关的旅游景点推荐。"

        return "根据搜索，为您找到以下信息:\n" + "\n".join(formatted_results)

    except Exception as e:
        return f"错误:执行Tavily搜索时出现问题 - {e}"

# 将所有工具函数放入一个字典，方便后续调用
available_tools = {
    "get_weather": get_weather,
    "get_attraction": get_attraction,
}



class OpenAICompatibleClient:
    """
    一个用于调用任何兼容OpenAI接口的LLM服务的客户端。
    """
    def __init__(self, model: str, api_key: str, base_url: str):
        self.model = model
        self.client = OpenAI(api_key=api_key, base_url=base_url)

    def generate(self, prompt: str, system_prompt: str) -> str:
        """调用LLM API来生成回应。"""
        print("正在调用大语言模型...")
        try:
            messages = [
                {'role': 'system', 'content': system_prompt},
                {'role': 'user', 'content': prompt}
            ]
            response = self.client.chat.completions.create(
                model=self.model,
                messages=messages,
                stream=False
            )
            answer = response.choices[0].message.content
            print("大语言模型响应成功。")
            return answer
        except Exception as e:
            print(f"调用LLM API时发生错误: {e}")
            return "错误:调用语言模型服务时出错。"



# --- 1. 配置LLM客户端 ---
# 请根据您使用的服务，将这里替换成对应的凭证和地址 "deepseek-ai/DeepSeek-V3.2" #
API_KEY = "ms"
BASE_URL = "https://api-inference.modelscope.cn/v1"
MODEL_ID = "Qwen/Qwen2.5-7B-Instruct"
TAVILY_API_KEY="tvly-"
os.environ['TAVILY_API_KEY'] = TAVILY_API_KEY

llm = OpenAICompatibleClient(
    model=MODEL_ID,
    api_key=API_KEY,
    base_url=BASE_URL
)

# --- 2. 初始化 ---
user_prompt = "你好，请帮我查询一下今天北京的天气，然后根据天气推荐一个合适的旅游景点。"
prompt_history = [f"用户请求: {user_prompt}"]

print(f"用户输入: {user_prompt}\n" + "="*40)

# --- 3. 运行主循环 ---
for i in range(5): # 设置最大循环次数
    print(f"--- 循环 {i+1} ---\n")
    
    # 3.1. 构建Prompt
    full_prompt = "\n".join(prompt_history)
    
    # 3.2. 调用LLM进行思考
    llm_output = llm.generate(full_prompt, system_prompt=AGENT_SYSTEM_PROMPT)
    # 模型可能会输出多余的Thought-Action，需要截断
    match = re.search(r'(Thought:.*?Action:.*?)(?=\n\s*(?:Thought:|Action:|Observation:)|\Z)', llm_output, re.DOTALL)
    if match:
        truncated = match.group(1).strip()
        if truncated != llm_output.strip():
            llm_output = truncated
            print("已截断多余的 Thought-Action 对")
    print(f"模型输出:\n{llm_output}\n")
    prompt_history.append(llm_output)
    
    # 3.3. 解析并执行行动
    action_match = re.search(r"Action: (.*)", llm_output, re.DOTALL)
    if not action_match:
        print("解析错误:模型输出中未找到 Action。")
        break
    action_str = action_match.group(1).strip()

    if action_str.startswith("finish"):
        final_answer = re.search(r'finish\(answer="(.*)"\)', action_str).group(1)
        print(f"任务完成，最终答案: {final_answer}")
        break
    
    tool_name = re.search(r"(\w+)\(", action_str).group(1)
    args_str = re.search(r"\((.*)\)", action_str).group(1)
    kwargs = dict(re.findall(r'(\w+)="([^"]*)"', args_str))

    if tool_name in available_tools:
        observation = available_tools[tool_name](**kwargs)
    else:
        observation = f"错误:未定义的工具 '{tool_name}'"

    # 3.4. 记录观察结果
    observation_str = f"Observation: {observation}"
    print(f"{observation_str}\n" + "="*40)
    prompt_history.append(observation_str)

用户输入: 你好，请帮我查询一下今天北京的天气，然后根据天气推荐一个合适的旅游景点。
========================================
--- 循环 1 ---

正在调用大语言模型...
大语言模型响应成功。
模型输出:
Thought: 首先需要查询北京今天的天气情况。
Action: get_weather(city="北京")

Observation: 北京当前天气:Clear，气温-6摄氏度
========================================
--- 循环 2 ---

正在调用大语言模型...
大语言模型响应成功。
模型输出:
Thought: 现在知道北京今天是晴天，温度较低，接下来需要根据这个信息来推荐一个合适的旅游景点。
Action: get_attraction(city="北京", weather="Clear")

Observation: In clear weather, Beijing's top attractions include the Forbidden City, the Great Wall at Mutianyu, and the Summer Palace. These sites offer rich historical experiences and scenic views.
========================================
--- 循环 3 ---

正在调用大语言模型...
大语言模型响应成功。
模型输出:
Thought: 根据当前的天气情况，我推荐您去参观故宫、慕田峪长城或颐和园等地方，这些地方都有丰富的历史文化背景和美丽的风景。但由于今 天北京的气温较低，建议穿着保暖衣物。
Action: finish(answer="今天北京天气晴朗，气温-6摄氏度，我推荐您去参观故宫、慕田峪长城或颐和园等地方，但请注意保暖。")

任务完成，最终答案: 今天北京天气晴朗，气温-6摄氏度，我推荐您去参观故宫、慕田峪长城或颐和园等地方，但请注意保暖。

这个简单的旅行助手案例，集中演示了基于Thought-Action-Observation范式的智能体所具备的四项基本能力：任务分解、工具调用、上下文理解和结果合成。正是通过这个循环的不断迭代，智能体才得以将一个模糊的用户意图，转化为一系列具体、可执行的步骤，并最终达成目标。

智能体有哪些主流的应用范式？ 两种主流的智能体交互模式：一是以 GitHub Copilot 和 Cursor 等为代表的、增强人类工作流的“开发者工具”；二是以 CrewAI、MetaGPT 和 AgentScope 等框架为代表的、能够独立完成高层级目标的“自主协作者”。