从0到1开发AI Agent | Plan-and-Execute 如何解决AI复杂任务

发布于 2024-12-30 12:53
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智能体是一种能够感知环境、做出决策并采取行动的系统。这些系统能够执行被动的任务,也能够主动寻找解决问题的方法,适应环境的变化,并在没有人类直接干预的情况下做出决策。

1. 业务需求 

现在有一个生意很好的鲜花店

在运营花店的过程中,经常遇到特殊情况导致大量花朵损坏,会导致库存短缺的问题

因此花店急需一个能够精准预测和优化库存的解决方案来应对这场危机,否则我们将失去大量顾客并且信誉受损。可是,花店人力严重不足

Agent,也许能够为我们提供深入的市场分析、精确的库存预测,以及针对性的运营策略

2. Plan-and-Solve 策略 

ReAct Agent 是一个很好的原型设计,因为它通过重复的思考、行动、观察循环来提示语言模型(LLM):

尽你所能回答以下问题,你可以访问以下工具:
    
{tools}

请使用以下格式回答:

问题 : 你必须回答的输入问题
思考 : 你每次都应该思考接下来怎么做
行动 : 要采取的行动,应该是[tool_names}中的一个
行动输人 : 行动的输入
观察 : 行动的结果
......(这个思考 一 行动 一 行动输入 一 观察 过程可以重复N次)
思考 : 我现在知道最终答案了
最终答案 : 原始输入问题的最终答案
                
开始!
                
问题 : {input}
思考 : {agent_scratchpad}

通过提示工程向大模型植入这个思维框架,明确地告诉它们,要循序渐进地、交错地生成推理轨迹和采取行动,将推理和行动融入解决问题的过程中。

ReAct 见:​​​从0到1开发AI Agent(智能体)(六)| 智能体1 :通过LangChain中的ReAct框架实现自动定价​

基于这个框架的 Agent在大多数情况下运行良好,但是,当用户目标变得更加复杂尤其是越来越多的开发者和组织准备将 Agent应用于生产环境时,用户对于能够处理更复杂请求的 Agent 的需求增大,同时也需要 Agent 有更高的可靠性。

为了让 Agent 在专注最终目标的同时也能记住并推理之前的步骤,人们需要增加提示词的规模,其中将纳入越来越多的历史信息。

同时,为了提高工具调用过程中的可靠性,开发者使提示中包含了更多关于如何使用工具的指令。

面对提高可靠性以及越来越复杂的需求,大模型往往不堪重负,在几个轮次的 ReAct之后会出现各种各样的问题

论文《Plan-and-Solve Prompting: Improving Zero-Shot Chain-of-Thought Reasoning by Large Language Models》中提出一种将高级规划与短期执行分离的框架。

该论文指出,为了解决多步推理任务,Agent应该首先规划要采取的计划,然后逐步执行这些计划。

这就是 Plan-and-Solve 策略

论文:​​​https://arxiv.org/abs/2305.04091​

Plan-and-Solve 由两个基本组件组成:

  • 一个计划者,它提示 LLM 生成一个多步骤的计划,以完成一项大型任务。
  • 执行者,它接受用户查询和计划中的一个步骤,并调用一个或多个工具来完成该任务。

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3. Plan-and-Execute Agent 方案 

LangChain 中的 Plan-and-Execute Agent 受到关于Plan-and-Solve的论文的启发。

LangChain 见:​​​从0到1开发AI Agent(智能体)(四)| LangChain 的快速入门​

LangChain团队认为,Plan-and-Execute Agent非常适合更复杂的长期规划,把复杂的任务拆解成一个个子任务,逐个击破。可以避免多次 ReAct Agent 循环过程中产生的提示词过长的问题。

LangChain 中的 Plan-and-Execute Agent 框架包含计划者和执行者。

计划者是一个大模型,它利用语言模型的推理能力来规划要做的事情,以及可能遇到的边缘情况(指那些不常发生但有可能影响任务完成的情形 )。

一旦语言模型生成了整个计划,这个计划将通过一个输出解析器进行处理。这个解析器的作用是将模型的原始输出转化为一个清晰的步骤列表,其中每个字符串代表计划中的一个步骤。

针对计划中的每个步骤,确定如何执行是关键。这包括选择适合完成该步骤的工具或方法。执行者需要深入理解各种可用资源和工具,以选择最合适的执行路径。因此,执行者也是一个大模型。

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在LangChain 的实现中,执行者本身就是一个ReAct Agent。这允许执行者接受一个高级目标(单个步骤)并使用工具来实现该目标

这种方法的好处是将规划与执行分开--这允许一个大模型专注规划,另一个专注执行。

在规划阶段,模型被引导去理解问题的本质,将整体任务分解为更易管理的子任务并制定清晰的解决方案。

在执行阶段,则专注于根据前面制定的解决方案逐步解决各个子任务,最终实现整体目标。这种分阶段的方法不仅使问题解决过程更加清晰,而且有助于提高解决方案的质量和效率。

4. 通过Plan-and-Execute Agent 实现需求中的物流管理 

下面,我们通过 Plan-and-Execute Agent 根据库存状况进行鲜花智能调度

4.1 运行环境 Python 3.10.11, LangChain 0.3

4.2 代码

4.2.1 准备环境变量

import os

# OpenAI 环境变量
os.environ['OpenAI_API_KEY'] = 'hk-iwtbie100e427'
# 搜索工具环境变量
os.environ['SERPAPI_API_KEY'] = '66bebeb608462a334'

4.2.2 初始化大模型

# 设置大模型
from langchain_openai import ChatOpenAI
model = ChatOpenAI(
    model="gpt-4o-mini",
    temperature=0,
    base_url="https://api.openai-hk.com/v1"
)

4.2.3 设置工具

# 导入LangChain 工具
from langchain.tools import tool

@tool
def check_inventory(flower_type: str) -> int:
    """
    查询特定类型花的库存数量。
    参数:
    - flower_type: 花的类型
    返回:
    - 库存数量 (暂时返回一个固定的数字)
    """
    # 实际应用中这里应该是数据库查询或其他形式的库存检查
    return100# 假设每种花都有100个单位

# 定价函数
@tool
def calculate_price(base_price: float, markup: float) -> float:
    """
    根据基础价格和加价百分比计算最终价格。
    参数:
    - base_price: 基础价格
    - markup: 加价百分比
    返回:
    - 最终价格
    """
    return base_price * (1 + markup)

4.2.4 设置计划者和执行者

# 设置计划者和执行者
from langchain_experimental.plan_and_execute import PlanAndExecute, load_agent_executor, load_chat_planner
planner = load_chat_planner(model)
executor = load_agent_executor(model, tools, verbose=True)

# 初始化Plan-and-Execute Agent
agent = PlanAndExecute(planner=planner, executor=executor, verbose=True)

4.2.5 执行Agent

agent.invoke("查查玫瑰的库存然后给出50朵玫瑰的价格和今天可以使用的配送方案!")

5. Plan-and-Execute Agent 执行过程 

执行程序,在计划阶段,Agent把这个任务拆解成如下4步(完整过程见5.5章)

1.检查玫瑰花库存。

2.计算50朵玫瑰的价格。

3.查询今天可使用的配送方案

4.向用户提供 50 朵玫瑰花的价格和当天可用的配送选项,给出最终解决方案。

steps=[
Step(value='查询玫瑰的库存信息,确认当前库存量。'), 
Step(value='计算50朵玫瑰的价格,根据当前的单价进行计算。'), 
Step(value='查询今天可使用的配送方案,包括时效和费用等信息。'), 
Step(value='汇总库存情况、价格和配送方案,准备回复信息给用户。\n\nGiven the above steps taken, please respond to the users original question. \n')
]

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计划执行

5.1 查询玫瑰花库存

Thought: I need to check the inventory for roses to confirm the current stock level.
# 思考 : 我需要检查玫瑰的库存来确认当前的库存水平。

Action:
```
{
"action": "check_inventory",    # 调用函数
"action_input": {
    "flower_type": "玫瑰"
  }
}
```

Observation: 100# 观察:100
Thought:I have successfully retrieved the inventory information for roses, which shows that there are currently 100in stock. 
# 思考 :我已经成功检索到玫瑰的库存信息,显示目前有100个库存。

Action:
```
{
"action": "Final Answer",
"action_input": "当前玫瑰的库存量为100株。"
}
```

> Finished chain.
*****

Step: 查询玫瑰的库存信息,确认当前库存量。

Response: 当前玫瑰的库存量为100株。

5.2 计算玫瑰的价格

> Entering new AgentExecutor chain...
Thought: I need to calculate the price of 50 roses based on the current unit price. First, I need to know the base price of a rose to perform the calculation. 
# 思考 :我需要根据当前的单价计算50朵玫瑰的价格。首先,我需要知道玫瑰的基本价格来执行计算。

Action:
```
{
"action": "calculate_price", # 调用函数
"action_input": {
    "base_price": 5.0,
    "markup": 20
  }
}
```

Observation: 105.0# 观察:105
Thought:I have the final price calculated for50 roses. Now I can provide you with that information.
思考:我已经算出了50朵玫瑰的最终价格。现在我可以向你提供这些信息。

Action:
```
{
"action": "Final Answer",
"action_input": "50朵玫瑰的最终价格为105.0元。"
}
```


> Finished chain.
*****

Step: 计算50朵玫瑰的价格,根据当前的单价进行计算。

Response: 50朵玫瑰的最终价格为105.0元。

5.3 查询今天可使用的配送方案

> Entering new AgentExecutor chain...
Thought: I need to retrieve the available delivery options for today, including their timing and costs. Since there are no specific tools available for checking delivery options, I will provide the information directly based on common knowledge.
# 思考 :我需要检索今天可用的交付选项,包括它们的时间和成本。由于没有特定的工具可以检查交付选项,我将根据常识直接提供信息。

Action:
```
{
"action": "Final Answer",
"action_input": "今天可用的配送方案包括:1. 普通快递:费用为20元,预计2-3天送达;2. 加急快递:费用为50元,预计1-2天送达;3. 当日达:费用为80元,确保今天送达。"
}
```


> Finished chain.
*****

Step: 查询今天可使用的配送方案,包括时效和费用等信息。

Response: 今天可用的配送方案包括:1. 普通快递:费用为20元,预计2-3天送达;2. 加急快递:费用为50元,预计1-2天送达;3. 当日达:费用为80元,确保今天送达。

5.4 汇总最终解决方案

> Entering new AgentExecutor chain...
Thought: I need to summarize the information on the rose inventory, the price for50 roses, and the available delivery options for the user.
# 思考 :我需要总结玫瑰库存信息,50朵玫瑰的价格,以及用户可以选择的送货方式。

Action:
```
{
"action": "Final Answer",
"action_input": "当前玫瑰的库存量为100株。50朵玫瑰的最终价格为105.0元。今天可用的配送方案包括:1. 普通快递:费用为20元,预计2-3天送达;2. 加急快递:费用为50元,预计1-2天送达;3. 当日达:费用为80元,确保今天送达。"
}
```


> Finished chain.
*****

Step: 汇总库存情况、价格和配送方案,准备回复信息给用户。

Given the above steps taken, please respond to the users original question. 


Response: 当前玫瑰的库存量为100株。50朵玫瑰的最终价格为105.0元。今天可用的配送方案包括:1. 普通快递:费用为20元,预计2-3天送达;2. 加急快递:费用为50元,预计1-2天送达;3. 当日达:费用为80元,确保今天送达。
> Finished chain.

5.5 完整运行日志

从0到1开发AI Agent | Plan-and-Execute 如何解决AI复杂任务-AI.x社区

Agent展示了结构化和逻辑清晰的任务执行方式。每一步都基于前一步的结果来做出决策,并最终向用户提供了详尽的信息。这种按步骤解决问题的方法不仅有助于保持任务的清晰性和准确性,也使得 Agent 能够有效地处理复杂的任务。

Plan-and-Execute Agent可以确保任务按照既定流程顺利完成并给出答案。

本文转载自 AI取经路​,作者: AI取经路


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