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ReAct范式深度解析:从理论到LangGraph实践

发布日期:2025-11-03 08:39:14 浏览次数: 1562
作者:阿里云开发者

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ReAct范式揭秘:如何让AI在推理与行动间无缝切换,实现更智能的决策过程。

核心内容:
1. ReAct范式的核心原理与优势解析
2. LangGraph中ReAct范式的实现机制
3. 实际项目案例展示ReAct的应用价值

杨芳贤
53AI创始人/腾讯云(TVP)最具价值专家

引言

最近在做智能解决方案系统时,我遇到了一个关键问题:如何让AI在复杂任务中既保持推理能力,又能有效执行行动?传统AI系统往往要么只能基于训练数据推理,要么只能执行固定流程,缺乏动态决策能力。

ReAct(Reasoning and Acting)范式正是为了解决这个问题而诞生的。它让AI能够交替进行推理和行动,通过"思考-行动-观察-调整"的循环,实现更智能的决策过程。

本文将解析ReAct范式的原理,分析LangGraph中的实现机制,并通过真实项目案例展示如何在实际应用中发挥ReAct的价值。

一、ReAct范式原理

1.1 ReAct概念

ReAct范式由Shunyu Yao等人在2022年的论文《ReAct: Synergizing Reasoning and Acting in Language Models》中首次提出。

ReAct的核心在于推理和行动的交替进行,而不是传统AI的"纯推理"或"纯行动"模式。

通过一个具体的天气查询例子来说明:

# 传统AI方法:要么纯推理,要么纯行动def traditional_reasoning_only(question):    """纯推理方法:仅基于训练数据回答"""    return "基于我的训练数据,今天可能是晴天"    def traditional_action_only(question):    """纯行动方法:直接调用API,缺乏思考"""    # 模拟直接调用API,没有推理过程    if "天气" in question:        return "晴天,温度25°C"  # 硬编码结果,没有推理    return "无法处理"
# ReAct方法:推理和行动交替进行def react_approach(question):    """ReAct方法:推理和行动交替进行"""    # 第1步:推理 - 分析问题    reasoning = "用户问的是今天某城市的天气,我需要查询实时天气信息"        # 第2步:行动 - 执行查询    weather_result = weather_api("某城市")        # 第3步:推理 - 分析查询结果    reasoning = "查询结果显示今天某城市是晴天,温度25度,这是实时准确信息"        # 第4步:行动 - 生成最终答案    return"今天某城市是晴天,温度25度,适合外出"

ReAct让AI能够在需要时主动获取信息,而不是仅依赖训练数据,同时保持推理过程的透明性。

1.2 ReAct范式为什么有效

ReAct范式之所以有效,在于它解决了传统AI方法的几个问题:

解决信息获取问题

传统AI只能依赖训练数据,ReAct让AI能够主动获取最新信息,解决知识时效性问题。

实现推理与行动的结合

不是简单的"先推理后行动",而是推理和行动的交替进行,让AI能够根据中间结果调整策略。

保持推理过程透明

每个行动都有明确的推理依据,推理过程完全可见,便于调试和理解AI的决策逻辑。

支持复杂协作

通过工具调用机制,ReAct可以处理需要多步骤、多工具协作的复杂任务场景。

1.3 ReAct的设计理念

ReAct范式不仅仅是一个技术方案,它反映了AI系统设计理念的转变:

从"黑盒AI"到"透明AI"

传统AI的决策过程是黑盒的,用户无法理解AI为什么做出某个决定。ReAct让AI的思考过程变得透明,每个行动都有明确的推理依据,这带来了理解与信任。

从"静态AI"到"动态AI"

传统AI只能基于训练时的静态数据,无法适应新情况。ReAct让AI能够主动获取最新信息,根据实际情况动态调整策略,实现了学习与适应。

从"单一AI"到"协作AI"

传统AI往往是孤立的,无法与其他系统协作。ReAct通过工具调用机制,让AI能够与其他系统协作,实现了扩展与创新。

理解了ReAct的原理后,你可能会想:如何在项目中实现这种"推理-行动"的循环?比如,如何让AI在需要时主动调用工具,如何管理整个对话状态,如何控制循环的结束条件?LangGraph就是专门解决这些问题的框架。

二、LangGraph中的ReAct实现机制

2.1 什么是LangGraph?

LangGraph是LangChain团队开发的用于构建AI Agent的框架。它的思想是:将AI Agent的执行过程抽象为一个有向图

LangGraph的核心特性

1.图结构将AI逻辑抽象为节点和边的图;

2.状态驱动系统围绕状态对象运行;

3.条件路由根据状态决定下一步执行路径;

2.2 LangGraph如何实现ReAct?

通过一个完整的例子来理解LangGraph如何实现ReAct范式:

from langgraph.prebuilt import create_react_agentfrom langchain_core.tools import toolfrom langchain_Ollama import ChatOllamafrom langchain_core.messages import HumanMessage
# 1. 定义工具@tooldef search_weather(location: str) -> str:    """搜索指定地点的天气信息"""    # 模拟天气查询API    weather_data = {        "A城市""晴天,温度25°C,湿度60%",        "B城市""多云,温度22°C,湿度70%"    }    return weather_data.get(location, f"{location}的天气信息暂时无法获取")
@tooldef calculate_distance(city1: str, city2: str) -> str:    """计算两个城市之间的距离"""    # 模拟距离计算API    distances = {        ("A城市""B城市"): "约500公里",        ("B城市""A城市"): "约500公里"    }    return distances.get((city1, city2), f"{city1}{city2}的距离信息暂时无法获取")
# 2. 创建模型model = ChatOllama(model="qwen3:8b", temperature=0.1)
# 3. 创建ReAct Agentagent = create_react_agent(    model=model,    tools=[search_weather, calculate_distance],    prompt="你是一个天气助手,可以帮助用户查询天气和计算距离。",    version="v2")
# 4. 使用Agentresult = agent.invoke({    "messages": [HumanMessage(content="A城市和B城市的天气怎么样?距离有多远?")]})

LangGraph的简洁性体现在:几行代码就创建了一个完整的ReAct Agent,系统自动判断是否需要调用工具,消息历史自动维护,工具调用完全透明。

2.3 LangGraph的内部机制

让我们深入看看create_react_agent内部是如何工作的:

核心实现逻辑

# 文件路径: libs/langgraph/langgraph/prebuilt/agent_executor.pydef create_react_agent(    model: BaseChatModel,    tools: Sequence[BaseTool],    prompt: Optional[BaseMessage] = None,    response_format: Optional[Union[Dict, Type[BaseModel]]] = None,    pre_model_hook: Optional[Callable] = None,    post_model_hook: Optional[Callable] = None,    state_schema: Optional[Type[TypedDict]] = None,    version: Literal["v1", "v2"] = "v2",) -> CompiledGraph:    """创建ReAct Agent的核心实现"""        # 1. 定义状态结构    class AgentState(TypedDict):        messages: Annotated[Sequence[BaseMessage], add_messages]        remaining_steps: NotRequired[RemainingSteps]        # 2. 创建图结构    workflow = StateGraph(AgentState)        # 3. 定义节点    def agent_node(state: AgentState):        """Agent节点:调用模型进行推理"""        model_with_tools = model.bind_tools(tools)        response = model_with_tools.invoke(state["messages"])        return {"messages": [response]}        def tools_node(state: AgentState):        """工具节点:执行工具调用"""        return tool_node.invoke(state)        # 4. 定义路由逻辑    def should_continue(state: AgentState) -> str:        """判断是否需要继续执行工具"""        last_message = state["messages"][-1]        if hasattr(last_message, 'tool_calls') and last_message.tool_calls:            return"tools"        return"end"        # 5. 组装图结构    workflow.add_node("agent", agent_node)    workflow.add_node("tools", tools_node)    workflow.add_conditional_edges(        "agent",         should_continue,         {"tools": "tools", "end": END}    )    workflow.add_edge("tools", "agent")        return workflow.compile()

2.4 关键设计思想

1. 状态驱动架构

# 文件路径: libs/langgraph/langgraph/prebuilt/agent_executor.py# 状态是系统的核心class AgentState(TypedDict):    messages: Annotated[Sequence[BaseMessage], add_messages]  # 消息历史    remaining_steps: NotRequired[RemainingSteps]  # 剩余步数

状态包含所有必要信息,支持断点续传,便于调试和监控。

2. 条件路由机制

# 文件路径: libs/langgraph/langgraph/prebuilt/agent_executor.pydef should_continue(state: AgentState) -> str:    """智能路由决策"""    last_message = state["messages"][-1]    ifhasattr(last_message, 'tool_calls')and last_message.tool_calls:        return "tools"  # 需要工具    return "end"        # 直接结束

基于内容而非规则,支持复杂决策逻辑,易于扩展和修改。

3. 工具绑定机制

# 文件路径: libs/langgraph/langgraph/prebuilt/agent_executor.py# 工具绑定到模型model_with_tools = model.bind_tools(tools)response = model_with_tools.invoke(messages)

工具调用对AI透明,支持并行工具调用,提供统一的工具接口。

2.5 实际运行示例

让我们看一个完整的运行过程:

# 用户输入user_input = "A城市和B城市的天气怎么样?距离有多远?"
# 执行过程result = agent.invoke({    "messages": [{"role""user""content": user_input}]})
# 执行步骤:# 1. Agent接收用户消息# 2. 模型分析:需要查询天气和计算距离# 3. 调用search_weather工具# 4. 调用calculate_distance工具  # 5. 基于工具结果生成最终回复

执行流程图

2.6 设计特点总结

LangGraph的设计有几个特点:

简单易用几行代码创建Agent,自动处理状态管理,路由决策。

灵活支持自定义工具,可扩展的图结构,钩子机制。

性能优化并行工具调用,状态增量更新,缓存机制。

易于调试执行日志,状态可视化,错误追踪。

create_react_agent是LangGraph中的重要函数,它封装了ReAct范式的实现。

三、create_react_agent源码解析

3.1 实现逻辑

# 文件路径: libs/prebuilt/langgraph/prebuilt/chat_agent_executor.pydef create_react_agent(    model: Union[str, LanguageModelLike, Callable],    tools: Union[Sequence[BaseTool], ToolNode],    prompt: Optional[Prompt] = None,    response_format: Optional[StructuredResponseSchema] = None,    state_schema: Optional[StateSchemaType] = None,    version: Literal["v1", "v2"] = "v2",) -> CompiledStateGraph:    """    创建ReAct Agent的核心函数        参数说明:    - model: 语言模型实例    - tools: 工具列表或工具节点    - prompt: 自定义提示词    - response_format: 结构化输出格式    - state_schema: 状态模式    - version: 版本选择    """

关键设计点

1. 状态模式的动态选择

# 文件路径: libs/langgraph/langgraph/prebuilt/agent_executor.pyif state_schema is None:    state_schema = (        AgentStateWithStructuredResponse        if response_format is not None        else AgentState    )

简单场景使用基础状态,复杂场景支持结构化输出,避免了过度设计。

2. 工具绑定的智能判断

# 文件路径: libs/langgraph/langgraph/prebuilt/agent_executor.pyif _should_bind_tools(model, tool_classes, num_builtin=len(llm_builtin_tools)):    model = model.bind_tools(tool_classes + llm_builtin_tools)

能自动判断模型是否需要绑定工具,处理不同类型的工具,用户不需要关心技术细节。

3. 路由逻辑的单一职责

# 文件路径: libs/langgraph/langgraph/prebuilt/agent_executor.pydef should_continue(state: StateSchema) -> Union[str, list[Send]]:    messages = _get_state_value(state, "messages")    last_message = messages[-1]        ifnot isinstance(last_message, AIMessage) ornot last_message.tool_calls:        return END    else:        return"tools"

只负责路由决策,基于内容而非规则,支持扩展(钩子、结构化输出)。

3.2 设计原理深度分析

1. 状态管理的设计思路

# 传统方法:全局状态,难以管理classTraditionalAgent:    def __init__(self):        self.messages = []        self.tool_results = []        self.current_step = 0        # ... 更多状态变量
# LangGraph方法:状态模式,类型安全# 文件路径: libs/langgraph/langgraph/prebuilt/agent_executor.pyclass AgentState(TypedDict):    messages: Annotated[Sequence[BaseMessage], add_messages]    remaining_steps: NotRequired[RemainingSteps]

LangGraph使用TypedDict确保状态类型安全,使用Annotated提供状态更新策略,让状态管理既安全又灵活。

2. 条件路由的智能实现

# 文件路径: libs/langgraph/langgraph/prebuilt/agent_executor.pydef should_continue(state: AgentState) -> str:    messages = state["messages"]    last_message = messages[-1]        # 关键设计:不是检查所有消息,而是只检查最后一条    if isinstance(last_message, AIMessage) and last_message.tool_calls:        return"tools"    return"end"

只检查最后一条消息,避免了遍历整个消息历史,性能更好,逻辑更清晰。

3. 工具绑定的统一抽象

# 文件路径: libs/langgraph/langgraph/prebuilt/agent_executor.py# 核心设计:工具绑定到模型,而不是单独管理model_with_tools = model.bind_tools(tools)response = model_with_tools.invoke(state["messages"])

通过工具绑定机制,让AI能够调用工具而不需要了解工具的具体实现细节。

1. 复杂性管理

ReAct系统天然复杂,但通过精妙的设计,让复杂性变得可控。

2. 可扩展性

基础功能保持简洁,复杂需求通过扩展支持。

3. 可理解性

通过声明式的图结构,开发者可以直观地理解系统行为。

了解 LangGraph的设计原理后,让我们通过一个真实的项目案例来看看ReAct在实际应用中的价值。这个案例来自智能解决方案系统,其中PPT生成大纲是其中的一个重点能力。

四、真实项目案例:智能解决方案系统

4.1 项目背景:为什么选择ReAct?

在智能解决方案系统中,我选择使用ReAct范式构建智能大纲生成Agent。这个决策背后有一个真实的踩坑故事:

第一阶段:纯大模型方案的问题

# 最初的简单方案def generate_outline(user_input):    """纯大模型方案:直接生成PPT大纲"""    prompt = f"""    用户需求:{user_input}    请生成一份完整的PPT大纲,包含:    1. 封面页    2. 目录页    3. 产品介绍    4. 功能特性    5. 应用案例    6. 总结页    """    return llm.invoke(prompt)

问题暴露

  • 客户信息不准确:大模型不知道具体的客户背景;

  • 产品信息过时:内部产品信息无法实时更新;

  • 用户需求不明确:用户可能只需要某几页,不需要完整PPT;

第二阶段:增加知识检索的尝试

# 改进方案:增加知识检索def generate_outline_with_knowledge(user_input):    # 检索客户信息    customer_info = search_customer_knowledge(user_input)    # 检索产品信息    product_info = search_product_knowledge(user_input)    # 检索行业信息    industry_info = search_industry_knowledge(user_input)        prompt = f"""    用户需求:{user_input}    客户信息:{customer_info}    产品信息:{product_info}    行业信息:{industry_info}        请生成一份完整的PPT大纲...    """    return llm.invoke(prompt)

新问题出现

  • 信息过载:每次都要检索大量信息,即使不需要;

  • 固化输出:总是生成"完整"的PPT大纲;

  • 用户体验差:用户说"我只要3页介绍产品功能",却生成了20页的完整大纲;

能不能让AI像人类一样,先分析用户真正需要什么,再决定要不要检索信息,检索什么信息,生成什么样的结构?

第三阶段:ReAct范式的解决方案

# ReAct方案:智能判断def react_outline_generation(user_input):    # 1. 推理:分析用户真正需要什么    reasoning = analyze_user_intent(user_input)        # 2. 行动:根据推理结果决定是否检索    if reasoning.needs_customer_info:        customer_info = search_customer_knowledge(user_input)    if reasoning.needs_product_info:        product_info = search_product_knowledge(user_input)        # 3. 观察:基于检索结果调整策略    # 4. 调整:生成符合用户真实需求的大纲    return generate_adaptive_outline(reasoning, retrieved_info)

关键点ReAct让AI能够像人一样,在不确定的情况下做出明智的决策。

  • 分析用户需求(客户背景、产品需求、行业特点);

  • 收集相关信息(行业趋势、竞品分析、产品特性);

  • 生成结构化的PPT大纲;

  • 确保内容质量和业务价值;

4.2 系统架构深度解析:基于真实需求的架构演进

基于我在PPT生成项目中的真实落地经验,下面是SmartOutlineReActAgent的架构设计演进过程:

架构演进历程

核心设计决策

1.智能判断层分析用户意图,决定是否需要检索;

2.按需检索层根据判断结果,选择性检索信息;

3.自适应生成层基于检索结果,生成个性化大纲;

架构设计经验

架构设计采用分层解耦设计,工具、提示词、执行引擎完全解耦,便于独立优化。整个执行过程由状态变化驱动,支持断点续传。通过通用工具 + 专业工具的分层设计,既保证通用性又满足专业性。同时需要从输入到输出的完整监控体系,确保系统稳定性。

classSmartOutlineReActAgent:    """智能大纲生成ReAct Agent - 核心设计思路"""        def __init__(self):        # 核心组件:工具 + 模型 + Agent        self.tools = self._load_tools()           # 分层工具设计        self.llm = self._init_llm()              # 模型初始化        self.agent = self._create_react_agent()   # ReAct Agent        def _load_tools(self):        """工具分层设计:通用工具 + 专业工具"""        general_tools = load_general_tools()      # 时间、搜索等        internal_tools = load_internal_tools()    # 内部知识库        return general_tools + internal_tools        def _create_react_agent(self):        """构建ReAct Agent - 核心执行引擎"""        return create_react_agent(            model=self.llm,            tools=self.tools,            prompt=self.system_prompt,            version="v2"  # 支持并行工具调用        )        def generate_outline(self, user_input: str) -> str:        """生成PPT大纲 - 核心业务逻辑"""        # 1. 构建输入            messages = [HumanMessage(content=user_input)]                    # 2. 执行ReAct循环        result = self.agent.invoke({            "messages": messages,            "recursion_limit": 50,            "max_iterations": 20        })                # 3. 返回结果        return result["messages"][-1].content

核心设计思路

1.分层架构工具、模型、Agent各司其职;

2.工具生态通用工具 + 专业工具的分层设计;

3.执行引擎ReAct循环 + 智能路由;

4.业务逻辑输入 → 推理 → 行动 → 输出;

4.3 create_react_agent运行原则浅析

接下来先简单了解一下create_react_agent的内部实现,以便理解其内在的设计思路:

核心实现分析

def create_react_agent(model, tools, prompt=None, version="v2"):    """创建ReAct Agent的核心实现"""        # 1. 状态模式定义    class AgentState(TypedDict):        messages: Annotated[Sequence[BaseMessage], add_messages]        remaining_steps: int        # 2. 图结构构建    workflow = StateGraph(AgentState)        # 3. 节点定义    def agent_node(state: AgentState):        """Agent节点 - 核心推理引擎"""        # 绑定工具到模型        model_with_tools = model.bind_tools(tools)                # 调用模型        response = model_with_tools.invoke(state["messages"])                return {"messages": [response]}        def tools_node(state: AgentState):        """Tools节点 - 工具执行引擎"""        if version == "v1":            # v1版本:串行执行所有工具            return tool_node.invoke(state)        else:            # v2版本:并行执行工具(使用Send API)            return tool_node.invoke(state)        # 4. 条件路由逻辑    def should_continue(state: AgentState) -> str:        """智能路由决策"""        messages = state["messages"]        last_message = messages[-1]                # 检查是否包含工具调用        if isinstance(last_message, AIMessage) and last_message.tool_calls:            return"tools"        return"end"        # 5. 图结构组装    workflow.add_node("agent", agent_node)    workflow.add_node("tools", tools_node)    workflow.add_conditional_edges(        "agent",         should_continue,         {"tools": "tools", "end": END}    )    workflow.add_edge("tools", "agent")        # 6. 编译并返回    return workflow.compile()

LangGraph不是简单的工具链,而是一个能够"思考"的智能系统。它通过状态管理让Agent记住整个对话过程,通过条件路由让Agent能够根据当前情况智能选择下一步,通过循环控制让Agent能够反思和优化结果。

让Agent从"执行者"变成了"思考者",能够处理复杂的多轮对话和动态决策场景。

4.4 LangGraph底层执行引擎深度分析

继续深入分析LangGraph的底层执行机制,理解其如何实现高效的ReAct执行:

核心执行机制分析

# LangGraph底层执行引擎核心代码分析classPregel:    """LangGraph的核心执行引擎 - 基于Pregel算法"""       def __init__(self, nodes: Dict[str, Any], edges: List[Edge]):        self.nodes = nodes        self.edges = edges        self.state_schema = self._build_state_schema()       def invoke(self, inputs: Dict[str, Any]) -> Dict[str, Any]:        """执行图的核心方法"""        # 1. 状态初始化        state = self._initialize_state(inputs)               # 2. 执行循环        whilenot self._is_complete(state):            # 3. 节点调度            next_nodes = self._get_next_nodes(state)                       # 4. 并行执行节点            updates = self._execute_nodes_parallel(next_nodes, state)                       # 5. 状态更新            state = self._update_state(state, updates)                       # 6. 检查终止条件            if self._should_terminate(state):                break               return state       def _execute_nodes_parallel(self, nodes: List[str], state: Dict) -> Dict:        """并行执行多个节点 - 性能优化的关键"""        import asyncio               async def execute_node(node_name: str):            node_func = self.nodes[node_name]            return await node_func(state)               # 并行执行所有节点        tasks = [execute_node(node) for node in nodes]        results = asyncio.gather(*tasks)               return self._merge_results(results)       def _get_next_nodes(self, state: Dict) -> List[str]:        """智能节点调度 - 基于条件路由"""        next_nodes = []               for edge in self.edges:            if edge.condition(state):                next_nodes.append(edge.target)               return next_nodes

执行引擎的关键特性

1.图计算优化基于图计算算法,支持大规模并行计算;

2.状态管理高效增量状态更新,避免全量状态复制;

3.节点调度智能基于条件路由的智能节点调度;

4.并行执行支持支持多个节点的并行执行,提升性能;

5.错误恢复机制完整的错误处理和恢复机制;

4.5 工具设计原则

基于实际项目经验,我总结出以下工具设计的核心原则:

实战案例:基于真实需求的工具设计

基于智能解决方案系统的真实需求,设计以下工具:

# 工具1:内部知识库搜索 - 解决信息获取问题def search_internal_knowledge(query: str, knowledge_type: str = "all") -> str:    """按需检索,避免信息过载"""    # 根据知识类型选择性搜索        if knowledge_type == "customer":        results = customer_knowledge_base.search(query, limit=3)        elif knowledge_type == "product":        results = product_knowledge_base.search(query, limit=3)        else:        results = knowledge_base.search(query, limit=5)        # 返回原始数据,让AI自己判断如何使用    return format_search_results(results)
# 工具2:用户意图分析 - 解决"固化输出"问题def analyze_user_intent(user_input: str) -> str:    """让AI理解用户的真实需求"""    intent = {        "needs_customer_info""客户" in user_input,        "needs_product_info""产品" in user_input,        "output_scope""partial"if"只要" in user_input else"full",        "page_count": extract_page_count(user_input)    }    return json.dumps(intent)

工具设计经验

工具设计需要考虑职责边界、数据流纯净性、错误处理、性能优化和可观测性。每个工具都有明确的输入输出和职责范围,只负责数据获取和格式化,不进行业务逻辑处理。同时需要完善的异常处理、频率控制、并行调用等性能优化,以及完整的日志记录和监控指标。

# 工具设计核心原则"""1. 工具只负责获取信息,不负责分析2. 工具只提供数据,不提供结论3. 工具支持LLM推理,不替代LLM推理4. 保持工具简单、纯净、单一职责"""
@tooldef web_search(query: str) -> str:    """获取互联网最新信息"""    return search_engine.search(query)
@tooldef search_internal_knowledge(query: str) -> str:    """获取内部文档和知识"""    return knowledge_base.search(query)

工具设计原则

工具设计要遵循单一职责原则,每个工具只做一件事,做好一件事。工具只提供原始数据,不进行业务逻辑处理,同时需要优雅地处理各种异常情况,支持并行调用和缓存机制。

4.6 提示词工程设计

在实际项目中,我发现提示词工程是ReAct系统成功的关键因素。经过大量踩坑和调试,我总结出了一套提示词工程方法论:

4.6.1 核心工作原则设计

问题传统的提示词往往过于僵化,无法适应复杂的业务场景;

解决方案设计启发式指导框架,让Agent能够自主思考和决策;

## 核心工作原则
### 思考引导- **智能分析**:分析用户输入的信息丰富度和需求复杂度- **深度推理**:基于收集的信息进行多维度推理和关联分析- **自主决策**:根据分析结果,自主选择执行策略和工具调用方式- **价值导向**:每页内容都要体现客户价值和业务成果
### 深度思考框架**多维度分析策略**- **客户维度**:规模、发展阶段、业务模式、技术成熟度- **产品维度**:核心能力、技术优势、应用场景、实施复杂度- **行业维度**:发展趋势、竞争格局、转型路径、成功要素- **竞争维度**:竞品分析、差异化优势、价值主张、市场定位

4.6.2 提示词工程经验

从规则到框架的转变

传统提示词:"如果遇到X情况,执行Y操作"

优化后提示词:"分析当前情况,基于以下框架自主决策..."

从静态到动态的转变

传统提示词:"按照以下步骤执行"优化后提示词:"根据实际情况,灵活调整执行策略"

从检查清单到质量框架的转变

传统提示词:"确保包含以下要素:A、B、C"

优化后提示词:"评估内容质量,确保达到以下标准..."

4.6.3 实践中的关键经验

经验1:提示词不是指令,而是思考引导

# 错误的提示词设计prompt = """如果用户询问天气,调用天气API如果用户询问时间,调用时间API如果用户询问新闻,调用新闻API"""
# 正确的提示词设计prompt = """分析用户需求,判断需要什么信息,然后选择合适的工具。考虑以下因素:1. 用户意图的明确程度2. 所需信息的类型和来源3. 当前上下文的相关性4. 用户可能的后续需求"""

经验2:建立质量评估框架,而不是检查清单

# 错误的质量检查quality_check = [    "是否包含所有必要信息?",    "是否格式正确?",    "是否长度合适?"]
# 正确的质量框架quality_framework = """评估内容质量:1. 信息完整性:是否回答了用户的核心问题?2. 逻辑一致性:内容是否逻辑清晰、前后一致?3. 价值相关性:是否对用户有实际价值?4. 可操作性:用户是否能够基于此内容采取行动?"""

经验3:场景适配比通用模板更重要

# 通用模板的问题generic_prompt = "请分析以下内容并提供建议"
# 场景适配的优势business_analysis_prompt = """作为业务分析师,请分析以下内容:1. 识别关键业务指标和趋势2. 分析潜在风险和机会3. 提供具体的改进建议4. 考虑实施可行性和成本效益"""

4.6.4 提示词优化的关键原则

启发式指导而非僵化规则

# 不好的提示词prompt = """你必须按照以下步骤:1. 先分析问题2. 再调用工具3. 最后给出答案"""
# 好的提示词prompt = """你是一个智能助手,能够帮助用户解决各种问题。当遇到需要外部信息的问题时,你可以主动调用相关工具。请根据问题的具体情况,灵活地选择最合适的解决方案。"""

灵活策略而非固定流程

# 不好的设计def fixed_workflow(question):    if "天气" in question:        returncall_weather_api()    elif "订单" in question:        returncall_order_api()    else:        return "我无法处理"
# 好的设计def flexible_workflow(question):    # 让AI自己决定需要什么工具    return agent.invoke({"messages": [{"role""user""content": question}]})

质量框架而非检查清单

# 不好的设计def check_quality(response):    checks = [        "是否包含关键词",        "是否超过100字",        "是否包含标点符号"    ]    return all(checks)
# 好的设计def assess_quality(response, context):    # 基于上下文和用户需求评估质量    return quality_score

4.7 常见问题与解决方案

AI过度依赖工具

# 解决方案:在提示词中强调判断能力prompt = """你是一个智能助手。当用户问题简单明确时,可以直接回答;当需要外部信息时,才调用相关工具。请根据问题的复杂度和信息需求,合理选择处理方式。"""

工具调用失败处理

# 解决方案:优雅的错误处理def robust_tool_call(tool_name, tool_input):    try:        result = tool_name.invoke(tool_input)        return result    except Exception as e:        return f"工具调用失败:{str(e)},让我尝试其他方法"

循环调用问题

# 解决方案:设置最大迭代次数classReActAgent:    def __init__(self, max_iterations=5):        self.max_iterations = max_iterations        self.current_iteration = 0        def should_continue(self, state):        self.current_iteration += 1        if self.current_iteration >= self.max_iterations:            return"end"        # 其他逻辑...

4.8 性能优化实践

在智能解决方案系统中,我遇到了几个关键的性能问题,这些问题直接影响了用户体验:

信息过载导致的性能问题

# 问题:每次都要检索大量信息,即使不需要def generate_outline_with_knowledge(user_input):    # 问题:无论用户需要什么,都检索所有信息    customer_info = search_customer_knowledge(user_input)  # 耗时2-3秒    product_info = search_product_knowledge(user_input)   # 耗时2-3秒    industry_info = search_industry_knowledge(user_input)  # 耗时2-3秒        # 总耗时:6-9秒,用户体验很差    return generate_outline(customer_info, product_info, industry_info)
# 解决方案:ReAct智能判断def react_outline_generation(user_input):    # 1. 先分析用户意图    intent = analyze_user_intent(user_input)        # 2. 按需检索    retrieved_info = {}    if intent.needs_customer_info:        retrieved_info["customer"] = search_customer_knowledge(user_input)    if intent.needs_product_info:        retrieved_info["product"] = search_product_knowledge(user_input)    if intent.needs_industry_info:        retrieved_info["industry"] = search_industry_knowledge(user_input)        # 3. 基于检索结果生成大纲    return generate_adaptive_outline(intent, retrieved_info)

固化输出导致的用户体验问题

# 问题:总是生成"完整"的PPT大纲用户说:"我只要3页介绍产品功能"系统回答:生成20页的完整PPT大纲  # 用户体验差
# 解决方案:智能判断输出范围def generate_adaptive_outline(intent, retrieved_info):    if intent.output_scope == "partial":        # 只生成用户需要的部分        return generate_partial_outline(intent.focus_areas, retrieved_info)    elif intent.output_scope == "full":        # 生成完整大纲        return generate_full_outline(retrieved_info)    else:        # 根据页数要求生成        return generate_specific_outline(intent.page_count, retrieved_info)

工具调用频率过高

# 问题:AI过度依赖工具,即使问题很简单用户问:"什么是PPT?"AI回答:我需要搜索一下PPT的定义...  # 不必要的工具调用
# 解决方案:智能判断是否需要工具def should_use_tools(user_input, intent):    # 简单问题直接回答    if intent.complexity == "simple":        return False        # 需要外部信息才调用工具    if intent.needs_external_info:        return True        return False

1. 智能配置管理

def get_adaptive_config(task_complexity: str) -> Dict[str, Any]:    configs = {        "simple": {            "recursion_limit": 20,            "max_iterations": 10,            "timeout": 30        },        "complex": {            "recursion_limit": 50,            "max_iterations": 25,            "timeout": 120        }    }    return configs.get(task_complexity, configs["simple"])

2. 工具并行调用

# 支持并行工具调用def parallel_tool_calls(tools: List[BaseTool], inputs: List[Dict]) -> List[str]:    import asyncio        async def call_tool(tool, input_data):        return await tool.ainvoke(input_data)        tasks = [call_tool(tool, input_data) for tool, input_data in zip(tools, inputs)]    return asyncio.run(asyncio.gather(*tasks))

3. 调用频率控制

import timefrom collections import defaultdict
classRateLimiter:    def __init__(self, max_calls_per_minute=60):        self.max_calls = max_calls_per_minute        self.calls = defaultdict(list)        def can_call(self, tool_name: str) -> bool:        now = time.time()        # 清理1分钟前的调用记录        self.calls[tool_name] = [t for t in self.calls[tool_name] if now - t < 60]        return len(self.calls[tool_name]) < self.max_calls        def record_call(self, tool_name: str):        self.calls[tool_name].append(time.time())
# 创建全局频率限制器实例rate_limiter = RateLimiter()

4.9 错误处理与监控

def _handle_state_update(self, data: Any, step_count: int, outline_id: str, source: str = "", message_context: Dict[str, Any] = None):    # 处理工具调用开始    ifisinstance(last_message, AIMessage)and last_message.tool_calls:        for tool_call in last_message.tool_calls:            send_outline_tool_call_start(                outline_id=outline_id,                tool_name=tool_name,                tool_args=tool_args,                step_count=step_count            )        # 处理工具调用完成    elif isinstance(last_message, ToolMessage):        if is_error:            send_outline_tool_call_error(...)        else:            send_outline_tool_call_complete(...)

监控体系设计

1.全链路监控从任务开始到完成的完整监控;

2.实时日志详细的执行日志和状态更新;

3.错误追踪完整的错误信息和堆栈跟踪;

4.性能指标执行时间、工具调用次数、成功率等;

通过智能PPT生成系统的实践,我们积累了大量的优化经验,掌握了这些经验后,接下来我们回到基础,通过手写实现来深入理解ReAct的机制。

五、手写实践:从零构建ReAct Agent

经过前面的理论学习和源码分析,现在动手实现一个简化版的ReAct Agent。这个实现虽然功能简单,但包含了ReAct范式的要素。

5.1 核心实现代码

# 手写ReAct Agent# 安装:pip install langchain langchain-ollama
from langchain_ollama import ChatOllamafrom langchain_core.messages import HumanMessage, AIMessage, ToolMessagefrom typing import DictListAnyOptionalimport reimport time
classMiniReActAgent:    """手写ReAct Agent """        def __init__(self):        self.model = ChatOllama(model="qwen3:8b", temperature=0.1)        self.tools = {            "time": self._get_time,            "calc": self._calculate,            "search": self._search        }        # 状态管理        self.state = {            "messages": [],            "current_step""start",            "tool_results": {},            "reasoning"""        }        def _get_time(self, param=""):        """获取当前时间"""        import datetime        now = datetime.datetime.now()        return f"现在是{now.strftime('%Y年%m月%d日 %H:%M')}"        def _calculate(self, expression: str):        """安全计算表达式"""        try:            ifnot re.match(r'^[0-9+\-*/.() ]+$', expression):                return "计算错误:表达式包含非法字符"            return str(eval(expression))        except:            return "计算错误:表达式无效"        def _search(self, query: str):        """模拟搜索功能"""        return f"关于'{query}'的搜索结果..."        def should_continue(self, state: Dict) -> str:        """条件路由 """        last_message = state["messages"][-1if state["messages"else None                # 检查AI回复中是否包含工具调用        if isinstance(last_message, AIMessage):            content = last_message.content            if "工具:" in content and "参数:" in content:                return "tools"  # 需要工具        return "end"        # 直接结束        def agent_node(self, state: Dict) -> Dict:        """Agent节点 """        # 构建工具描述 - 让AI知道有哪些工具可用        tool_descriptions = []        for tool_name, tool_func in self.tools.items():            if tool_name == "time":                tool_descriptions.append("time: 获取当前时间(无需参数)")            elif tool_name == "calc":                tool_descriptions.append("calc: 计算数学表达式(需要表达式参数)")            elif tool_name == "search":                tool_descriptions.append("search: 搜索信息(需要搜索关键词)")                # 构建提示词        last_message = state["messages"][-1].content                # 检查是否有工具执行结果        if "工具执行结果:" in last_message:            # 基于工具结果继续推理        prompt = f"""            用户问题: {state['messages'][0].content}            工具执行结果: {last_message}                        请基于工具执行结果回答用户问题。            如果还需要更多信息,请回答: 工具: [工具名] 参数: [参数]            如果信息足够,请直接回答用户问题。            """        else:            # 初始推理            prompt = f"""            用户问题: {last_message}                        可用工具: {', '.join(tool_descriptions)}                请分析问题并决定是否需要使用工具。            如果需要工具,请回答: 工具: [工具名] 参数: [参数]            注意:time工具无需参数,直接写"工具: time 参数: 无"            如果不需要工具,请直接回答用户问题。        """                # 调用模型        response = self.model.invoke([HumanMessage(content=prompt)])                # 更新状态        new_state = state.copy()        new_state["messages"] = state["messages"] + [AIMessage(content=response.content)]        new_state["current_step"] = "agent"                return new_state        def tools_node(self, state: Dict) -> Dict:        """Tools节点 """        last_message = state["messages"][-1]                if isinstance(last_message, AIMessage):            content = last_message.content                        # 解析工具调用            if "工具:" in content and "参数:" in content:                # 提取工具名和参数                tool_match = re.search(r'工具:\s*(\w+)', content)                param_match = re.search(r'参数:\s*(.+)', content)                                if tool_match and param_match:                    tool_name = tool_match.group(1)                    param = param_match.group(1).strip()                                        # 执行工具                    if tool_name in self.tools:                        # 处理time工具的无参数调用                        if tool_name == "time" and (param == "无" or param == "" or param == "[]"):                            result = self.tools[tool_name]("")        else:                            result = self.tools[tool_name](param)                                                # 更新状态                        new_state = state.copy()                        new_state["messages"] = state["messages"] + [AIMessage(content=f"工具执行结果: {result}")]                        new_state["current_step"] = "tools"                                                return new_state                return state        def react_cycle(self, question: str):        """ReAct核心循环 """        print(f"用户问题: {question}")                # 初始化状态        self.state = {            "messages": [HumanMessage(content=question)],            "current_step""start",            "tool_results": {},            "reasoning"""        }                # 执行循环         max_iterations = 5        for i in range(max_iterations):            print(f"\n--- 第{i+1}轮执行 ---")                        # 1. Agent节点            self.state = self.agent_node(self.state)            print(f"Agent推理: {self.state['messages'][-1].content}")                        # 2. 条件路由             next_step = self.should_continue(self.state)            print(f"路由决策: {next_step}")                        if next_step == "tools":                # 3. Tools节点                self.state = self.tools_node(self.state)                print(f"工具执行结果: {self.state['messages'][-1].content}")                                # 4. 继续下一轮推理                continue            else:                # 5. 结束                print("执行完成")                break                return self.state["messages"][-1].content
# 使用示例if __name__ == "__main__":    agent = MiniReActAgent()        # 测试不同场景    agent.react_cycle("现在几点了?")    print("\n" + "="*50 + "\n")    agent.react_cycle("计算 15 + 27")    print("\n" + "="*50 + "\n")    agent.react_cycle("什么是人工智能?")

运行效果展示

从运行截图可以看到,这个极简ReAct Agent展现了ReAct范式的工作原理:当用户问"现在几点了?"时,Agent会推理出需要调用时间工具;当用户问"什么是人工智能?"时,Agent会直接回答而不调用工具。整个示例代码实现了推理→行动→观察→回答的完整循环。

5.2 从手写实现到生产系统的思考

手写实现确实能够帮助我们对ReAct有了更深的理解。但说实话,真正要在项目中使用,这个简化版本还远远不够。

ReAct的"推理-行动-观察"循环看起来简单,但实现起来需要考虑很多细节。状态管理、工具调用、错误处理,每个环节都有坑。

在实际项目中,你需要考虑状态类型安全、工具调用失败、模型调用超时、内存管理等问题。这些细节处理不好,系统就会不稳定。

这就是为什么需要LangGraph这样的框架。它把这些复杂性都处理好了,让我们能够专注于业务逻辑。

六、总结

在做智能解决方案系统的这段时间,我踩了不少坑,也学到了一些东西。ReAct范式确实在Agent落地方面解决了很多实际问题,总结下来主要是这个方面:

可控性比智能性更重要

用户说"只要3页",AI如果生成20页,即使内容再好,用户体验也是失败的。问题的根源在于AI的决策过程不透明,用户无法知道AI为什么生成了20页。ReAct让AI的思考过程变得透明,用户可以看到AI的推理过程,从而控制输出。这比让它变得更聪明更有价值。

工具设计决定系统上限

工具不是简单的API调用,而是AI的"手"和"眼"。设计工具时需要考虑灵活性、信息完整性和错误恢复能力。

状态管理是复杂系统的核心

LangGraph的图状态模型证明,复杂系统不是靠复杂的逻辑,而是靠清晰的状态转换。

从小做起

先实现一个最简单的ReAct Agent,让它能处理一个具体场景,再逐步增加复杂度。不要一开始就想着做复杂系统。

提示词需要反复调试

明确AI的角色和职责,提供清晰的决策标准,包含错误处理机制。这部分需要大量测试和调整。

性能优化从架构开始

在智能解决方案系统中,按需检索比全量检索快3倍,这就是架构设计的价值。这个例子说明,性能问题往往不是代码实现问题,而是架构设计问题。类似的还有缓存策略、并行处理、数据分片等,都需要从架构层面考虑。

技术选型的平衡

ReAct范式虽然强大,但并不是万能的。在实际项目中,需要根据任务复杂度选择合适的方案:简单任务用直接API调用,复杂但确定的任务用workflow编排,只有真正需要动态推理和工具调用的场景才使用ReAct。技术选型要务实,避免为了使用新技术而过度设计。

有些问题用ReAct解决得很好,有些问题用传统方法更简单。重要的是理解其原理,然后根据实际情况选择合适的技术方案。

以上是本篇的全部内容,希望对你有帮助。

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