第2课：Agent系统架构与设计模式

第2课：Agent系统架构与设计模式

课程目标

• 理解Agent的基本概念和特性
• 掌握多Agent系统的设计模式
• 学习Agent通信协议和消息传递
• 实践创建简单的Agent框架

课程内容

2.1 Agent基础概念

什么是Agent？

Agent是一个具有自主性、反应性、社会性和主动性的计算实体，能够：

• 自主性：独立运行，无需人工干预
• 反应性：对环境变化做出响应
• 社会性：与其他Agent协作
• 主动性：主动发起行动

Agent的核心组件

┌─────────────────────────────────────┐
│              Agent                  │
├─────────────────────────────────────┤
│  ┌─────────────┐  ┌─────────────┐   │
│  │   感知层     │  │   决策层     │   │
│  │ Perception  │  │ Decision    │   │
│  └─────────────┘  └─────────────┘   │
│  ┌─────────────┐  ┌─────────────┐   │
│  │   执行层     │  │   通信层     │   │
│  │ Execution   │  │ Communication│   │
│  └─────────────┘  └─────────────┘   │
└─────────────────────────────────────┘

2.2 Agent设计模式

1. 主从模式（Master-Slave）

    Master Agent│┌────┼────┐│    │    │
Slave1  Slave2  Slave3

• 特点：集中式控制，简单易实现
• 适用场景：任务分解、并行处理
• 缺点：单点故障，扩展性差

2. 对等模式（Peer-to-Peer）

    Agent1 ←→ Agent2↕        ↕Agent3 ←→ Agent4

• 特点：分布式控制，高可用性
• 适用场景：协作任务、分布式计算
• 缺点：协调复杂，一致性难保证

3. 层次模式（Hierarchical）

    Top Agent│┌────┼────┐│    │    │
Mid1   Mid2   Mid3│     │     │
┌─┼─┐ ┌─┼─┐ ┌─┼─┐
│ │ │ │ │ │ │ │ │
L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8

• 特点：分层管理，职责明确
• 适用场景：大型系统、组织管理
• 缺点：通信开销大，响应延迟

4. 联邦模式（Federated）

    Federation Manager│┌────┼────┐│    │    │
Group1 Group2 Group3│     │     │
┌─┼─┐ ┌─┼─┐ ┌─┼─┐
│ │ │ │ │ │ │ │ │
A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8

• 特点：分组管理，灵活扩展
• 适用场景：多域协作、模块化系统
• 缺点：管理复杂，跨组协调困难

2.3 Agent通信协议

消息传递模式

1. 同步通信：请求-响应模式
2. 异步通信：发布-订阅模式
3. 广播通信：一对多模式
4. 多播通信：多对多模式

通信协议设计

// 消息格式定义
const MessageType = {REQUEST: 'request',RESPONSE: 'response',NOTIFICATION: 'notification',ERROR: 'error'
};class AgentMessage {constructor(type, from, to, content, id = null) {this.type = type;this.from = from;this.to = to;this.content = content;this.id = id || this.generateId();this.timestamp = Date.now();}generateId() {return Math.random().toString(36).substr(2, 9);}
}

实践项目

项目1：基础Agent框架

// agent.js
class Agent {constructor(id, name, capabilities = []) {this.id = id;this.name = name;this.capabilities = capabilities;this.state = 'idle';this.messageQueue = [];this.messageHandlers = new Map();}// 发送消息async sendMessage(to, type, content) {const message = new AgentMessage(type, this.id, to, content);// 这里应该通过通信层发送console.log(`${this.name} 发送消息到 ${to}:`, message);return message;}// 接收消息receiveMessage(message) {this.messageQueue.push(message);this.processMessages();}// 处理消息async processMessages() {while (this.messageQueue.length > 0) {const message = this.messageQueue.shift();await this.handleMessage(message);}}// 消息处理async handleMessage(message) {const handler = this.messageHandlers.get(message.type);if (handler) {await handler(message);} else {console.log(`${this.name} 收到未知类型消息:`, message);}}// 注册消息处理器onMessage(type, handler) {this.messageHandlers.set(type, handler);}// 执行能力async executeCapability(capability, params) {if (this.capabilities.includes(capability)) {console.log(`${this.name} 执行能力: ${capability}`, params);// 这里实现具体的能力逻辑return { success: true, result: `执行了 ${capability}` };} else {throw new Error(`Agent ${this.name} 不具备能力: ${capability}`);}}
}

项目2：多Agent协作系统

// multi-agent-system.js
class MultiAgentSystem {constructor() {this.agents = new Map();this.messageRouter = new MessageRouter();}// 注册AgentregisterAgent(agent) {this.agents.set(agent.id, agent);this.messageRouter.registerAgent(agent);console.log(`Agent ${agent.name} 已注册`);}// 启动系统start() {console.log('多Agent系统已启动');this.agents.forEach(agent => {agent.state = 'running';});}// 停止系统stop() {console.log('多Agent系统已停止');this.agents.forEach(agent => {agent.state = 'stopped';});}// 获取AgentgetAgent(id) {return this.agents.get(id);}// 广播消息broadcast(type, content, excludeId = null) {this.agents.forEach((agent, id) => {if (id !== excludeId) {agent.receiveMessage(new AgentMessage(type, 'system', id, content));}});}
}// 消息路由器
class MessageRouter {constructor() {this.routes = new Map();}registerAgent(agent) {this.routes.set(agent.id, agent);}routeMessage(message) {const targetAgent = this.routes.get(message.to);if (targetAgent) {targetAgent.receiveMessage(message);} else {console.error(`目标Agent不存在: ${message.to}`);}}
}

项目3：任务协作示例

// task-collaboration.js
class TaskCollaborationSystem extends MultiAgentSystem {constructor() {super();this.tasks = new Map();this.taskQueue = [];}// 创建任务createTask(taskId, description, requirements) {const task = {id: taskId,description,requirements,status: 'pending',assignedAgents: [],results: []};this.tasks.set(taskId, task);this.taskQueue.push(task);this.assignTasks();}// 分配任务assignTasks() {while (this.taskQueue.length > 0) {const task = this.taskQueue.shift();const availableAgents = this.findAvailableAgents(task.requirements);if (availableAgents.length > 0) {this.assignTaskToAgents(task, availableAgents);} else {// 没有可用Agent，重新加入队列this.taskQueue.push(task);break;}}}// 查找可用AgentfindAvailableAgents(requirements) {const available = [];this.agents.forEach(agent => {if (agent.state === 'idle' && requirements.every(req => agent.capabilities.includes(req))) {available.push(agent);}});return available;}// 分配任务给AgentassignTaskToAgents(task, agents) {task.assignedAgents = agents.map(agent => agent.id);task.status = 'in_progress';agents.forEach(agent => {agent.state = 'busy';agent.receiveMessage(new AgentMessage('task_assignment','system',agent.id,{ taskId: task.id, description: task.description }));});}// 处理任务完成handleTaskCompletion(agentId, taskId, result) {const task = this.tasks.get(taskId);if (task) {task.results.push({ agentId, result });// 检查是否所有Agent都完成了任务if (task.results.length === task.assignedAgents.length) {task.status = 'completed';this.consolidateResults(task);}}}// 整合结果consolidateResults(task) {console.log(`任务 ${task.id} 已完成，结果:`, task.results);// 释放Agenttask.assignedAgents.forEach(agentId => {const agent = this.getAgent(agentId);if (agent) {agent.state = 'idle';}});// 继续处理队列中的任务this.assignTasks();}
}

项目4：使用示例

// example.js
async function main() {// 创建多Agent系统const system = new TaskCollaborationSystem();// 创建不同类型的Agentconst dataAgent = new Agent('data-001', '数据分析Agent', ['data_analysis', 'statistics']);const reportAgent = new Agent('report-001', '报告生成Agent', ['report_generation', 'formatting']);const emailAgent = new Agent('email-001', '邮件发送Agent', ['email_sending', 'notification']);// 注册Agentsystem.registerAgent(dataAgent);system.registerAgent(reportAgent);system.registerAgent(emailAgent);// 设置消息处理dataAgent.onMessage('task_assignment', async (message) => {console.log(`${dataAgent.name} 收到任务: ${message.content.description}`);// 模拟任务执行await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 2000));system.handleTaskCompletion(dataAgent.id, message.content.taskId, '数据分析完成');});reportAgent.onMessage('task_assignment', async (message) => {console.log(`${reportAgent.name} 收到任务: ${message.content.description}`);await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 1500));system.handleTaskCompletion(reportAgent.id, message.content.taskId, '报告生成完成');});emailAgent.onMessage('task_assignment', async (message) => {console.log(`${emailAgent.name} 收到任务: ${message.content.description}`);await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 1000));system.handleTaskCompletion(emailAgent.id, message.content.taskId, '邮件发送完成');});// 启动系统system.start();// 创建任务system.createTask('task-001', '分析销售数据并生成报告', ['data_analysis', 'report_generation']);system.createTask('task-002', '发送通知邮件', ['email_sending']);// 等待任务完成await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 5000));system.stop();
}main().catch(console.error);

课后练习

1. 基础练习：实现一个简单的聊天Agent系统
2. 进阶练习：创建支持任务分解的协作系统
3. 挑战练习：实现动态Agent发现和注册机制

学习资源

• 多Agent系统设计模式
• Agent通信协议标准
• 分布式系统设计

下节课预告

下一课我们将学习大模型集成与API设计，了解如何将大模型能力集成到Agent系统中。

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学习时间建议：3-4小时
难度等级：⭐⭐⭐☆☆
实践重点：Agent框架设计和多Agent协作