Agent-as-a-Graph：知识图谱助力大模型多智能体系统性能提升15%！

原创于 2025-12-16 11:09:52 发布 · 558 阅读

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简介

Agent-as-a-Graph是一种创新的知识图谱检索方法，通过将工具和代理表示为知识图谱中的节点和边，解决了大语言模型多智能体系统中代理选择不精准的问题。该方法采用三步检索流程（向量搜索、加权重排序、图遍历），在LiveMCP基准测试中实现了14.9%的Recall@5和14.6%的nDCG@5性能提升，结合了代理级别和工具级别检索的优势，为多智能体系统提供了更精准的代理选择方案。

文章摘要

本文提出了一种创新的知识图谱检索方法Agent-as-a-Graph，通过将工具和代理表示为知识图谱中的节点和边，解决了大语言模型多智能体系统中代理选择不精准的问题。该方法在LiveMCP基准测试中实现了14.9%和14.6%的性能提升。

原文pdf：https://t.zsxq.com/izQiK

一、研究背景：多智能体系统面临的挑战

随着大语言模型（LLM）技术的快速发展，多智能体系统已经能够实现大规模的编排和检索，这些系统由数百甚至数千个专业化的子代理组成，每个子代理都配备了大量的模型上下文协议（MCP）服务器和工具。这些智能体可以执行复杂的任务，如与数据API交互、协同代码开发以及执行特定领域的问答任务。

然而，随着可访问的代理包和工具服务器数量达到数百甚至数千个规模，为特定查询识别正确的代理及其内部的具体工具变得越来越具有挑战性。现有的基于检索器的工具和代理选择系统存在显著的局限性：它们通常只针对单一的代理描述进行查询匹配，这种方式掩盖了每个代理的细粒度工具能力，导致代理选择效果不佳。

1.1 现有方法的两大困境

当前的策略主要分为两类，各有其明显的缺陷：

第一类：仅代理检索（Agent-only Retrieval）
这类方法将查询与简短的代理描述进行匹配，然后仅在该代理内部操作。当代理描述与查询不一致时，可能会隐藏代理的相关MCP服务器和工具，导致检索失败。

第二类：仅工具检索（Tool-only Retrieval）
这类方法将每个工具独立对待，忽略了周围工具包在多步骤任务中的互补优势。这种方式虽然能够精确定位单个工具，但无法利用代理级别的上下文信息。

最新的研究基准已经突出了多步骤工具选择中的这些挑战，并在不同的工具存储库中评估代理性能。此外，先前的最先进方法尝试在同一向量空间中连接代理描述和工具描述，但这种连接字段在检索增强生成中存在多跳查询限制。

二、Agent-as-a-Graph：创新的知识图谱检索方法

为了解决上述局限性，研究团队提出了Agent-as-a-Graph——一种基于知识图谱的检索增强生成方法，将工具及其父代理表示为知识图谱中的节点和边。

2.1 核心创新点

1. 统一的知识图谱表示
Agent-as-a-Graph在统一的向量空间中嵌入工具和代理，同时将它们表示为知识图谱中的节点，通过元数据边显式地将每个工具链接到其父代理。这种知识图谱结构在保持细粒度工具能力的同时，通过图遍历维护了代理级别的上下文。

2. 三步检索流程
检索过程包括三个主要步骤：

步骤一：通过向量搜索首先检索相关的代理和工具节点
步骤二：应用类型特定的加权倒数排名融合（wRRF）对工具和代理进行重排序
步骤三：在知识图谱中遍历父代理，获得最终的代理集合

3. 加权倒数排名融合（Weighted Reciprocal Rank Fusion）
研究团队提出了一种针对初始检索的代理和工具的类型特定加权机制，这种方法比非重排序方法提高了2.41%的性能。

2.2 知识图谱构建与索引

系统将模型上下文协议（MCP）服务器及其对应的代理集合建模为双向知识图谱G = (A, T, E)，其中：

A代表代理节点集合
T代表工具节点集合
E代表所有权关系边

2.2.1 目录结构

统一的代理-工具知识图谱包含两种节点类型：

工具节点（CT）
包含工具名称和描述，直接在知识图谱中索引用于检索。每个工具节点包含元数据边，显式地将其链接到父MCP服务器或代理节点。这种边结构使得在查询解析期间能够从检索到的工具遍历到相应的可执行代理。

代理节点（CA）
包含代理名称和描述，表示更高级别的能力，并作为知识图谱结构中的父节点。代理节点聚合了其关联工具的能力，当不需要工具级别的特定性时，提供粗粒度的检索目标。

2.3 检索算法详解

检索过程修改了标准的top-K排名程序，使其能够在知识图谱结构和相关目录上运行。目标是为给定的查询或子查询识别最相关的top-K个代理。

算法流程：

首先从知识图谱目录C中检索top N（N >> K）个节点，按照与查询的语义相似度排序
通过沿着所有权边进行图遍历聚合相应的父代理
选择top-K个唯一的代理

三、实验评估与性能分析

3.1 评估基准：LiveMCPBenchmark

研究团队在LiveMCPBenchmark上对Agent-as-a-Graph进行了全面评估，该基准测试涵盖了八种嵌入模型的性能表现。

3.2 核心性能指标

实验结果显示了显著的性能提升：

与先进方法的对比：

Recall@5提升14.9%

：相比于之前的最先进检索器
nDCG@5提升14.6%

：展现了更优的排序质量
wRRF优化提升2.41%

：证明了加权策略的有效性

绝对性能指标：

Recall@5达到0.85
nDCG@5达到0.48（使用最优的类型特定加权）

3.3 检索来源分析

对检索结果的深入分析揭示了知识图谱结构的价值：

39.13%的检索项来自代理节点

：表明代理级别描述的重要性
34.44%通过图边从工具节点追溯

：证明了工具级别检索的必要性

这一发现确认了两种节点类型都对路由性能有实质性贡献，验证了Agent-as-a-Graph统一建模方法的合理性。

四、相关工作与技术演进

4.1 代理路由和工具选择的发展

工具选择和代理路由的核心问题是从大型存储库中识别最相关的工具或代理，以回答用户查询。

早期方法：
早期基于检索器的方法依赖于词汇匹配技术，如TF-IDF和BM25，将查询与工具描述对齐。这些方法虽然简单有效，但在语义理解方面存在局限。

现代方法：
最近的工作构建了工具知识库和密集检索器，为给定查询对单个工具进行排序，通常在大规模场景下展现出强大的单遍性能。除了静态匹配，查询和调用重写方法通过缓解用户意图与工具规范之间的不匹配来改善结果，而渐进式和迭代式选择则通过分解复杂任务来提高召回率。

分层和自反思代理：
这类代理能够决定是否使用工具以及使用哪些工具，但它们通常在每个决策步骤中要么采用代理优先，要么采用仅工具的粒度，无法同时利用两者的优势。

4.2 知识图谱在检索中的应用

传统的检索增强生成（RAG）方法在处理多跳查询时存在局限性。知识图谱结构能够通过显式建模实体间关系来克服这一问题，使系统能够进行更复杂的推理和遍历。

五、技术优势与应用价值

5.1 对专业机构的价值

1. 企业应用场景

提升智能客服系统效率

：通过精准的代理选择，减少响应时间
优化内部知识管理

：更好地组织和检索企业知识库中的工具和资源
增强决策支持系统

：为复杂业务场景提供更准确的工具推荐

2. 科研院所应用

加速科研工作流

：快速定位适合特定研究任务的工具和模型
促进跨学科协作

：通过统一的知识图谱连接不同领域的工具和方法
支持大规模实验管理

：高效管理和调度数千个实验工具

3. 投资决策参考

技术趋势判断

：知识图谱+LLM的结合代表了重要的技术发展方向
市场潜力评估

：多智能体系统在企业级应用中具有广阔前景
竞争优势分析

：14.9%的性能提升具有显著的商业价值

5.2 技术创新的深远影响

Agent-as-a-Graph为日益复杂的代理生态系统中基于知识图谱的检索奠定了基础，并激发了未来研究方向：

查询自适应类型权重

：根据不同查询类型动态调整代理和工具的权重
结构感知图先验

：利用图结构的先验知识进一步优化多智能体编排
可扩展性增强

：支持更大规模的代理和工具生态系统

六、未来展望

随着多智能体系统扩展到数百个专业代理协调数千个工具和MCP服务器，将查询路由到正确的代理仍然是一个基本挑战。Agent-as-a-Graph提供了一个创新的解决方案，通过知识图谱结构实现了工具和代理的统一表示和检索。

6.1 研究方向

未来的研究可以在以下方向进行拓展：

动态图结构更新

：支持代理和工具的动态添加和删除
多模态知识图谱

：整合文本、代码、图像等多种模态信息
联邦学习应用

：在保护隐私的前提下实现跨组织的代理协作
实时性能优化

：进一步降低大规模系统的检索延迟

6.2 产业应用前景

该技术在以下领域具有广阔的应用前景：

智能制造

：工业互联网中的设备和服务协调
金融科技

：复杂金融产品的智能推荐和风险评估
医疗健康

：临床决策支持系统中的知识检索
智慧城市

：城市管理中的多系统协同优化

七、结论

Agent-as-a-Graph代表了多智能体系统检索技术的重要进展。通过将工具和代理表示为知识图谱中的共同节点，并通过显式的元数据边链接，该方法实现了统一的检索框架。实验结果表明，在八种嵌入模型上，Agent-as-a-Graph始终优于经典和当代基准方法。

对于专业机构而言，这项技术不仅提供了理论创新，更重要的是展示了可落地的性能提升。14.9%的Recall@5改进和14.6%的nDCG@5提升，意味着在实际应用中能够显著减少错误的代理选择，提高系统的整体效率和用户满意度。

随着人工智能技术的不断发展，多智能体系统将在更多领域发挥关键作用。Agent-as-a-Graph为这一领域的发展提供了坚实的技术基础，值得企业、科研机构和投资者的持续关注。

最后

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