无框架从零实现 Agent

我们讲一下从零开始如何实现一个 Agent。 让大家知道事情最原始最核心的样子是什么样。

说起 Agent 框架,大家可能觉得很复杂吧,其实核心逻辑很简单,简单的让你觉得不是 Agent。 今天先和大家一起从零实现 AI 代理,只用到 Python 和 OpenAI。

ReAct

我们用 ReAct 来实现 AI 代理。 ReAct 是「Reason - Act」 的意思。

简单的描述一下流程就是:

  • • 用户给出问题

  • • AI 分析原因

  • • 调用工具行动

  • • 观察行动结果

    • • 如果满足问题,那么就结束了
    • • 如果不满足,重复第二步,最后直到问题的解决。

图片

ReAct我们之前讲《提示工程》和《LangChain入门》的时候都提到过,注明的的开源框架 LangChain 可以说就是整个在 ReAct 实现的。 ReAct 方法加上提示语,在加上一个个的工具,慢慢构成了 LangChain 庞大的生态。

实现

引入 OpenAI 和一些基础类库:

import openai
import re
import httpx
import os
from dotenv import load_dotenv

_ = load_dotenv()
from openai import OpenAI

创建 OpenAI 客户端,

client = OpenAI()

简答测试一下问答能力,

chat_completion = client.chat.completions.create(
    model="gpt-3.5-turbo",
    messages=[{"role": "user", "content": "Hello world"}]
)
chat_completion.choices[0].message.content

可能会输出:

'你好,您需要什么帮助?'

Agent 类

下面实现一个 Python Agent 代理类,我们后面的代理都基于这个类实现。 __call__ 表示对象本身的调用。

class Agent:
    def __init__(self, system=""):
        self.system = system
        self.messages = []
        if self.system:
            self.messages.append({"role": "system", "content": system})

    def __call__(self, message):
        self.messages.append({"role": "user", "content": message})
        result = self.execute()
        self.messages.append({"role": "assistant", "content": result})
        return result

    def execute(self):
        completion = client.chat.completions.create(
                        model="gpt-4o", 
                        temperature=0,
                        messages=self.messages)
        return completion.choices[0].message.content

我们使用 gpt-40 模型,并定义了一个 execute 方法,来调用大模型。

编写提示语,这个提示语完成了 ReAct 指令,我们如果要自行实现 Agent,都可以以这个提示语为模块进行修改和扩展:

prompt = """
你在一个思考、行动、暂停、观察的循环中运行。
在循环结束时,你输出一个答案
使用思考来描述你对所问问题的想法。
使用行动来运行其中一个可用的操作 - 然后返回暂停。
观察将是运行这些操作的结果。

你可用的操作是:

计算:
例如计算:4 * 7 / 3
运行计算并返回数字 - 使用 Python,因此请确保在必要时使用浮点语法

平均狗体重:
例如平均狗体重:牧羊犬
在给定品种的情况下返回狗的平均体重

示例会话:

问题:斗牛犬的体重是多少?
想法:我应该使用 average_dog_weight 来查看狗的体重
动作:average_dog_weight:斗牛犬
暂停

您将再次收到以下信息:

观察:斗牛犬重 51 磅

然后您输出:

答案:斗牛犬重 51 磅
""".strip()

定义 Action

思考和推理有了,记下来我们定一下动作。Agent 有了行动的能力,无论是执行函数还是调用工具, Agent 才完整。

定义两个动作进行运算或者计算平均体重:

  • • calculate
  • • average_dog_weight

把所有的动作到放到 known_actions 里面,这样我们就可以根据动作名称执行相应的动作了。

def calculate(what):
    return eval(what)

def average_dog_weight(name):
    if name in "Scottish Terrier": 
        return("Scottish Terriers average 20 lbs")
    elif name in "Border Collie":
        return("a Border Collies average weight is 37 lbs")
    elif name in "玩具贵宾犬":
        return("玩具贵宾犬的平均体重为 7 磅")
    else:
        return("An average dog weights 50 lbs")

known_actions = {
    "calculate": calculate,
    "average_dog_weight": average_dog_weight
}

Agent 实例

提问玩具贵宾犬的重量

abot = Agent(prompt)
result = abot("玩具贵宾犬有多重?")
print(result)

根据我们的提示语,可以看到

想法:我应该使用平均狗体重动作来查找玩具贵宾犬的平均体重。
动作:average_dog_weight:玩具贵宾犬
暂停

可以看到,Agent 返回了动作 average_dog_weight,我们手动调用一下这个方法:

result = average_dog_weight("玩具贵宾犬")

得到输出:

玩具贵宾犬的平均体重为 7 磅

我们把观察到的结果发送给 Agent:

next_prompt = "Observation: {}".format(result)
abot(next_prompt)

查看最终结果 abot.messages[-1]

{'role': 'assistant',
  'content': 'Answer: 玩具贵宾犬的平均体重为 7 磅'}

到这里,我们就重现了一次 ReAct 的整个过程,但是每种不足的是,调用现实世界函数是我们手动调用的。

也就是每次观察 LLM 输出,再反馈给 Agent 都要手动参与,也就是 average_dog_weight 这一步。

自动调用

如果把 Agent 支持的函数都改成自动调用,那么 Agent 不就可以自己做事情了么。

我们编写一个循环,用正则解析LLM回答,最大尝试次数为 5 ,自动进行上面的步骤。

action_re = re.compile('^Action: (\w+): (.*)$')   # python regular expression to selection action
def query(question, max_turns=5):
    i = 0
    bot = Agent(prompt)
    next_prompt = question
    while i < max_turns:
        i += 1
        result = bot(next_prompt)
        print(result)
        actions = [
            action_re.match(a) 
            for a in result.split('\n') 
            if action_re.match(a)
        ]
        if actions:
            # There is an action to run
            action, action_input = actions[0].groups()
            if action not in known_actions:
                raise Exception("Unknown action: {}: {}".format(action, action_input))
            print(" -- running {} {}".format(action, action_input))
            observation = known_actions[action](action_input)
            print("Observation:", observation)
            next_prompt = "Observation: {}".format(observation)
        else:
            return

再一次进行提问:

question = """我有两只狗,一只边境牧羊犬和一只苏格兰梗犬。
它们的总体重是多少"""
query(question)

可以看到大致如下的输出:

想法:我需要找到边境牧羊犬和苏格兰梗的平均体重,然后将它们加在一起得到总体重。
动作:average_dog_weight:边境牧羊犬
暂停
-- 运行 average_dog_weight 边境牧羊犬
观察:边境牧羊犬的平均体重为 37 磅
想法:现在我需要找到苏格兰梗的平均体重。
动作:average_dog_weight:苏格兰梗
暂停
-- 运行 average_dog_weight 苏格兰梗
观察:苏格兰梗平均体重 20 磅
想法:我现在知道了两只狗的平均体重。我将把它们加在一起得到总体重。
动作:计算:37 + 20
暂停
-- 运行计算 37 + 20
观察:57
答案:边境牧羊犬和苏格兰梗的总体重为 57 磅。

这个过程是不是很熟悉,和 LangChain 的调用过程基本一致。

总结

前面演示的例子是不是看起来挺玩具的。

其实原理都没有太多变化,基于这个应用你就可以扩展出来很多实用或者有趣的东西。

  • • 比如你想查询天气,可以写一个 get_weature 的 行为,
  • • 如果你每天的工作日志都存下来并且可查,就可以实现一个自动编写发送周报的行为,
  • • 对接地图API,查询交通情况,
  • • 物联网对接,控制家里的电器开关。

换句话说,用程序能做的事情大致都可以用自然语言和大模型在外面包装一层,形成 Agent 的能力。

当然,这还只是开始。


如何学习大模型

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因此,学习AI大模型是一项有前景且值得投入的时间和精力的重要选择。

<think>嗯,用户想了解SkyWalkingAgent实现原理,特别是它如何与Java字节码插桩技术相关。首先,我需要回忆一下之前讨论过的字节码插桩技术,比如Javassist和ASM的区别,以及如何在Android项目中应用。用户现在提到的SkyWalking,是一个APM系统,它通过JavaAgent机制进行监控,所以需要结合Java Agent和字节码插桩来解释。用户提供的引用中提到了SkyWalking使用字节码增强,通过premain方法加载插件,拦截目标类的方法。引用[3]详细描述了SkyWalking Agent的加载过程,包括如何通过InstrumentationAPI修改类的字节码。这应该和Java的Instrumentation机制有关,也就是javaagent如何在JVM启动时加载并修改类。接下来,需要将SkyWalking Agent的工作流程分步骤解释。首先,用户需要了解Java Agent的机制,即通过-javaagent参数指定agentjar,在应用启动前执行premain方法。然后,SkyWalking利用Instrumentation API注册类转换器,在类加载时进行字节码修改。这里可能涉及到ASM或Javassist这样的字节码操作库,但根据引用中的信息,SkyWalking可能使用自己的方式或基于这些库。然后,需要说明插桩的具体过程,比如如何定位目标方法,插入监控代码,例如记录方法耗时,并通过gRPC发送数据到OAP。这部分需要结合字节码插桩的步骤,比如访问方法入口和出口,插入前后逻辑。还要注意用户提到的引用中的内容,比如插件加载、配置文件的解析,以及如何避免与混淆工具冲突。不过用户现在的问题集中在实现原理,可能需要先聚焦在Agent启动、字节码修改和数据上报流程。另外,用户之前的问题涉及Javassist和ASM的区别,这里可能需要提到SkyWalking使用的是哪种工具。根据引用中的描述,可能更偏向于ASM,因为需要高性能和细粒度控制,但需要确认。 最后,生成相关问题时要考虑用户可能进一步想了解如何自定义插件、性能影响,或者与其他监控工具的区别。需要确保回答结构清晰,分点说明,并正确引用提供的资料中的信息。</think>### SkyWalking Agent实现原理(基于Java字节码插桩) #### 一、核心机制 SkyWalking Agent通过**Java Agent机制**实现字节码插桩,其核心流程可分为三个阶段: 1. **Agent加载** JVM启动时通过`-javaagent`参数加载Agent,触发`premain`方法[^2][^3]。 ```bash java -javaagent:/path/skywalking-agent.jar -jar app.jar ``` 2. **字节码增强** - 使用`Instrumentation` API注册`ClassFileTransformer`,拦截类加载过程[^3]。 - 通过**ASM**库解析目标类的字节码,在方法入口/出口插入监控逻辑(如记录耗时)[^1][^3]。 - 示例:拦截Spring MVC Controller方法 ```java public class ControllerInterceptor { @Override public void beforeMethod() { ContextManager.createLocalSpan("HTTP_URI"); //创建跟踪上下文[^1] } @Override public void afterMethod() { ContextManager.stopSpan(); //结束跟踪并上报数据 } } ``` 3. **数据上报** 增强后的代码通过gRPC将监控数据(Trace、Metrics)发送至SkyWalking OAP服务[^3]。 #### 二、关键技术点 | 技术组件 | 作用 | |-------------------|----------------------------------------------------------------------| | Java Agent | 提供JVM级入口,支持类加载拦截[^2] | | ASM字节码操作库 | 高效修改字节码,插入埋点逻辑[^1] | | 插件体系 | 按需加载插件(如MySQL、Redis插件),避免不必要的性能损耗[^1][^3] | | 上下文传播 | 通过ThreadLocal或跨线程包装实现分布式链路跟踪[^1] | #### 三、实现步骤详解 1. **插件定义** 每个插件包含: - `skywalking-plugin.def`:声明拦截的目标类和方法[^3] ```properties tomcat=org.apache.skywalking.apm.plugin.tomcat.TomcatInstrumentation ``` - 拦截器实现类:定义增强逻辑(如记录SQL执行耗时)[^1] 2. **类加载拦截** ```java public class SkyWalkingAgent { public static void premain(String args, Instrumentation inst) { inst.addTransformer((loader, className, classBeingRedefined, protectionDomain, classfileBuffer) -> { // 使用ASM修改classfileBuffer return newByteCode; }); } } ``` 3. **代码增强示例** 原始方法: ```java public void executeQuery(String sql) { connection.query(sql); } ``` 增强后字节码: ```java public void executeQuery(String sql) { Span span = ContextManager.createLocalSpan("SQL"); try { connection.query(sql); } finally { span.tag("sql", sql); span.finish(); } } ``` #### 四、性能优化策略 1. **懒加载机制**:仅在实际调用被监控方法时初始化跟踪上下文[^1] 2. **采样率控制**:通过配置过滤低价值监控数据 3. **本地缓存**:Trace数据先缓存再批量上报,减少网络开销[^3] #### 五、与其他技术的对比 | 对比维度 | SkyWalking Agent | 传统AOP框架 | |----------------|-------------------------|----------------------| | 代码侵入性 | 无侵入 | 需注解或配置切面 | | 监控粒度 | 方法级 | 通常为类级 | | 性能损耗 | <3% | 5%-10% | | 分布式支持 | 内置TraceID传播 | 需手动实现 | ---
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