06_Agent和工具 - 让AI自主决策和调用工具

本课程介绍LangChain的Agent机制，让AI从”被动执行”升级为”自主决策”。你将学会创建工具、构建Agent、理解ReAct循环的工作原理。课程详细讲解工具的三种创建方式、Agent的类型选择、调试技巧，并通过实战案例展示如何让AI自主选择和组合工具完成复杂任务。

🎯 学习目标

• 理解Agent的概念和价值
• 掌握工具(Tool)的创建和使用
• 学会构建Agent应用
• 理解Agent的决策过程

📖 核心概念

Agent是什么？

Chain vs Agent

Chain（链）= 固定流程

步骤1 → 步骤2 → 步骤3 → 完成

特点：
- 流程固定
- 按顺序执行
- 你决定步骤

Agent（代理）= 自主决策

         ┌→ 用工具A ┐
输入 → AI思考 ┼→ 用工具B ┼→ AI判断 → 完成
         └→ 用工具C ┘         ↓
                            继续思考

特点：
- AI自己决定用什么工具
- AI自己决定步骤顺序
- AI自己判断是否完成

生活类比：员工 vs 助手

Chain = 员工

• 给他详细的操作手册
• 严格按手册执行
• 不会变通

Agent = 助手

• 给他工具箱和目标
• 自己决定怎么做
• 会灵活处理

工具(Tool)是什么？

工具就是给AI的”技能”：

# 没有工具：AI只能"说话"
AI: "今天北京天气怎么样？"
回复: "我不知道，我无法查询实时信息"

# 有工具：AI可以"行动"
AI: "今天北京天气怎么样？"
    ↓
AI思考: "我需要使用天气查询工具"
    ↓
调用工具: get_weather("北京")
    ↓
获得结果: "晴天，25度"
    ↓
回复: "北京今天晴天，温度25度"

Agent的工作流程

1. 接收任务
   ↓
2. 思考：需要做什么？
   ↓
3. 决策：用什么工具？
   ↓
4. 执行：调用工具
   ↓
5. 观察：工具返回什么？
   ↓
6. 判断：任务完成了吗？
   ├─ 是 → 返回结果
   └─ 否 → 回到步骤2

这个过程叫做：ReAct循环

• Reasoning（推理）：思考
• Action（行动）：执行
• 循环进行

💻 Agent类型

1. OpenAI Functions Agent

# 最推荐：适合OpenAI兼容模型
from langchain.agents import create_openai_functions_agent

agent = create_openai_functions_agent(
    llm=llm,
    tools=tools,
    prompt=prompt
)

特点：

• 使用函数调用功能
• 最可靠
• 国内模型大多支持

2. React Agent

# 经典：适合所有模型
from langchain.agents import create_react_agent

agent = create_react_agent(
    llm=llm,
    tools=tools,
    prompt=prompt
)

特点：

• 使用提示词引导
• 兼容性好
• 思考过程清晰

3. Structured Chat Agent

# 适合需要结构化输入的工具
from langchain.agents import create_structured_chat_agent

agent = create_structured_chat_agent(
    llm=llm,
    tools=tools,
    prompt=prompt
)

💻 工具创建方式

方式1：使用@tool装饰器（最简单）

from langchain.tools import tool

@tool
def get_weather(city: str) -> str:
    """
    获取城市的天气信息
    
    Args:
        city: 城市名称，如"北京"
    
    Returns:
        天气描述
    """
    # 实际应该调用天气API
    return f"{city}今天晴天，25度"

# LangChain自动：
# - 读取函数名作为工具名
# - 读取docstring作为工具描述
# - 读取参数注解作为参数说明

方式2：继承BaseTool（灵活）

from langchain.tools import BaseTool
from pydantic import Field

class CalculatorTool(BaseTool):
    name: str = "calculator"
    description: str = "计算数学表达式，如：3+5*2"
    
    def _run(self, expression: str) -> str:
        """执行工具"""
        try:
            result = eval(expression)
            return str(result)
        except Exception as e:
            return f"计算错误：{e}"

方式3：使用StructuredTool（复杂参数）

from langchain.tools import StructuredTool
from pydantic import BaseModel

class SearchInput(BaseModel):
    query: str = Field(description="搜索关键词")
    max_results: int = Field(default=5, description="最多返回几条结果")

def search_func(query: str, max_results: int) -> str:
    """搜索函数"""
    return f"搜索'{query}'的前{max_results}条结果"

search_tool = StructuredTool.from_function(
    func=search_func,
    name="search",
    description="搜索信息",
    args_schema=SearchInput
)

🎨 实用工具示例

工具1：数据库查询

@tool
def query_database(sql: str) -> str:
    """
    执行SQL查询
    
    Args:
        sql: SQL查询语句
    
    Returns:
        查询结果
    """
    # 实际实现
    import sqlite3
    conn = sqlite3.connect("database.db")
    cursor = conn.cursor()
    cursor.execute(sql)
    results = cursor.fetchall()
    return str(results)

工具2：文件操作

@tool
def read_file(filepath: str) -> str:
    """
    读取文件内容
    
    Args:
        filepath: 文件路径
    
    Returns:
        文件内容
    """
    try:
        with open(filepath, 'r', encoding='utf-8') as f:
            return f.read()
    except Exception as e:
        return f"读取失败：{e}"

工具3：API调用

@tool
def call_api(endpoint: str) -> str:
    """
    调用REST API
    
    Args:
        endpoint: API端点
    
    Returns:
        API响应
    """
    import requests
    response = requests.get(endpoint)
    return response.text

📊 Agent最佳实践

1. 工具描述要清晰

# ❌ 不好的描述
@tool
def tool1(x: str) -> str:
    """做一些事情"""
    pass

# ✅ 好的描述
@tool
def search_order(order_id: str) -> str:
    """
    根据订单号查询订单信息
    
    参数：
        order_id: 订单号，格式如 "ORD123456"
    
    返回：
        订单的详细信息，包括状态、金额、物流等
    
    使用场景：
        - 用户询问订单状态
        - 用户想查看订单详情
    """
    pass

2. 限制Agent步数

from langchain.agents import AgentExecutor

agent_executor = AgentExecutor(
    agent=agent,
    tools=tools,
    max_iterations=10,  # 最多10步
    max_execution_time=60,  # 最多60秒
    verbose=True
)

3. 处理工具错误

@tool
def safe_tool(param: str) -> str:
    """安全的工具"""
    try:
        # 执行操作
        result = do_something(param)
        return f"成功：{result}"
    except ValueError as e:
        return f"参数错误：{e}，请检查输入"
    except Exception as e:
        return f"执行失败：{e}，请稍后重试"

4. 添加权限控制

ALLOWED_OPERATIONS = ["read", "search"]

@tool
def controlled_tool(operation: str) -> str:
    """受控的工具"""
    if operation not in ALLOWED_OPERATIONS:
        return f"权限不足，只允许：{ALLOWED_OPERATIONS}"
    
    # 执行操作
    return do_operation(operation)

🔍 常见问题

Q1: Agent为什么不调用我的工具？

可能原因：

1. 工具描述不清楚

# AI不知道什么时候该用这个工具
@tool
def tool1(x: str) -> str:
    """工具"""  # ❌ 太简略
    pass

2. 工具名字不直观

@tool
def t1(x: str) -> str:  # ❌ 工具名太短
    """..."""
    pass

# 改为：
@tool
def search_weather(city: str) -> str:  # ✅ 一看就懂
    """..."""
    pass

3. 提示词没有引导

# 在prompt中明确说明有哪些工具
prompt = """
你有以下工具可用：
- search_weather: 查询天气
- search_news: 搜索新闻

当用户问天气时，使用search_weather工具。
"""

Q2: Agent循环不停怎么办？

# 1. 设置最大步数
agent_executor = AgentExecutor(
    agent=agent,
    tools=tools,
    max_iterations=5  # 最多5步就停止
)

# 2. 设置超时
agent_executor = AgentExecutor(
    agent=agent,
    tools=tools,
    max_execution_time=30  # 30秒超时
)

# 3. 使用early_stopping_method
agent_executor = AgentExecutor(
    agent=agent,
    tools=tools,
    early_stopping_method="generate"  # 达到最大步数时生成回答
)

Q3: 如何调试Agent？

# 1. 开启verbose模式
agent_executor = AgentExecutor(
    agent=agent,
    tools=tools,
    verbose=True  # 打印详细过程
)

# 2. 使用callbacks
from langchain.callbacks import StdOutCallbackHandler

agent_executor.invoke(
    input,
    config={"callbacks": [StdOutCallbackHandler()]}
)

# 3. 查看中间步骤
result = agent_executor.invoke(input, return_intermediate_steps=True)
print(result["intermediate_steps"])

📝 练习任务

练习1：计算器Agent

创建一个数学计算Agent：

• 工具：加法、减法、乘法、除法
• 能够分步骤计算复杂表达式
• 示例：”计算(3+5)*2-10”

练习2：文件管理Agent

创建文件操作Agent：

• 工具：读文件、写文件、列目录、搜索文件
• 能够根据用户指令操作文件
• 示例：”找出所有Python文件并统计行数”

练习3：智能客服Agent

创建客服Agent：

• 工具：查订单、查物流、退货、换货
• 能够处理用户的各种问题
• 多步骤解决复杂问题

🎯 检查清单

完成本课后，你应该能够：

• 理解Agent和Chain的区别
• 创建自定义工具
• 构建Agent应用
• 理解Agent的决策过程
• 调试Agent问题
• 控制Agent行为

💡 核心要点

1. Agent让AI更智能
   • 自主决策
   • 灵活使用工具
   • 处理复杂任务
2. 工具是Agent的能力
   • 描述要清晰
   • 错误处理要完善
   • 权限要控制
3. 调试很重要
   • 开启verbose查看过程
   • 设置限制避免失控
   • 优化提示词引导

本节代码示例

01_simple_tools.py

"""
简单工具创建和使用
演示：如何给AI添加"技能"
"""

from langchain.tools import tool
from langchain.agents import create_react_agent, AgentExecutor
from langchain_openai import ChatOpenAI
from langchain.prompts import PromptTemplate
from dotenv import load_dotenv
import os
from datetime import datetime

load_dotenv()


# 定义工具
@tool
def get_current_time() -> str:
    """
    获取当前时间

    Returns:
        当前时间的字符串表示
    """
    return datetime.now().strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")


@tool
def calculator(expression: str) -> str:
    """
    计算数学表达式

    Args:
        expression: 数学表达式，如 "3+5*2"

    Returns:
        计算结果
    """
    try:
        result = eval(expression)
        return f"{expression} = {result}"
    except Exception as e:
        return f"计算错误：{e}"


@tool
def search_info(query: str) -> str:
    """
    搜索信息（模拟）

    Args:
        query: 搜索关键词

    Returns:
        搜索结果
    """
    # 模拟搜索结果
    mock_data = {
        "python": "Python是一种高级编程语言，由Guido van Rossum创建于1991年",
        "langchain": "LangChain是一个用于开发由语言模型驱动的应用程序的框架",
        "ai": "人工智能(AI)是计算机科学的一个分支，致力于创建智能机器"
    }

    for key, value in mock_data.items():
        if key in query.lower():
            return value

    return f"未找到关于'{query}'的信息"


def example1_test_tools() -> None:
    """示例1：测试工具"""
    print("=== 示例1：测试工具 ===\n")

    # 直接调用工具
    print("⏰ 调用时间工具：")
    time_result = get_current_time.invoke({})
    print(f"  结果：{time_result}\n")

    print("🧮 调用计算器工具：")
    calc_result = calculator.invoke({"expression": "10 + 5 * 2"})
    print(f"  结果：{calc_result}\n")

    print("🔍 调用搜索工具：")
    search_result = search_info.invoke({"query": "Python"})
    print(f"  结果：{search_result}\n")


def example2_agent_with_tools() -> None:
    """示例2：让Agent使用工具"""
    print("=== 示例2：Agent使用工具 ===\n")

    # 创建LLM
    llm = ChatOpenAI(
        base_url=os.getenv("ALIBABA_BASE_URL"),
        api_key=os.getenv("ALIBABA_API_KEY"),
        model="qwen-plus",
        temperature=0,
    )

    # 准备工具列表
    tools = [get_current_time, calculator, search_info]

    # 创建Agent提示词
    prompt = PromptTemplate.from_template("""
回答以下问题。你有以下工具可用：

{tools}

工具描述：
{tool_names}

使用这个格式：

Question: 需要回答的问题
Thought: 思考需要做什么
Action: 要使用的工具，必须是 [{tool_names}] 中的一个
Action Input: 工具的输入
Observation: 工具的返回结果
... (可以重复 Thought/Action/Action Input/Observation 多次)
Thought: 我现在知道最终答案了
Final Answer: 最终答案

开始！

Question: {input}
Thought: {agent_scratchpad}
""")

    # 创建Agent
    agent = create_react_agent(
        llm=llm,
        tools=tools,
        prompt=prompt
    )

    # 创建Agent执行器
    agent_executor = AgentExecutor(
        agent=agent,
        tools=tools,
        verbose=True,  # 显示思考过程
        max_iterations=5,
        handle_parsing_errors=True
    )

    # 测试不同问题
    test_cases = [
        "现在几点了？",
        "计算 15 * 3 + 7",
        "告诉我关于LangChain的信息"
    ]

    for question in test_cases:
        print(f"\n{'='*60}")
        print(f"❓ 问题：{question}")
        print('='*60)

        try:
            result = agent_executor.invoke({"input": question})
            print(f"\n✅ 最终答案：{result['output']}\n")
        except Exception as e:
            print(f"\n❌ 错误：{e}\n")


def example3_complex_task() -> None:
    """示例3：复杂任务"""
    print("\n=== 示例3：需要多个工具的复杂任务 ===\n")

    llm = ChatOpenAI(
        base_url=os.getenv("ALIBABA_BASE_URL"),
        api_key=os.getenv("ALIBABA_API_KEY"),
        model="qwen-plus",
        temperature=0,
    )

    tools = [get_current_time, calculator, search_info]

    prompt = PromptTemplate.from_template("""
回答以下问题。你有以下工具：

{tools}

工具名称：{tool_names}

格式：
Question: 问题
Thought: 思考
Action: 工具名
Action Input: 输入
Observation: 结果
... (重复)
Thought: 知道答案了
Final Answer: 答案

Question: {input}
{agent_scratchpad}
""")

    agent = create_react_agent(llm=llm, tools=tools, prompt=prompt)
    agent_executor = AgentExecutor(
        agent=agent,
        tools=tools,
        verbose=True,
        max_iterations=10
    )

    # 需要组合使用多个工具的问题
    question = "先告诉我现在的时间，然后搜索Python的信息，最后计算2的10次方"

    print(f"❓ 复杂问题：{question}\n")
    print("="*60 + "\n")

    try:
        result = agent_executor.invoke({"input": question})
        print(f"\n✅ 最终答案：\n{result['output']}\n")
    except Exception as e:
        print(f"\n❌ 错误：{e}\n")


def main() -> None:
    """主函数"""
    example1_test_tools()
    print("\n" + "="*70 + "\n")

    example2_agent_with_tools()
    print("\n" + "="*70 + "\n")

    example3_complex_task()


if __name__ == "__main__":
    main()

📚 下一步

现在你已经学会了Agent和工具，接下来学习如何让AI访问知识库：

---

继续学习： 第7课：RAG应用 →