【MetaGPT系列】【MetaGPT完全实践宝典——多智能体实践】

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前言

用公式来讲，智能体=大语言模型LLM+观察+思考+行动+记忆

一、智能体

1-1、Agent概述

Agent（智能体）： 具有一定自主性和目标导向性，可以在没有持续人类干预的情况下执行任务和作出决策。以下为Agent的一些特性：

（1）自主性和目标导向性

• 自主性：Agent具备自主执行任务的能力，不需要外部指令即可根据设定的目标进行操作。
• 目标导向性：Agent设置并追求特定的目标或任务，这些目标指导其决策过程和行为模式。

（2）复杂的工作流程

• 任务规划与执行：Agent能够规划如何达到其目标，包括任务分解、优先级排序以及实际执行。
• 自我对话和内部决策：在处理问题时，Agent可以进行内部对话，以自我推理和修正其行动路径，而无需外部输入。

（3）学习和适应能力

• 反思和完善：Agent能从自身的经验中学习，评估过去的行为，从错误中吸取教训，并改进未来的策略。
• 环境适应性：在遇到变化的环境或不同的挑战时，Agent能够适应并调整其行为以最大化目标达成。

（4）记忆机制

• 短期记忆：使用上下文信息来做出即时决策。
• 长期记忆：保留关键信息，供未来决策使用，通常通过外部数据库或持久存储实现。（例如使用向量数据库）

（5）工具使用与集成

• API调用和外部数据访问：Agent可以利用外部资源（如API、数据库）来获取信息，填补其知识空白，或执行无法直接通过模型内部处理的任务。
• 技术整合：Agent能整合多种技术和服务，如代码执行能力和专业数据库访问，以丰富其功能和提高效率。

LLM 驱动的自主Agents系统概述如下图所示：（包含工具调用、记忆、计划、执行模块）

1-2、Agent与ChatGPT的区别

Agent与ChatGPT的区别: Agent与ChatGPT在设计、功能和目标上有一些关键区别。虽然它们都是基于人工智能技术，但应用方式和交互性质大不相同。下面是这两者的主要区别：

（1）目标和自主性

• ChatGPT：主要是一个响应型模型，专注于对用户的特定输入生成一次性、相关且连贯的回答。它的主要目的是解答问题、提供信息或进行对话模拟。
• AI Agent：更强调在持续的任务中表现出自主性。它能够设定和追求长期目标，通过复杂的工作流程自主地完成任务，比如从错误中自我修正、连续地追踪任务进展等。

（2） 交互方式

• ChatGPT：用户与ChatGPT的交互通常是线性的和短暂的，即用户提问，ChatGPT回答。它不保留交互的历史记忆，每次交互都是独立的。
• AI Agent：可以维持跨会话的状态和记忆，具有维持长期对话的能力，能够自动执行任务并处理一系列相关活动，例如调用API、追踪和更新状态等。

（3）任务执行和规划能力

• ChatGPT：通常只处理单个请求或任务，依赖用户输入来驱动对话。它不具备自我规划或执行连续任务的能力。
• AI Agent：具备规划能力，可以自行决定执行哪些步骤以完成复杂任务。它可以处理任务序列，自动化决策和执行过程。

（4）技术整合与应用

• ChatGPT：主要是文本生成工具，虽然能够通过插件访问外部信息，但核心依然是文本处理和生成。
• AI Agent：可能整合多种技术和工具，如API调用、数据库访问、代码执行等，这些都是为了实现其目标和改善任务执行的效率。

（5）学习和适应

• ChatGPT：它的训练是在离线进行，通过分析大量数据来改进。
• AI Agent：除了离线学习，更复杂的AI Agent可能具备实时学习能力，能够从新的经验中迅速适应和改进，这通常需要一定的记忆和自我反思机制。

二、多智能体框架MetaGPT

2-1、安装&配置

安装： 必须要python版本在3.9以上 ，这里使用conda，尝鲜安装。

conda create -n metagpt python=3.9 && conda activate metagpt

开发模式下安装： 为开发人员推荐。实现新想法和定制化功能。

git clone https://github.com/geekan/MetaGPT.git
cd ./MetaGPT
pip install -e .

模型配置： 在文件 ~/.metagpt/config2.yaml下，有关于各大厂商模型的配置详细列表参考：LLM API Configuration

llm:api_type: "openai"  # or azure / ollama / groq etc. Check LLMType for more optionsmodel: "gpt-4-turbo"  # or gpt-3.5-turbobase_url: "https://api.openai.com/v1"  # or forward url / other llm urlapi_key: "YOUR_API_KEY"

2-2、使用已有的Agent（ProductManager）

概述： 调用ProductManager Agent，注意，会话上下文是需要独立创建的

import asynciofrom metagpt.context import Context
from metagpt.roles.product_manager import ProductManager
from metagpt.logs import loggerasync def main():msg = "Write a PRD for a snake game"context = Context()  # The session Context object is explicitly created, and the Role object implicitly shares it automatically with its own Action objectrole = ProductManager(context=context)while msg:msg = await role.run(msg)logger.info(str(msg))if __name__ == '__main__':asyncio.run(main())

输出结果：

2-3、多智能体系统介绍

多智能体系统： 即智能体社会，用公式表示为：

MultiAgent = 智能体 + 环境 + 标准化的操作程序（SOP）+ 通信 +经济

各个部分的详细介绍：

• Agent：每个智能体都可能有独特的LLM、观察、思想、行动和记忆，在多智能体系统中，各个智能体协同工作，就像人类社会一样。
• 环境： 环境是各个Agent交互的共同空间，Agent从环境中观察与自身有关的重要信息，并执行相应的操作。
• 标准化操作程序（Standardized operating procedure）： 即设置好的程序，用来管理智能体的行为以及智能体间的交互，确保系统的有序、高效进行。
• 通讯：通讯，即Agent之间的信息交换。
• 经济：指的是多智能体环境中的价值交换系统，决定了资源如何分配和任务的优先级。

简单示例：

具体介绍如下：

• 在该环境下，三个智能体Alice、Bob、Charlie彼此交互。
• 每个智能体都可以把信息或者是行为结果输出到环境中。
• 以Agent——Charlie的内部进程为例（其他Agent类似），基于LLM，即决策🧠，并且拥有观察、思考、行动能力。思想和其进一步的行动主要是由LLM决策的，并且同时拥有使用工具的能力。
• 智能体Charlie通过观察Alice智能体的相关文档以及Bob智能体的代码需求，参考上下文记忆，思考如何编写代码并采取行动，最终行动输出代码文件。
• 智能体Charlie的输出结果刚好是智能体Bob观察的对象，智能体Bob在环境中得到了Charlie的输出结果，并且做出了进一步的响应。

2-4、多智能体案例分析

概述： 虽然单智能体可以解决很多任务，但是复杂的任务还是需要多智能体之间的协作。

2-4-1、构建智能体团队

构建智能体团队的步骤如下：

• 定义每个能执行特定动作的角色
• 标准化操作程序，即SOP的构建，确保每个角色遵守程序。实现过程：让每个角色观察自己的上游输出，根据上游输出做出相应的响应，并且输出内容到下游。
• 初始化所有智能体，创建一个带有环境的队伍，让他们能够互相交互。（主要是根据上游角色发布到环境中的消息来做出响应。）

具体的智能体以及对应的行为定义如下：

• 角色：SimpleCoder， 动作：SimpleWriteCode，接收用户指令并且写出主要代码
• 角色：SimpleTester ， 动作：SimpleWriteTest，从动作/行为SimpleWriteCode的输出中获取主要的代码并且提供测试用例。
• 角色：SimpleReviewer ， 动作：SimpleWriteReview，从动作/行为SimpleWriteTest 的输出中获取测试用例，检查测试用例的覆盖程度以及质量，输出报告。

2-4-2、动作/行为 定义

写代码行为如下：

from metagpt.actions import Actionclass SimpleWriteCode(Action):PROMPT_TEMPLATE: str = """Write a python function that can {instruction}.Return ```python your_code_here ```with NO other texts,your code:"""name: str = "SimpleWriteCode"async def run(self, instruction: str):prompt = self.PROMPT_TEMPLATE.format(instruction=instruction)rsp = await self._aask(prompt)code_text = parse_code(rsp)return code_text

测试用例代码书写行为如下：

class SimpleWriteTest(Action):PROMPT_TEMPLATE: str = """Context: {context}Write {k} unit tests using pytest for the given function, assuming you have imported it.Return ```python your_code_here ```with NO other texts,your code:"""name: str = "SimpleWriteTest"async def run(self, context: str, k: int = 3):prompt = self.PROMPT_TEMPLATE.format(context=context, k=k)rsp = await self._aask(prompt)code_text = parse_code(rsp)return code_text

测试用例评审行为如下：

class SimpleWriteReview(Action):PROMPT_TEMPLATE: str = """Context: {context}Review the test cases and provide one critical comments:"""name: str = "SimpleWriteReview"async def run(self, context: str):prompt = self.PROMPT_TEMPLATE.format(context=context)rsp = await self._aask(prompt)return rsp

2-4-3、角色/智能体 定义

写代码角色定义：

• 使用set_actions函数，为角色装配行为。
• 使用_watch函数，观察上游重要信息（来自于用户或者是其他智能体），这里UserRequirement代表的是用户输入

class SimpleCoder(Role):name: str = "Alice"profile: str = "SimpleCoder"def __init__(self, **kwargs):super().__init__(**kwargs)self._watch([UserRequirement])self.set_actions([SimpleWriteCode])

代码测试角色定义：

• 同样的， 使用set_actions函数，为角色装配行为。
• 同理，使用_watch函数，观察上游重要信息（来自于用户或者是其他智能体），这里主要的观察来源是SimpleWriteCode。
• 这里，重写act函数，使用所有对话内容作为测试行为的上下文，写出更加精准的测试用例。

class SimpleTester(Role):name: str = "Bob"profile: str = "SimpleTester"def __init__(self, **kwargs):super().__init__(**kwargs)self.set_actions([SimpleWriteTest])self._watch([SimpleWriteCode])# 既观察SimpleWriteCode，也观察SimpleWriteReview，这样可以做到一个循环的自我修正。# self._watch([SimpleWriteCode, SimpleWriteReview])  # feel free to try this tooasync def _act(self) -> Message:logger.info(f"{self._setting}: to do {self.rc.todo}({self.rc.todo.name})")todo = self.rc.todo# context = self.get_memories(k=1)[0].content # use the most recent memory as contextcontext = self.get_memories()  # use all memories as contextcode_text = await todo.run(context, k=5)  # specify argumentsmsg = Message(content=code_text, role=self.profile, cause_by=type(todo))return msg

测试用例评审角色定义： 同上。

class SimpleReviewer(Role):name: str = "Charlie"profile: str = "SimpleReviewer"def __init__(self, **kwargs):super().__init__(**kwargs)self.set_actions([SimpleWriteReview])self._watch([SimpleWriteTest])

2-4-4、创建队伍，添加角色

概述： 使用Team来雇佣三位角色

• idea： 即复杂任务描述，代表用户输入
• investment： 投资人工智能公司的金额，暂时不清楚有什么用
• n_round： 模拟的回合数，大部分情况，该数字越大越好，但是也并不是绝对的，简单任务，回合少点就ok，复杂任务需要调试一个相对均衡的回合。多了有可能复读机或者性能下降。

import asyncio
import typer
from metagpt.logs import logger
from metagpt.team import Team
app = typer.Typer()@app.command()
def main(idea: str = typer.Argument(..., help="write a function that calculates the product of a list"),investment: float = typer.Option(default=3.0, help="Dollar amount to invest in the AI company."),n_round: int = typer.Option(default=5, help="Number of rounds for the simulation."),
):logger.info(idea)team = Team()team.hire([SimpleCoder(),SimpleTester(),SimpleReviewer(),])team.invest(investment=investment)team.run_project(idea)asyncio.run(team.run(n_round=n_round))if __name__ == '__main__':app()

输出：

2-4-5、内部机制介绍

概述： 详细介绍整个多智能体系统的运行机制。

• 如右图所示，Role（智能体）将观察来自于环境的输出信息。（只观察特定Action，这要看参数设置）
• 如果一个特定的行为输出了信息到环境，并且恰好是Role要观察的行为，那么Role将做出反馈。
• 首先，Role将会思考并选择一种行为作为接下来要执行的，之后会执行该行为并且得到输出，输出后续将会被投入到环境中去。

2-4-6、人工介入

概述： 在真实场景下，我们往往需要人类介入来修正多智能体团队协作中的一些错误。

在2-4-4中，我们设置SimpleReviewer的is_human参数为True即可。这样我们可以控制协作流程，代替测试用例评审角色，作为测试用例评审角色来参与到整个流程中。每次轮到我们响应时（测试用例评审角色），正在运行的进程都会暂停等待我们的输入。我们可以根据其他Agent的输出，提出合理要求以参与到整个交互中。

team.hire([SimpleCoder(),SimpleTester(),# SimpleReviewer(), # the original lineSimpleReviewer(is_human=True), # change to this line]
)

2-4-7、记忆/内存

概述： 记忆是Agent的核心，Agent需要依靠记忆来做决策。类Memory是Agent记忆的抽象表示，当角色初始化时，以self.rc.memory初始化记忆，它将把它随后观察到的每条消息存储在一个列表中，以便将来检索。当记录的记忆被需要时，你可以使用self.get_memories来获取记忆。

def get_memories(self, k=0) -> list[Message]:"""A wrapper to return the most recent k memories of this role, return all when k=0"""return self.rc.memory.get(k=k)

例如在2-4-3中： 我们调用整个函数是为了向测试智能体提供完整的历史记录。

async def _act(self) -> Message:logger.info(f"{self._setting}: ready to {self.rc.todo}")todo = self.rc.todo# context = self.get_memories(k=1)[0].content # use the most recent memory as contextcontext = self.get_memories() # use all memories as contextcode_text = await todo.run(context, k=5) # specify argumentsmsg = Message(content=code_text, role=self.profile, cause_by=todo)return msg

添加记忆： 使用self.rc.memory.add(msg)添加记忆，并且msg必须是Message对象。

Notice: 角色通常需要记住它之前说过或做过什么，以便采取下一步行动。所以建议在复写act函数的逻辑时，建议将动作输出的消息添加到角色的内存中。

附录

1、react_mode（智能体的思维范式介绍）

概述： 接收到对环境的观察后，智能体会进行思考以及做出一些行为来应对，MetaGPT目前提供两种方式，即ReAct和By Order。

1-1、ReAct

ReAct: 先思考，后行动，直到Agent决定停止循环。每次思考(_think)时，角色会选择一种行为来回应观察，并且执行选择的行为在_act函数，而行为的输出结果将会是下一次思考的观察对象，LLM作为大脑，动态的选择行为去执行。

REACT: SYNERGIZING REASONING AND ACTING IN LANGUAGE MODELS： ReAct详细介绍可以参考我的另一篇文章：REACT: SYNERGIZING REASONING AND ACTING IN LANGUAGE MODELS【大模型的协同推理】

Notice： 如果你想要角色执行更多次思考-行动循环，那么你可以设置参数max_react_loop。实验证明，设置该参数非常有必要，在react的过程中，如果思考-行动循环少，往往会做出错误的决策，即少执行或者错误执行行为

self._set_react_mode(react_mode="react", max_react_loop=6)

1-2、By order

By order： 按照set_actions中设定的行为去依次执行。该情况适用于我们清楚Agent该依次执行哪些行为。

例如在目录2-4-2的案例中，我们就是顺序执行行为，先写代码，后执行代码。

class RunnableCoder(Role):name: str = "Alice"profile: str = "RunnableCoder"def __init__(self, **kwargs):super().__init__(**kwargs)self.set_actions([SimpleWriteCode, SimpleRunCode])self._set_react_mode(react_mode="by_order")async def _act(self) -> Message:...

1-3、Plan and act

先拟定计划，之后使用计划去执行一系列动作：

参考文章：

《MetaGPT智能体开发入门》教程
Datawhale教程.
MetaGPT—GitHub官网
openAI研究主管文章
awesome-ai-agents——AI agent汇总
MetaGPT智能体入门——官方文档

LLM图形化界面：
川虎 Chat 🐯 Chuanhu Chat
chatgpt-KnowledgeBot

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总结

好困好困😩