第2課：Agent系統架構與設計模式

課程目標

理解Agent的基本概念和特性
掌握多Agent系統的設計模式
學習Agent通信協議和消息傳遞
實踐創建簡單的Agent框架

課程內容

2.1 Agent基礎概念

什么是Agent？

Agent是一個具有自主性、反應性、社會性和主動性的計算實體，能夠：

自主性：獨立運行，無需人工干預
反應性：對環境變化做出響應
社會性：與其他Agent協作
主動性：主動發起行動

Agent的核心組件

┌─────────────────────────────────────┐
│              Agent                  │
├─────────────────────────────────────┤
│  ┌─────────────┐  ┌─────────────┐   │
│  │   感知層     │  │   決策層     │   │
│  │ Perception  │  │ Decision    │   │
│  └─────────────┘  └─────────────┘   │
│  ┌─────────────┐  ┌─────────────┐   │
│  │   執行層     │  │   通信層     │   │
│  │ Execution   │  │ Communication│   │
│  └─────────────┘  └─────────────┘   │
└─────────────────────────────────────┘

2.2 Agent設計模式

1. 主從模式（Master-Slave）

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

特點：集中式控制，簡單易實現
適用場景：任務分解、并行處理
缺點：單點故障，擴展性差

2. 對等模式（Peer-to-Peer）

    Agent1 ←→ Agent2?        ?Agent3 ←→ Agent4

特點：分布式控制，高可用性
適用場景：協作任務、分布式計算
缺點：協調復雜，一致性難保證

3. 層次模式（Hierarchical）

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

特點：分層管理，職責明確
適用場景：大型系統、組織管理
缺點：通信開銷大，響應延遲

4. 聯邦模式（Federated）

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

特點：分組管理，靈活擴展
適用場景：多域協作、模塊化系統
缺點：管理復雜，跨組協調困難

2.3 Agent通信協議

消息傳遞模式

同步通信：請求-響應模式
異步通信：發布-訂閱模式
廣播通信：一對多模式
多播通信：多對多模式

通信協議設計

// 消息格式定義
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);}
}

實踐項目

項目1：基礎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();}// 發送消息async sendMessage(to, type, content) {const message = new AgentMessage(type, this.id, to, content);// 這里應該通過通信層發送console.log(`${this.name} 發送消息到 ${to}:`, message);return message;}// 接收消息receiveMessage(message) {this.messageQueue.push(message);this.processMessages();}// 處理消息async processMessages() {while (this.messageQueue.length > 0) {const message = this.messageQueue.shift();await this.handleMessage(message);}}// 消息處理async handleMessage(message) {const handler = this.messageHandlers.get(message.type);if (handler) {await handler(message);} else {console.log(`${this.name} 收到未知類型消息:`, message);}}// 注冊消息處理器onMessage(type, handler) {this.messageHandlers.set(type, handler);}// 執行能力async executeCapability(capability, params) {if (this.capabilities.includes(capability)) {console.log(`${this.name} 執行能力: ${capability}`, params);// 這里實現具體的能力邏輯return { success: true, result: `執行了 ${capability}` };} else {throw new Error(`Agent ${this.name} 不具備能力: ${capability}`);}}
}

項目2：多Agent協作系統

// multi-agent-system.js
class MultiAgentSystem {constructor() {this.agents = new Map();this.messageRouter = new MessageRouter();}// 注冊AgentregisterAgent(agent) {this.agents.set(agent.id, agent);this.messageRouter.registerAgent(agent);console.log(`Agent ${agent.name} 已注冊`);}// 啟動系統start() {console.log('多Agent系統已啟動');this.agents.forEach(agent => {agent.state = 'running';});}// 停止系統stop() {console.log('多Agent系統已停止');this.agents.forEach(agent => {agent.state = 'stopped';});}// 獲取AgentgetAgent(id) {return this.agents.get(id);}// 廣播消息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(`目標Agent不存在: ${message.to}`);}}
}

項目3：任務協作示例

// task-collaboration.js
class TaskCollaborationSystem extends MultiAgentSystem {constructor() {super();this.tasks = new Map();this.taskQueue = [];}// 創建任務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();}// 分配任務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 {// 沒有可用Agent，重新加入隊列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;}// 分配任務給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 }));});}// 處理任務完成handleTaskCompletion(agentId, taskId, result) {const task = this.tasks.get(taskId);if (task) {task.results.push({ agentId, result });// 檢查是否所有Agent都完成了任務if (task.results.length === task.assignedAgents.length) {task.status = 'completed';this.consolidateResults(task);}}}// 整合結果consolidateResults(task) {console.log(`任務 ${task.id} 已完成，結果:`, task.results);// 釋放Agenttask.assignedAgents.forEach(agentId => {const agent = this.getAgent(agentId);if (agent) {agent.state = 'idle';}});// 繼續處理隊列中的任務this.assignTasks();}
}

項目4：使用示例

// example.js
async function main() {// 創建多Agent系統const system = new TaskCollaborationSystem();// 創建不同類型的Agentconst dataAgent = new Agent('data-001', '數據分析Agent', ['data_analysis', 'statistics']);const reportAgent = new Agent('report-001', '報告生成Agent', ['report_generation', 'formatting']);const emailAgent = new Agent('email-001', '郵件發送Agent', ['email_sending', 'notification']);// 注冊Agentsystem.registerAgent(dataAgent);system.registerAgent(reportAgent);system.registerAgent(emailAgent);// 設置消息處理dataAgent.onMessage('task_assignment', async (message) => {console.log(`${dataAgent.name} 收到任務: ${message.content.description}`);// 模擬任務執行await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 2000));system.handleTaskCompletion(dataAgent.id, message.content.taskId, '數據分析完成');});reportAgent.onMessage('task_assignment', async (message) => {console.log(`${reportAgent.name} 收到任務: ${message.content.description}`);await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 1500));system.handleTaskCompletion(reportAgent.id, message.content.taskId, '報告生成完成');});emailAgent.onMessage('task_assignment', async (message) => {console.log(`${emailAgent.name} 收到任務: ${message.content.description}`);await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 1000));system.handleTaskCompletion(emailAgent.id, message.content.taskId, '郵件發送完成');});// 啟動系統system.start();// 創建任務system.createTask('task-001', '分析銷售數據并生成報告', ['data_analysis', 'report_generation']);system.createTask('task-002', '發送通知郵件', ['email_sending']);// 等待任務完成await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 5000));system.stop();
}main().catch(console.error);