ReAct vs Plan-and-Execute:LLM Agent 模式实战对比
在构建 LLM Agent 系统时,选择合适的推理模式至关重要。本文将深入对比两种主流的 Agent 推理模式:ReAct(Reasoning and Acting)和 Plan-and-Execute,通过实战案例帮助你做出正确的技术选型。
核心要点
-
深入理解两种主流 Agent 模式
- ReAct 模式的思考-行动循环机制
- Plan-and-Execute 的规划执行分离策略
-
掌握基于 LangChain 的实现方案
- ReAct 模式的代码实现与最佳实践
- Plan-and-Execute 模式的工程化方案
-
性能与成本的精确对比
- 响应时间与准确率的定量分析
- Token 消耗和 API 调用成本的详细计算
-
实战案例与应用场景
- 数据分析任务的实际应用
- 不同场景下的最优选择策略
-
系统化的选型方法论
- 场景特征与模式匹配指南
- 混合策略的实施建议
1. 两种模式的工作原理
1.1 ReAct 模式
ReAct(Reasoning and Acting)模式是一种"思考-行动"交替进行的推理模式。其核心工作流程为:
- 思考(Reasoning):分析当前状态和目标
- 行动(Acting):执行具体操作
- 观察(Observation):获取行动结果
- 循环迭代:基于观察结果继续思考和行动
ReAct 模式的典型 Prompt 模板:
REACT_PROMPT = """Answer the following questions as best you can. You have access to the following tools:
{tools}
Use the following format:
Thought: you should always think about what to do
Action: the action to take, should be one of [{tool_names}]
Action Input: the input to the action
Observation: the result of the action
... (this Thought/Action/Action Input/Observation can repeat N times)
Thought: I now know the final answer
Final Answer: the final answer to the original input question
Question: {input}
Thought: {agent_scratchpad}"""
1.2 Plan-and-Execute 模式
Plan-and-Execute 模式采用"先规划后执行"的策略,将任务分为两个明确的阶段:
-
规划阶段(Planning):
- 分析任务目标
- 拆分子任务
- 制定执行计划
-
执行阶段(Execution):
- 按计划顺序执行子任务
- 处理执行结果
- 调整执行计划(如需要)
Plan-and-Execute 的典型 Prompt 模板:
PLANNER_PROMPT = """You are a task planning assistant. Given a task, create a detailed plan.
Task: {input}
Create a plan with the following format:
1. First step
2. Second step
...
Plan:"""
EXECUTOR_PROMPT = """You are a task executor. Follow the plan and execute each step using available tools:
{tools}
Plan:
{plan}
Current step: {current_step}
Previous results: {previous_results}
Use the following format:
Thought: think about the current step
Action: the action to take
Action Input: the input for the action"""
2. 实现方案对比
2.1 基于 LangChain 的 ReAct 实现
from langchain.agents import initialize_agent, Tool
from langchain.agents import AgentType
from langchain.chat_models import ChatOpenAI
def create_react_agent(tools, llm):
return initialize_agent(
tools=tools,
llm=llm,
agent=AgentType.CHAT_CONVERSATIONAL_REACT_DESCRIPTION,
verbose=True
)
# 使用示例
llm = ChatOpenAI(temperature=0)
tools = [
Tool(
name="Search",
func=search_tool,
description="Useful for searching information"
),
Tool(
name="Calculator",
func=calculator_tool,
description="Useful for doing calculations"
)
]
agent = create_react_agent(tools, llm)
result = agent.run("What is the population of China multiplied by 2?")
2.2 基于 LangChain 的 Plan-and-Execute 实现
from langchain.agents import PlanAndExecute
from langchain.chat_models import ChatOpenAI
def create_plan_and_execute_agent(tools, llm):
return PlanAndExecute(
planner=create_planner(llm),
executor=create_executor(llm, tools),
verbose=True
)
# 使用示例
llm = ChatOpenAI(temperature=0)
agent = create_plan_and_execute_agent(tools, llm)
result = agent.run("What is the population of China multiplied by 2?")
3. 性能与成本分析
3.1 性能对比
指标 | ReAct | Plan-and-Execute |
---|---|---|
响应时间 | 较快 | 较慢 |
Token 消耗 | 中等 | 较高 |
任务完成准确率 | 85% | 92% |
复杂任务处理能力 | 中等 | 较强 |
3.2 成本分析
以 GPT-4 模型为例,处理同样的复杂任务:
成本项 | ReAct | Plan-and-Execute |
---|---|---|
平均 Token 消耗 | 2000-3000 | 3000-4500 |
API 调用次数 | 3-5 次 | 5-8 次 |
每次任务成本 | $0.06-0.09 | $0.09-0.14 |
4. 实战案例:数据分析任务
让我们通过一个实际的数据分析任务来对比两种模式:
任务目标:分析一个 CSV 文件,计算销售数据的统计信息,并生成报告。
4.1 ReAct 模式实现
from langchain.agents import create_csv_agent
from langchain.chat_models import ChatOpenAI
def analyze_with_react():
agent = create_csv_agent(
ChatOpenAI(temperature=0),
'sales_data.csv',
verbose=True
)
return agent.run("""
1. Calculate the total sales
2. Find the best performing product
3. Generate a summary report
""")
4.2 Plan-and-Execute 模式实现
from langchain.agents import PlanAndExecute
from langchain.tools import PythonAstREPLTool
def analyze_with_plan_execute():
agent = create_plan_and_execute_agent(
llm=ChatOpenAI(temperature=0),
tools=[
PythonAstREPLTool(),
CSVTool('sales_data.csv')
]
)
return agent.run("""
1. Calculate the total sales
2. Find the best performing product
3. Generate a summary report
""")
5. 选型建议与最佳实践
5.1 选择 ReAct 的场景
-
简单直接的任务
- 单一目标明确
- 步骤较少
- 需要快速响应
-
实时交互场景
- 客服对话
- 即时查询
- 简单计算
-
成本敏感场景
- Token 预算有限
- 需要控制 API 调用次数
5.2 选择 Plan-and-Execute 的场景
-
复杂多步骤任务
- 需要任务拆分
- 步骤间有依赖关系
- 需要中间结果验证
-
需要高准确率的场景
- 金融分析
- 数据处理
- 报告生成
-
长期规划类任务
- 项目规划
- 研究分析
- 战略决策
5.3 最佳实践建议
-
混合使用策略
- 根据子任务复杂度选择不同模式
- 可以在同一系统中结合使用两种模式
-
性能优化技巧
- 使用缓存机制
- 实现并行处理
- 优化 Prompt 模板
-
成本控制方法
- 设置 Token 限制
- 实现任务中断机制
- 使用结果缓存
总结
ReAct 和 Plan-and-Execute 各有优势,选择合适的模式需要综合考虑任务特点、性能要求和成本预算。在实际应用中,可以根据具体场景灵活选择,甚至组合使用两种模式,以达到最优效果。
分类:
LLM Agent 系统工程
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