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：

1. 思考（Reasoning）：分析当前状态和目标
2. 行动（Acting）：执行具体操作
3. 观察（Observation）：获取行动结果
4. 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：

1. 规划阶段（Planning）：

   • 分析任务目标
   • 拆分子任务
   • 制定执行计划

2. 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

1. 简单直接的任务

   • 单一目标明确
   • 步骤较少
   • 需要快速响应

2. 实时交互场景

   • 客服对话
   • 即时查询
   • 简单计算

3. 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

1. 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

2. 需要高准确率的场景

   • 金融分析
   • 数据处理
   • 报告生成

3. 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

1. 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

2. 性能优化技巧

   • 使用缓存机制
   • 实现并行处理
   • 优化 Prompt 模板

3. 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。