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Cómo Diseñar Agentes de IA Eficaces

(Haz clic en la imagen de arriba para ver el video de esta lección)

Patrón de Diseño de Uso de Herramientas

Las herramientas son interesantes porque permiten a los agentes de IA tener un rango más amplio de capacidades. En lugar de que el agente tenga un conjunto limitado de acciones que puede realizar, al agregar una herramienta, el agente ahora puede ejecutar una amplia gama de acciones. En este capítulo, exploraremos el Patrón de Diseño de Uso de Herramientas, que describe cómo los agentes de IA pueden utilizar herramientas específicas para alcanzar sus objetivos.

Introducción

En esta lección, buscamos responder las siguientes preguntas:

Objetivos de Aprendizaje

Después de completar esta lección, podrás:

¿Qué es el Patrón de Diseño de Uso de Herramientas?

El Patrón de Diseño de Uso de Herramientas se centra en dar a los LLMs la capacidad de interactuar con herramientas externas para alcanzar objetivos específicos. Las herramientas son código que puede ser ejecutado por un agente para realizar acciones. Una herramienta puede ser una función simple como una calculadora, o una llamada a una API de un servicio externo, como la consulta de precios de acciones o el pronóstico del clima. En el contexto de los agentes de IA, las herramientas están diseñadas para ser ejecutadas por agentes en respuesta a llamadas a funciones generadas por el modelo.

¿Cuáles son los casos de uso en los que se puede aplicar?

Los agentes de IA pueden aprovechar las herramientas para completar tareas complejas, recuperar información o tomar decisiones. El patrón de diseño de uso de herramientas se utiliza frecuentemente en escenarios que requieren interacción dinámica con sistemas externos, como bases de datos, servicios web o intérpretes de código. Esta capacidad es útil para una variedad de casos de uso, incluyendo:

¿Cuáles son los elementos/bloques necesarios para implementar el patrón de diseño de uso de herramientas?

Estos bloques permiten al agente de IA realizar una amplia gama de tareas. Veamos los elementos clave necesarios para implementar el Patrón de Diseño de Uso de Herramientas:

A continuación, profundicemos en el llamado a funciones/herramientas.

Llamado a Funciones/Herramientas

El llamado a funciones es la forma principal en que habilitamos a los Modelos de Lenguaje Extenso (LLMs) para interactuar con herramientas. A menudo verás que ‘Función’ y ‘Herramienta’ se usan de manera intercambiable porque las ‘funciones’ (bloques de código reutilizable) son las ‘herramientas’ que los agentes utilizan para realizar tareas. Para que se invoque el código de una función, un LLM debe comparar la solicitud del usuario con la descripción de la función. Para ello, se envía al LLM un esquema que contiene las descripciones de todas las funciones disponibles. El LLM selecciona la función más adecuada para la tarea y devuelve su nombre y argumentos. La función seleccionada se invoca, su respuesta se envía de vuelta al LLM, que utiliza la información para responder a la solicitud del usuario.

Para que los desarrolladores implementen el llamado a funciones para agentes, necesitarás:

  1. Un modelo LLM que soporte el llamado a funciones.
  2. Un esquema que contenga descripciones de funciones.
  3. El código para cada función descrita.

Usemos el ejemplo de obtener la hora actual en una ciudad para ilustrar:

  1. Inicializar un LLM que soporte el llamado a funciones:

    No todos los modelos soportan el llamado a funciones, por lo que es importante verificar que el LLM que estás utilizando lo haga. Azure OpenAI soporta el llamado a funciones. Podemos comenzar iniciando el cliente de Azure OpenAI.

     # Initialize the Azure OpenAI client
 client = AzureOpenAI(
     azure_endpoint = os.getenv("AZURE_OPENAI_ENDPOINT"), 
     api_key=os.getenv("AZURE_OPENAI_API_KEY"),  
     api_version="2024-05-01-preview"
 )

  2. Crear un Esquema de Función:

    A continuación, definiremos un esquema JSON que contiene el nombre de la función, una descripción de lo que hace la función, y los nombres y descripciones de los parámetros de la función. Luego tomaremos este esquema y lo pasaremos al cliente creado previamente, junto con la solicitud del usuario para encontrar la hora en San Francisco. Es importante notar que lo que se devuelve es una llamada a herramienta, no la respuesta final a la pregunta. Como se mencionó anteriormente, el LLM devuelve el nombre de la función que seleccionó para la tarea y los argumentos que se le pasarán.

     # Function description for the model to read
 tools = [
     {
         "type": "function",
         "function": {
             "name": "get_current_time",
             "description": "Get the current time in a given location",
             "parameters": {
                 "type": "object",
                 "properties": {
                     "location": {
                         "type": "string",
                         "description": "The city name, e.g. San Francisco",
                     },
                 },
                 "required": ["location"],
             },
         }
     }
 ]

      
 # Initial user message
 messages = [{"role": "user", "content": "What's the current time in San Francisco"}] 
  
 # First API call: Ask the model to use the function
   response = client.chat.completions.create(
       model=deployment_name,
       messages=messages,
       tools=tools,
       tool_choice="auto",
   )
  
   # Process the model's response
   response_message = response.choices[0].message
   messages.append(response_message)
  
   print("Model's response:")  

   print(response_message)
  

     Model's response:
 ChatCompletionMessage(content=None, role='assistant', function_call=None, tool_calls=[ChatCompletionMessageToolCall(id='call_pOsKdUlqvdyttYB67MOj434b', function=Function(arguments='{"location":"San Francisco"}', name='get_current_time'), type='function')])

  3. El código de la función necesario para realizar la tarea:

    Ahora que el LLM ha elegido qué función necesita ejecutarse, el código que realiza la tarea debe ser implementado y ejecutado. Podemos implementar el código para obtener la hora actual en Python. También necesitaremos escribir el código para extraer el nombre y los argumentos del response_message para obtener el resultado final.

       def get_current_time(location):
     """Get the current time for a given location"""
     print(f"get_current_time called with location: {location}")  
     location_lower = location.lower()
        
     for key, timezone in TIMEZONE_DATA.items():
         if key in location_lower:
             print(f"Timezone found for {key}")  
             current_time = datetime.now(ZoneInfo(timezone)).strftime("%I:%M %p")
             return json.dumps({
                 "location": location,
                 "current_time": current_time
             })
      
     print(f"No timezone data found for {location_lower}")  
     return json.dumps({"location": location, "current_time": "unknown"})

      # Handle function calls
   if response_message.tool_calls:
       for tool_call in response_message.tool_calls:
           if tool_call.function.name == "get_current_time":
     
               function_args = json.loads(tool_call.function.arguments)
     
               time_response = get_current_time(
                   location=function_args.get("location")
               )
     
               messages.append({
                   "tool_call_id": tool_call.id,
                   "role": "tool",
                   "name": "get_current_time",
                   "content": time_response,
               })
   else:
       print("No tool calls were made by the model.")  
  
   # Second API call: Get the final response from the model
   final_response = client.chat.completions.create(
       model=deployment_name,
       messages=messages,
   )
  
   return final_response.choices[0].message.content

       get_current_time called with location: San Francisco
   Timezone found for san francisco
   The current time in San Francisco is 09:24 AM.

El llamado a funciones está en el núcleo de la mayoría, si no de todos, los diseños de uso de herramientas para agentes; sin embargo, implementarlo desde cero puede ser desafiante. Como aprendimos en Lección 2, los marcos agentivos nos proporcionan bloques preconstruidos para implementar el uso de herramientas.

Ejemplos de Uso de Herramientas con Marcos Agentivos

Aquí hay algunos ejemplos de cómo puedes implementar el Patrón de Diseño de Uso de Herramientas utilizando diferentes marcos agentivos:

Semantic Kernel

Semantic Kernel es un marco de IA de código abierto para desarrolladores de .NET, Python y Java que trabajan con Modelos de Lenguaje Extenso (LLMs). Simplifica el proceso de uso de llamadas a funciones describiendo automáticamente tus funciones y sus parámetros al modelo mediante un proceso llamado serialización. También maneja la comunicación entre el modelo y tu código. Otra ventaja de usar un marco agentivo como Semantic Kernel es que te permite acceder a herramientas preconstruidas como Búsqueda de Archivos y Intérprete de Código.

El siguiente diagrama ilustra el proceso de llamado a funciones con Semantic Kernel:

llamado a funciones

En Semantic Kernel, las funciones/herramientas se llaman Plugins. Podemos convertir la función get_current_time que vimos anteriormente en un plugin convirtiéndola en una clase con la función dentro de ella. También podemos importar el decorador kernel_function, que toma la descripción de la función. Cuando luego creas un kernel con el GetCurrentTimePlugin, el kernel automáticamente serializa la función y sus parámetros, creando el esquema para enviar al LLM en el proceso.

from semantic_kernel.functions import kernel_function

class GetCurrentTimePlugin:
    async def __init__(self, location):
        self.location = location

    @kernel_function(
        description="Get the current time for a given location"
    )
    def get_current_time(location: str = ""):
        ...


from semantic_kernel import Kernel

# Create the kernel
kernel = Kernel()

# Create the plugin
get_current_time_plugin = GetCurrentTimePlugin(location)

# Add the plugin to the kernel
kernel.add_plugin(get_current_time_plugin)

Azure AI Agent Service

Azure AI Agent Service es un marco agentivo más reciente diseñado para permitir a los desarrolladores construir, implementar y escalar agentes de IA de alta calidad y extensibles de manera segura, sin necesidad de gestionar los recursos de almacenamiento y cómputo subyacentes. Es particularmente útil para aplicaciones empresariales, ya que es un servicio completamente gestionado con seguridad de nivel empresarial.

En comparación con el desarrollo directo con la API de LLM, Azure AI Agent Service ofrece algunas ventajas, incluyendo:

Las herramientas disponibles en Azure AI Agent Service se dividen en dos categorías:

  1. Herramientas de Conocimiento:
  2. Herramientas de Acción:

El Agent Service nos permite usar estas herramientas juntas como un toolset. También utiliza threads, que mantienen un registro del historial de mensajes de una conversación en particular.

Imagina que eres un agente de ventas en una empresa llamada Contoso. Quieres desarrollar un agente conversacional que pueda responder preguntas sobre tus datos de ventas.

La siguiente imagen ilustra cómo podrías usar Azure AI Agent Service para analizar tus datos de ventas:

Servicio Agentivo en Acción

Para usar cualquiera de estas herramientas con el servicio, podemos crear un cliente y definir una herramienta o conjunto de herramientas. Para implementarlo de manera práctica, podemos usar el siguiente código en Python. El LLM podrá mirar el conjunto de herramientas y decidir si usar la función creada por el usuario, fetch_sales_data_using_sqlite_query, o el Intérprete de Código preconstruido dependiendo de la solicitud del usuario.

import os
from azure.ai.projects import AIProjectClient
from azure.identity import DefaultAzureCredential
from fetch_sales_data_functions import fetch_sales_data_using_sqlite_query # fetch_sales_data_using_sqlite_query function which can be found in a fetch_sales_data_functions.py file.
from azure.ai.projects.models import ToolSet, FunctionTool, CodeInterpreterTool

project_client = AIProjectClient.from_connection_string(
    credential=DefaultAzureCredential(),
    conn_str=os.environ["PROJECT_CONNECTION_STRING"],
)

# Initialize function calling agent with the fetch_sales_data_using_sqlite_query function and adding it to the toolset
fetch_data_function = FunctionTool(fetch_sales_data_using_sqlite_query)
toolset = ToolSet()
toolset.add(fetch_data_function)

# Initialize Code Interpreter tool and adding it to the toolset. 
code_interpreter = code_interpreter = CodeInterpreterTool()
toolset = ToolSet()
toolset.add(code_interpreter)

agent = project_client.agents.create_agent(
    model="gpt-4o-mini", name="my-agent", instructions="You are helpful agent", 
    toolset=toolset
)

¿Cuáles son las consideraciones especiales para usar el Patrón de Diseño de Uso de Herramientas para construir agentes de IA confiables?

Una preocupación común con SQL generado dinámicamente por LLMs es la seguridad, particularmente el riesgo de inyección de SQL o acciones maliciosas, como eliminar o alterar la base de datos. Aunque estas preocupaciones son válidas, pueden mitigarse eficazmente configurando adecuadamente los permisos de acceso a la base de datos. Para la mayoría de las bases de datos, esto implica configurarlas como de solo lectura. Para servicios de bases de datos como PostgreSQL o Azure SQL, la aplicación debe ser asignada a un rol de solo lectura (SELECT). Ejecutar la aplicación en un entorno seguro mejora aún más la protección. En escenarios empresariales, los datos suelen extraerse y transformarse desde sistemas operativos hacia una base de datos de solo lectura o un almacén de datos con un esquema fácil de usar. Este enfoque garantiza que los datos sean seguros, optimizados para el rendimiento y la accesibilidad, y que la aplicación tenga acceso restringido y de solo lectura.

¿Tienes más preguntas sobre el uso de patrones de diseño de herramientas?

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Recursos adicionales

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