ai-agents-for-beginners

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計画設計

はじめに

このレッスンでは以下を学びます：

明確な全体目標を定義し、複雑なタスクを管理可能なタスクに分解する方法。
構造化された出力を活用して、より信頼性が高く機械可読な応答を得る方法。
イベント駆動型アプローチを適用して、動的なタスクや予期しない入力に対応する方法。

学習目標

このレッスンを終えた後、以下について理解を深めることができます：

AIエージェントの全体目標を特定し設定することで、達成すべき内容を明確にする。
複雑なタスクを管理可能なサブタスクに分解し、それらを論理的な順序で整理する。
エージェントに適切なツール（例：検索ツールやデータ分析ツール）を装備させ、それらをいつどのように使用するかを決定し、発生する予期しない状況に対応する。
サブタスクの結果を評価し、パフォーマンスを測定し、最終的な成果物を改善するためにアクションを繰り返す。

全体目標の定義とタスクの分解

Defining Goals and Tasks

ほとんどの現実世界のタスクは、一度に取り組むには複雑すぎます。AIエージェントには、計画と行動を導くための簡潔な目標が必要です。例えば、以下のような目標を考えてみましょう：

"3日間の旅行プランを作成する。"

これは簡単に述べられますが、まだ精緻化が必要です。目標が明確であればあるほど、エージェント（および人間の協力者）は、フライトオプション、ホテルのおすすめ、アクティビティの提案を含む包括的な旅程を作成するなど、適切な成果を達成することに集中できます。

タスクの分解

大規模または複雑なタスクは、小さく目標指向のサブタスクに分割することで管理しやすくなります。旅行プランの例では、目標を以下のように分解できます：

フライト予約
ホテル予約
レンタカー
パーソナライズ

各サブタスクは、専用のエージェントやプロセスによって処理されます。例えば、あるエージェントは最適なフライトを検索することに特化し、別のエージェントはホテル予約に集中する、といった具合です。これらの結果を統合する「調整エージェント」または「下流エージェント」が、最終的にユーザーに提供する一貫した旅程を作成します。

このモジュール型アプローチにより、段階的な改善も可能になります。例えば、食事のおすすめや現地アクティビティの提案に特化したエージェントを追加し、旅程をさらに洗練させることができます。

構造化された出力

大規模言語モデル（LLM）は、JSONのような構造化された出力を生成することができます。これにより、下流のエージェントやサービスが解析・処理しやすくなります。これは特にマルチエージェント環境で有用で、計画の出力を受け取った後にこれらのタスクを実行する際に役立ちます。

以下のPythonスニペットは、目標をサブタスクに分解し、構造化された計画を生成するシンプルな計画エージェントの例を示しています：

from pydantic import BaseModel
from enum import Enum
from typing import List, Optional, Union
import json
import os
from typing import Optional
from pprint import pprint
from autogen_core.models import UserMessage, SystemMessage, AssistantMessage
from autogen_ext.models.azure import AzureAIChatCompletionClient
from azure.core.credentials import AzureKeyCredential

class AgentEnum(str, Enum):
    FlightBooking = "flight_booking"
    HotelBooking = "hotel_booking"
    CarRental = "car_rental"
    ActivitiesBooking = "activities_booking"
    DestinationInfo = "destination_info"
    DefaultAgent = "default_agent"
    GroupChatManager = "group_chat_manager"

# Travel SubTask Model
class TravelSubTask(BaseModel):
    task_details: str
    assigned_agent: AgentEnum  # we want to assign the task to the agent

class TravelPlan(BaseModel):
    main_task: str
    subtasks: List[TravelSubTask]
    is_greeting: bool

client = AzureAIChatCompletionClient(
    model="gpt-4o-mini",
    endpoint="https://models.inference.ai.azure.com",
    # To authenticate with the model you will need to generate a personal access token (PAT) in your GitHub settings.
    # Create your PAT token by following instructions here: https://docs.github.com/en/authentication/keeping-your-account-and-data-secure/managing-your-personal-access-tokens
    credential=AzureKeyCredential(os.environ["GITHUB_TOKEN"]),
    model_info={
        "json_output": False,
        "function_calling": True,
        "vision": True,
        "family": "unknown",
    },
)

# Define the user message
messages = [
    SystemMessage(content="""You are an planner agent.
    Your job is to decide which agents to run based on the user's request.
                      Provide your response in JSON format with the following structure:
{'main_task': 'Plan a family trip from Singapore to Melbourne.',
 'subtasks': [{'assigned_agent': 'flight_booking',
               'task_details': 'Book round-trip flights from Singapore to '
                               'Melbourne.'}
    Below are the available agents specialised in different tasks:
    - FlightBooking: For booking flights and providing flight information
    - HotelBooking: For booking hotels and providing hotel information
    - CarRental: For booking cars and providing car rental information
    - ActivitiesBooking: For booking activities and providing activity information
    - DestinationInfo: For providing information about destinations
    - DefaultAgent: For handling general requests""", source="system"),
    UserMessage(
        content="Create a travel plan for a family of 2 kids from Singapore to Melboune", source="user"),
]

response = await client.create(messages=messages, extra_create_args={"response_format": 'json_object'})

response_content: Optional[str] = response.content if isinstance(
    response.content, str) else None
if response_content is None:
    raise ValueError("Response content is not a valid JSON string" )

pprint(json.loads(response_content))

# # Ensure the response content is a valid JSON string before loading it
# response_content: Optional[str] = response.content if isinstance(
#     response.content, str) else None
# if response_content is None:
#     raise ValueError("Response content is not a valid JSON string")

# # Print the response content after loading it as JSON
# pprint(json.loads(response_content))

# Validate the response content with the MathReasoning model
# TravelPlan.model_validate(json.loads(response_content))

マルチエージェントのオーケストレーションを伴う計画エージェント

この例では、Semantic Router Agentがユーザーのリクエスト（例：”旅行のためのホテルプランが必要です。”）を受け取ります。

プランナーは以下を行います：

ホテルプランの受信: プランナーはユーザーのメッセージを受け取り、システムプロンプト（利用可能なエージェントの詳細を含む）に基づいて構造化された旅行プランを生成します。
エージェントとそのツールのリスト化: エージェントレジストリには、フライト、ホテル、レンタカー、アクティビティなどのエージェントと、それらが提供する機能やツールのリストが含まれています。
計画を該当エージェントにルーティング: サブタスクの数に応じて、プランナーはメッセージを専用エージェントに直接送信する（単一タスクの場合）か、マルチエージェントコラボレーションのためにグループチャットマネージャーを通じて調整します。
結果の要約: 最後に、プランナーは生成されたプランを要約して明確にします。

以下のPythonコードサンプルは、これらのステップを示しています：

from pydantic import BaseModel

from enum import Enum
from typing import List, Optional, Union

class AgentEnum(str, Enum):
    FlightBooking = "flight_booking"
    HotelBooking = "hotel_booking"
    CarRental = "car_rental"
    ActivitiesBooking = "activities_booking"
    DestinationInfo = "destination_info"
    DefaultAgent = "default_agent"
    GroupChatManager = "group_chat_manager"

# Travel SubTask Model

class TravelSubTask(BaseModel):
    task_details: str
    assigned_agent: AgentEnum # we want to assign the task to the agent

class TravelPlan(BaseModel):
    main_task: str
    subtasks: List[TravelSubTask]
    is_greeting: bool
import json
import os
from typing import Optional

from autogen_core.models import UserMessage, SystemMessage, AssistantMessage
from autogen_ext.models.openai import AzureOpenAIChatCompletionClient

# Create the client with type-checked environment variables

client = AzureOpenAIChatCompletionClient(
    azure_deployment=os.getenv("AZURE_OPENAI_DEPLOYMENT_NAME"),
    model=os.getenv("AZURE_OPENAI_DEPLOYMENT_NAME"),
    api_version=os.getenv("AZURE_OPENAI_API_VERSION"),
    azure_endpoint=os.getenv("AZURE_OPENAI_ENDPOINT"),
    api_key=os.getenv("AZURE_OPENAI_API_KEY"),
)

from pprint import pprint

# Define the user message

messages = [
    SystemMessage(content="""You are an planner agent.
    Your job is to decide which agents to run based on the user's request.
    Below are the available agents specialized in different tasks:
    - FlightBooking: For booking flights and providing flight information
    - HotelBooking: For booking hotels and providing hotel information
    - CarRental: For booking cars and providing car rental information
    - ActivitiesBooking: For booking activities and providing activity information
    - DestinationInfo: For providing information about destinations
    - DefaultAgent: For handling general requests""", source="system"),
    UserMessage(content="Create a travel plan for a family of 2 kids from Singapore to Melbourne", source="user"),
]

response = await client.create(messages=messages, extra_create_args={"response_format": TravelPlan})

# Ensure the response content is a valid JSON string before loading it

response_content: Optional[str] = response.content if isinstance(response.content, str) else None
if response_content is None:
    raise ValueError("Response content is not a valid JSON string")

# Print the response content after loading it as JSON

pprint(json.loads(response_content))

上記のコードから得られる出力を使用して、assigned_agentにルーティングし、旅行プランをエンドユーザーに要約して提供することができます。

{
    "is_greeting": "False",
    "main_task": "Plan a family trip from Singapore to Melbourne.",
    "subtasks": [
        {
            "assigned_agent": "flight_booking",
            "task_details": "Book round-trip flights from Singapore to Melbourne."
        },
        {
            "assigned_agent": "hotel_booking",
            "task_details": "Find family-friendly hotels in Melbourne."
        },
        {
            "assigned_agent": "car_rental",
            "task_details": "Arrange a car rental suitable for a family of four in Melbourne."
        },
        {
            "assigned_agent": "activities_booking",
            "task_details": "List family-friendly activities in Melbourne."
        },
        {
            "assigned_agent": "destination_info",
            "task_details": "Provide information about Melbourne as a travel destination."
        }
    ]
}

上記のコードサンプルを含むノートブックはこちらで確認できます。

繰り返し計画

一部のタスクでは、サブタスクの結果が次のステップに影響を与えるため、再計画ややり取りが必要になる場合があります。例えば、エージェントがフライト予約中に予期しないデータ形式を発見した場合、戦略を適応させてからホテル予約に進む必要があります。

さらに、ユーザーからのフィードバック（例：ユーザーが早い時間のフライトを希望する場合）によって部分的な再計画がトリガーされることもあります。この動的で反復的なアプローチにより、最終的な解決策が現実の制約や進化するユーザーの好みに合致するようになります。

例：サンプルコード

from autogen_core.models import UserMessage, SystemMessage, AssistantMessage
#.. same as previous code and pass on the user history, current plan
messages = [
    SystemMessage(content="""You are a planner agent to optimize the
    Your job is to decide which agents to run based on the user's request.
    Below are the available agents specialized in different tasks:
    - FlightBooking: For booking flights and providing flight information
    - HotelBooking: For booking hotels and providing hotel information
    - CarRental: For booking cars and providing car rental information
    - ActivitiesBooking: For booking activities and providing activity information
    - DestinationInfo: For providing information about destinations
    - DefaultAgent: For handling general requests""", source="system"),
    UserMessage(content="Create a travel plan for a family of 2 kids from Singapore to Melbourne", source="user"),
    AssistantMessage(content=f"Previous travel plan - {TravelPlan}", source="assistant")
]
# .. re-plan and send the tasks to respective agents

より包括的な計画については、Magnetic Oneをご覧ください。

まとめ

この記事では、利用可能なエージェントを動的に選択するプランナーを作成する方法の例を見てきました。プランナーの出力はタスクを分解し、エージェントに割り当てて実行できるようにします。エージェントがタスクを実行するために必要な機能やツールにアクセスできることを前提としています。エージェントに加えて、リフレクション、要約、ラウンドロビンチャットなどの他のパターンを含めることで、さらにカスタマイズすることができます。

追加リソース

AutoGen Magnetic One - 複雑なタスクを解決するための汎用マルチエージェントシステムで、複数の難易度の高いエージェントベンチマークで優れた結果を達成しています。参考: autogen-magentic-one。この実装では、オーケストレーターがタスク固有の計画を作成し、これらのタスクを利用可能なエージェントに委任します。オーケストレーターは計画だけでなく、タスクの進捗を監視し、必要に応じて再計画を行う追跡メカニズムも採用しています。

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