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概述

构建智能体（或任何LLM应用）的难点在于使其足够可靠。虽然它们可能在原型中工作，但在实际使用案例中常常失败。

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智能体为何失败？

当智能体失败时，通常是因为智能体内部的LLM调用采取了错误的行动/没有达到我们的预期。LLM失败的原因有两个：
  1. 底层LLM能力不足
  2. 没有将”正确的”上下文传递给LLM
更多时候，实际上是第二个原因导致智能体不可靠。 上下文工程是指以正确的格式提供正确的信息和工具，使LLM能够完成任务。这是AI工程师的首要工作。缺乏”正确的”上下文是更可靠智能体的首要障碍，而LangChain的智能体抽象设计独特，旨在促进上下文工程。
刚接触上下文工程？请从概念概述开始，了解不同类型的上下文及其使用时机。

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智能体循环

典型的智能体循环包括两个主要步骤：
  1. 模型调用 - 使用提示和可用工具调用LLM，返回响应或执行工具的请求
  2. 工具执行 - 执行LLM请求的工具，返回工具结果
核心智能体循环图
这个循环持续进行，直到LLM决定结束。

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您可以控制的内容

为了构建可靠的智能体，您需要控制智能体循环每一步发生的情况，以及步骤之间发生的情况。
上下文类型您控制的内容瞬态或持久
模型上下文模型调用的输入内容（指令、消息历史、工具、响应格式）瞬态
工具上下文工具可以访问和产生的内容（对状态、存储、运行时上下文的读写）持久
生命周期上下文模型和工具调用之间发生的情况（摘要、防护栏、日志记录等）持久

瞬态上下文

LLM单次调用所看到的内容。您可以在不改变状态中保存内容的情况下修改消息、工具或提示。

持久上下文

跨轮次保存在状态中的内容。生命周期钩子和工具写入会永久修改此内容。

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数据源

在整个过程中，您的智能体访问（读取/写入）不同的数据源：
数据源亦称范围示例
运行时上下文静态配置会话范围用户ID、API密钥、数据库连接、权限、环境设置
状态短期记忆会话范围当前消息、上传的文件、认证状态、工具结果
存储长期记忆跨会话用户偏好、提取的见解、记忆、历史数据

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工作原理

LangChain的中间件是底层机制，使得使用LangChain的开发者能够实际进行上下文工程。 中间件允许您钩入智能体生命周期的任何步骤，并：
  • 更新上下文
  • 跳转到智能体生命周期中的不同步骤
在本指南中，您将频繁看到使用中间件API作为实现上下文工程目标的手段。

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模型上下文

控制每次模型调用的输入内容 - 指令、可用工具、使用哪个模型以及输出格式。这些决策直接影响可靠性和成本。

系统提示

开发者给LLM的基本指令。

消息

发送给LLM的完整消息列表（对话历史）。

工具

智能体可以访问以执行操作的实用程序。

模型

要调用的实际模型（包括配置）。

响应格式

模型最终响应的模式规范。
所有这些类型的模型上下文都可以从状态（短期记忆）、存储（长期记忆）或运行时上下文（静态配置）中获取。

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系统提示

系统提示设置LLM的行为和能力。不同的用户、上下文或对话阶段需要不同的指令。成功的智能体利用记忆、偏好和配置来为对话的当前状态提供正确的指令。
从状态访问消息计数或对话上下文：
from langchain.agents import create_agent
from langchain.agents.middleware import dynamic_prompt, ModelRequest

@dynamic_prompt
def state_aware_prompt(request: ModelRequest) -> str:
    # request.messages is a shortcut for request.state["messages"]
    message_count = len(request.messages)

    base = "You are a helpful assistant."

    if message_count > 10:
        base += "\nThis is a long conversation - be extra concise."

    return base

agent = create_agent(
    model="openai:gpt-4o",
    tools=[...],
    middleware=[state_aware_prompt]
)

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消息

消息构成了发送给LLM的提示。 管理消息的内容对于确保LLM拥有正确的信息以良好响应至关重要。
当与当前查询相关时，从状态注入上传的文件上下文：
from langchain.agents import create_agent
from langchain.agents.middleware import wrap_model_call, ModelRequest, ModelResponse
from typing import Callable

@wrap_model_call
def inject_file_context(
    request: ModelRequest,
    handler: Callable[[ModelRequest], ModelResponse]
) -> ModelResponse:
    """Inject context about files user has uploaded this session."""
    # Read from State: get uploaded files metadata
    uploaded_files = request.state.get("uploaded_files", [])  

    if uploaded_files:
        # Build context about available files
        file_descriptions = []
        for file in uploaded_files:
            file_descriptions.append(
                f"- {file['name']} ({file['type']}): {file['summary']}"
            )

        file_context = f"""Files you have access to in this conversation:
{chr(10).join(file_descriptions)}

Reference these files when answering questions."""

        # Inject file context before recent messages
        messages = [  
            *request.messages
            {"role": "user", "content": file_context},
        ]
        request = request.override(messages=messages)  

    return handler(request)

agent = create_agent(
    model="openai:gpt-4o",
    tools=[...],
    middleware=[inject_file_context]
)
瞬态与持久消息更新：上面的示例使用 wrap_model_call 进行瞬态更新 - 修改发送给模型的消息，仅针对单次调用，而不改变状态中保存的内容。对于持久更新（修改状态，如生命周期上下文中的摘要示例），请使用生命周期钩子，如 before_model 或 after_model 来永久更新对话历史。有关更多详细信息，请参阅中间件文档。

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工具

工具让模型能够与数据库、API和外部系统交互。您定义和选择工具的方式直接影响模型能否有效完成任务。

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定义工具

每个工具都需要清晰的名称、描述、参数名称和参数描述。这些不仅仅是元数据 - 它们指导模型关于何时以及如何使用工具的推理。 
from langchain.tools import tool

@tool(parse_docstring=True)
def search_orders(
    user_id: str,
    status: str,
    limit: int = 10
) -> str:
    """Search for user orders by status.

    Use this when the user asks about order history or wants to check
    order status. Always filter by the provided status.

    Args:
        user_id: Unique identifier for the user
        status: Order status: 'pending', 'shipped', or 'delivered'
        limit: Maximum number of results to return
    """
    # Implementation here
    pass

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选择工具

并非每个工具都适用于所有情况。工具过多可能会使模型不堪重负（上下文过载）并增加错误；工具过少则会限制能力。动态工具选择基于认证状态、用户权限、功能标志或对话阶段来调整可用工具集。
仅在达到特定对话里程碑后启用高级工具：
from langchain.agents import create_agent
from langchain.agents.middleware import wrap_model_call, ModelRequest, ModelResponse
from typing import Callable

@wrap_model_call
def state_based_tools(
    request: ModelRequest,
    handler: Callable[[ModelRequest], ModelResponse]
) -> ModelResponse:
    """Filter tools based on conversation State."""
    # Read from State: check if user has authenticated
    state = request.state  
    is_authenticated = state.get("authenticated", False)  
    message_count = len(state["messages"])

    # Only enable sensitive tools after authentication
    if not is_authenticated:
        tools = [t for t in request.tools if t.name.startswith("public_")]
        request = request.override(tools=tools)  
    elif message_count < 5:
        # Limit tools early in conversation
        tools = [t for t in request.tools if t.name != "advanced_search"]
        request = request.override(tools=tools)  

    return handler(request)

agent = create_agent(
    model="openai:gpt-4o",
    tools=[public_search, private_search, advanced_search],
    middleware=[state_based_tools]
)
有关更多示例，请参阅动态选择工具。

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模型

不同的模型具有不同的优势、成本和上下文窗口。为当前任务选择合适的模型，这可能在智能体运行期间发生变化。
基于状态中的对话长度使用不同的模型：
from langchain.agents import create_agent
from langchain.agents.middleware import wrap_model_call, ModelRequest, ModelResponse
from langchain.chat_models import init_chat_model
from typing import Callable

# Initialize models once outside the middleware
large_model = init_chat_model("anthropic:claude-sonnet-4-5")
standard_model = init_chat_model("openai:gpt-4o")
efficient_model = init_chat_model("openai:gpt-4o-mini")

@wrap_model_call
def state_based_model(
    request: ModelRequest,
    handler: Callable[[ModelRequest], ModelResponse]
) -> ModelResponse:
    """Select model based on State conversation length."""
    # request.messages is a shortcut for request.state["messages"]
    message_count = len(request.messages)  

    if message_count > 20:
        # Long conversation - use model with larger context window
        model = large_model
    elif message_count > 10:
        # Medium conversation
        model = standard_model
    else:
        # Short conversation - use efficient model
        model = efficient_model

    request = request.override(model=model)  

    return handler(request)

agent = create_agent(
    model="openai:gpt-4o-mini",
    tools=[...],
    middleware=[state_based_model]
)
有关更多示例，请参阅动态模型。

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响应格式

结构化输出将非结构化文本转换为经过验证的结构化数据。当提取特定字段或为下游系统返回数据时，自由格式的文本是不够的。 工作原理： 当您提供模式作为响应格式时，模型的最终响应保证符合该模式。智能体运行模型/工具调用循环，直到模型完成工具调用，然后将最终响应强制转换为提供的格式。

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定义格式

模式定义指导模型。字段名称、类型和描述确切指定输出应遵循的格式。 
from pydantic import BaseModel, Field

class CustomerSupportTicket(BaseModel):
    """Structured ticket information extracted from customer message."""

    category: str = Field(
        description="Issue category: 'billing', 'technical', 'account', or 'product'"
    )
    priority: str = Field(
        description="Urgency level: 'low', 'medium', 'high', or 'critical'"
    )
    summary: str = Field(
        description="One-sentence summary of the customer's issue"
    )
    customer_sentiment: str = Field(
        description="Customer's emotional tone: 'frustrated', 'neutral', or 'satisfied'"
    )

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选择格式

动态响应格式选择基于用户偏好、对话阶段或角色调整模式 - 早期返回简单格式，随着复杂性增加返回详细格式。
基于对话状态配置结构化输出：
from langchain.agents import create_agent
from langchain.agents.middleware import wrap_model_call, ModelRequest, ModelResponse
from pydantic import BaseModel, Field
from typing import Callable

class SimpleResponse(BaseModel):
    """Simple response for early conversation."""
    answer: str = Field(description="A brief answer")

class DetailedResponse(BaseModel):
    """Detailed response for established conversation."""
    answer: str = Field(description="A detailed answer")
    reasoning: str = Field(description="Explanation of reasoning")
    confidence: float = Field(description="Confidence score 0-1")

@wrap_model_call
def state_based_output(
    request: ModelRequest,
    handler: Callable[[ModelRequest], ModelResponse]
) -> ModelResponse:
    """Select output format based on State."""
    # request.messages is a shortcut for request.state["messages"]
    message_count = len(request.messages)  

    if message_count < 3:
        # Early conversation - use simple format
        request = request.override(response_format=SimpleResponse)  
    else:
        # Established conversation - use detailed format
        request = request.override(response_format=DetailedResponse)  

    return handler(request)

agent = create_agent(
    model="openai:gpt-4o",
    tools=[...],
    middleware=[state_based_output]
)

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工具上下文

工具的特殊之处在于它们既读取又写入上下文。 在最基本的情况下，当工具执行时，它接收LLM的请求参数并返回工具消息。工具完成其工作并产生结果。 工具还可以为模型获取重要信息，使其能够执行和完成任务。

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读取

大多数现实世界的工具需要的不仅仅是LLM的参数。它们需要用户ID用于数据库查询、API密钥用于外部服务或当前会话状态以做出决策。工具从状态、存储和运行时上下文读取以访问此信息。
从状态读取以检查当前会话信息：
from langchain.tools import tool, ToolRuntime
from langchain.agents import create_agent

@tool
def check_authentication(
    runtime: ToolRuntime
) -> str:
    """Check if user is authenticated."""
    # Read from State: check current auth status
    current_state = runtime.state
    is_authenticated = current_state.get("authenticated", False)

    if is_authenticated:
        return "User is authenticated"
    else:
        return "User is not authenticated"

agent = create_agent(
    model="openai:gpt-4o",
    tools=[check_authentication]
)

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写入

工具结果可用于帮助智能体完成给定任务。工具既可以直接将结果返回给模型，也可以更新智能体的记忆，使重要上下文可用于未来步骤。
使用Command写入状态以跟踪会话特定信息：
from langchain.tools import tool, ToolRuntime
from langchain.agents import create_agent
from langgraph.types import Command

@tool
def authenticate_user(
    password: str,
    runtime: ToolRuntime
) -> Command:
    """Authenticate user and update State."""
    # Perform authentication (simplified)
    if password == "correct":
        # Write to State: mark as authenticated using Command
        return Command(
            update={"authenticated": True},
        )
    else:
        return Command(update={"authenticated": False})

agent = create_agent(
    model="openai:gpt-4o",
    tools=[authenticate_user]
)
有关在工具中访问状态、存储和运行时上下文的全面示例，请参阅工具。

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生命周期上下文

控制核心智能体步骤之间发生的情况 - 拦截数据流以实现横切关注点，如摘要、防护栏和日志记录。 正如您在模型上下文和工具上下文中所见，中间件是使上下文工程切实可行的机制。中间件允许您钩入智能体生命周期中的任何步骤，并：
  1. 更新上下文 - 修改状态和存储以持久化更改、更新对话历史或保存见解
  2. 在生命周期中跳转 - 基于上下文移动到智能体循环中的不同步骤（例如，如果满足条件则跳过工具执行，使用修改后的上下文重复模型调用）
智能体循环中的中间件钩子

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示例：摘要

最常见的生命周期模式之一是在对话历史过长时自动压缩。与模型上下文中显示的瞬态消息修剪不同，摘要持久更新状态 - 永久用摘要替换旧消息，该摘要将保存用于所有未来轮次。 LangChain为此提供了内置中间件： 
from langchain.agents import create_agent
from langchain.agents.middleware import SummarizationMiddleware

agent = create_agent(
    model="openai:gpt-4o",
    tools=[...],
    middleware=[
        SummarizationMiddleware(
            model="openai:gpt-4o-mini",
            max_tokens_before_summary=4000,  # 在4000个标记时触发摘要
            messages_to_keep=20,  # 摘要后保留最后20条消息
        ),
    ],
)
当对话超过标记限制时，SummarizationMiddleware 自动：
  1. 使用单独的LLM调用汇总较早的消息
  2. 用状态中的摘要消息替换它们（永久）
  3. 保留最近的消息以保持上下文
汇总后的对话历史被永久更新 - 未来的轮次将看到摘要而不是原始消息。
有关内置中间件的完整列表、可用钩子以及如何创建自定义中间件，请参阅中间件文档。

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最佳实践

  1. 从简单开始 - 从静态提示和工具开始，仅在需要时添加动态功能
  2. 增量测试 - 一次添加一个上下文工程功能
  3. 监控性能 - 跟踪模型调用、标记使用和延迟
  4. 使用内置中间件 - 利用 SummarizationMiddleware、LLMToolSelectorMiddleware 等
  5. 记录您的上下文策略 - 清晰说明正在传递什么上下文以及原因
  6. 理解瞬态与持久：模型上下文更改是瞬态的（每次调用），而生命周期上下文更改持久保存到状态

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相关资源

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