第26讲 · EECS 189:智能体(客座讲座)

UC Berkeley EECS 189/289A《机器学习导论》2026 春季 · 主题重构与知识补充 为什么这一讲没有幻灯片? 它是线上客座讲座,日程表里只有一行标题。EECS 189 在学期末安排了两讲与智能体相关:第 26 讲(客座) 与 第 27 讲(LLMs, Agents, Environments,有完整录像/讲义)。本册可视为第 27 讲的前置/加深读本,系统补齐「智能体」的概念体系。

原始标题 Guest Lecture on Agents (Online, NOT In Person)
视频 无(线上客座讲座,课程主页未发布录像/讲义/笔记)
课程主页 https://eecs189.org/sp26/
原始材料 2026 春季日程中本讲没有任何 PDF / Notes / Video 链接
主要补充来源 Datawhale 《Hello-Agents:从零开始构建智能体》 https://hello-agents.datawhale.cc
对照参考 2025 秋季课程 https://eecs189.org/fa25/;本课程第 23、27 讲

对应讲次:第26讲(UC Berkeley EECS 189 机器学习导论)

制作模型:deepseek-flash(coding-agent / pi;据 ~/.pi/agent/settings.json)

说明:因原讲座无公开材料,本册是一本主题重构 + 知识补充的读本:以课程「智能体」主线为骨、以 Hello-Agents 的系统化教程为肉整理而成。它不是原讲座的逐页复刻。

本讲路线图

  1. 什么是智能体:定义、四要素、与传统智能体的区别、类型;
  2. 发展史:符号主义 → 联结主义 → 行为主义(RL)→ LLM 智能体;
  3. 运行机制:PEAS、Agent Loop(感知-思考-行动-观察);
  4. 经典范式:ReAct、Plan-and-Solve、Reflection;
  5. 记忆与检索、上下文工程;
  6. 通信协议:MCP、A2A、ANP;
  7. Agentic RL:从 SFT 到 GRPO;
  8. 评测:BFCL、GAIA、ToolBench 与指标;
  9. 与第 27 讲的衔接:环境、可验证奖励、Terminal-Bench、GEPA、对齐。

一、什么是智能体?

1.1 定义与四要素

在人工智能中,智能体(Agent) 被定义为:任何能够通过传感器(Sensors) 感知其所处的环境(Environment),并自主地通过执行器(Actuators) 采取行动(Action) 以达成特定目标的实体。

它包含四个基本要素:

感知 → 行动的闭环,是所有智能体行为的基础。

flowchart LR
  Env[环境 Environment] -->|感知 Sensors| A[智能体]
  A -->|行动 Actuators| Env

1.2 从「传统智能体」到「LLM 智能体」

在 LLM 热潮之前,智能体经历了清晰的能力阶梯(A Modern Approach 的经典分类):

类型 核心问题 例子
简单反射智能体 「现在感知到什么?」 恒温器(条件-动作规则)
基于模型的反射智能体 「世界现在是什么样子?」 隧道中仍能维持前车估计的自驾车
基于目标的智能体 「我该做什么才能达成目标?」 GPS 导航(A* 规划)
基于效用的智能体 「哪种行为最令我满意?」 多目标权衡(时间/油耗/拥堵)
学习型智能体 「如何从经验中自我改进?」 强化学习、AlphaGo Zero

关键转折:传统智能体的能力来自工程师的显式编程;而 LLM 智能体通过在海量数据上的预训练,获得了隐式的世界模型与涌现能力,可以直接处理高层、模糊、充满上下文的自然语言指令。

以「规划一次厦门之旅」为例,LLM 智能体能够:

这是一个「查天气 → 调行程 → 订酒店」的闭环,展现了根据上下文动态修正行为的能力。

1.3 智能体的类型

(1)按内部决策架构:反应式 → 模型式 → 基于目标 → 基于效用,外加可赋予所有类型的学习能力(见 1.2 表)。

(2)按时间与反应性:反应式(Reactive) 与 规划式(Deliberative) 的权衡——速度 vs 最优解。

(3)按知识表示:符号主义(规则/逻辑,透明但脆弱)、亚符号主义/联结主义(神经网络,强大但不透明)、神经符号主义(二者融合)。LLM 智能体是神经符号的绝佳范例:内核是神经网络,过程中生成结构化的思想/计划/API 调用等符号。

flowchart LR
  R[反应式<br/>快·短视] --- H[混合式<br/>LLM 智能体]
  H --- D[规划式<br/>慢·有远见]

1.4 什么不是智能体:Workflow vs Agent

一句话:Workflow 让 AI 按部就班执行指令,Agent 赋予 AI 自由度自主达成目标。

这也对应 bitter lesson(苦涩教训):不要把你的解题方式写死,要让 AI 自己解。第 27 讲会进一步指出:tool use、RAG、硬编码 workflow 都不是真正的 agent;真正的 agent = LLM 在循环里 + 一个(理想的)终端。


二、智能体发展史

智能体的历史,是三大思潮半个多世纪交织、竞争与融合的历史:

  1. 符号主义(Symbolism):智能在于符号操作与逻辑推理。代表:西蒙、明斯基、SHRDLU、专家系统、深蓝。
  2. 联结主义(Connectionism):灵感来自大脑神经网络;辛顿等人推动的反向传播奠定基础,深度学习时代的 CNN、Transformer 成为主流。
  3. 行为主义(Behaviorism):智能体通过与环境互动、试错学习最优策略,现代化身为强化学习(TD-Gammon → AlphaGo)。

里程碑线索:

进入 2020 年代,三大流派以前所未有的方式融合:GPT 是联结主义的产物,却成为执行符号推理、工具调用、规划决策的「大脑」,形成神经-符号结合的现代智能体架构。

flowchart LR
  S[符号主义<br/>规则/逻辑] --> N[神经符号<br/>融合]
  C[联结主义<br/>神经网络] --> N
  B[行为主义<br/>强化学习] --> N
  N --> LLM[LLM 智能体]

三、运行机制:Agent Loop

3.1 任务环境:PEAS 模型

用 PEAS 精确描述一个任务环境:Performance(性能度量)、Environment(环境)、Actuators(执行器)、Sensors(传感器)。

LLM 智能体的数字环境有四个复杂特性,直接影响设计:

3.2 智能体循环(Agent Loop)

核心机制是持续的循环:感知 → 思考 → 行动 → 观察。

flowchart TB
  O[观察 Observation] --> T[思考 Thought]
  T --> P[规划 Planning]
  T --> TS[工具选择 Tool Selection]
  P --> A[行动 Action]
  TS --> A
  A --> E[环境状态变化 State Change]
  E --> O

3.3 交互协议:Thought / Action / Observation

工程上,智能体的输出不是单一自然语言,而是结构化文本,明确展示推理与决策:

Thought: 用户想知道北京的天气。我需要调用天气查询工具。
Action: get_weather("北京")
Observation: 北京当前天气为晴,气温 25 摄氏度,微风。

正是这个 Thought–Action–Observation 循环,把 LLM 的语言推理力与外部环境的真实信息与工具操作结合起来。


四、经典范式

4.1 ReAct:思考与行动协同

在 ReAct 之前:思维链(CoT) 只会「纯思考」,无法与外部交互、易幻觉;纯行动 型缺乏规划与纠错。

ReAct 的洞见是:思考与行动相辅相成——思考指导行动,行动结果反过来修正思考。每一步输出固定的 Thought → Action → Observation 轨迹,并把新观察追加到历史,直到模型在 Thought 中判定完成。

形式化地,在每个时间步 $t$,策略(LLM $\pi$)依据问题 $q$ 与历史 $((a_1,o_1),\dots,(a_{t-1},o_{t-1}))$ 生成思考与行动:

$$(th_t,a_t)=\pi\big(q,(a_1,o_1),\dots,(a_{t-1},o_{t-1})\big),\qquad o_t=T(a_t)$$

适用:需要外部知识(天气/新闻/股价)、精确计算(交给计算器)、与 API 交互(数据库/服务)的任务。

4.2 Plan-and-Solve:先谋后动

为解决 CoT 在多步问题上「偏离轨道」的问题,Plan-and-Solve(2023) 把流程解耦为两个阶段:

  1. 规划阶段:先生成清晰的分步计划 $P=(p_1,\dots,p_n)=\pi_{\text{plan}}(q)$;
  2. 执行阶段:严格按计划逐步执行,$s_i=\pi_{\text{solve}}(q,P,(s_1,\dots,s_{i-1}))$,最终答案是 $s_n$。

适用:结构性强、可清晰分解的任务(多步应用题、多信息源报告、代码生成)。

4.3 Reflection:执行 → 反思 → 优化

灵感来自人类「校对初稿、验算数学题」。Reflexion(2023) 的三步循环:

  1. 执行:用 ReAct/Plan-and-Solve 生成「初稿」;
  2. 反思:由「评审员」LLM 检查事实性错误、逻辑漏洞、效率问题、遗漏信息,产出反馈 $F_i=\pi_{\text{reflect}}(\text{Task},O_i)$;
  3. 优化:结合反馈修订,$O_{i+1}=\pi_{\text{refine}}(\text{Task},O_i,F_i)$。

循环可多次进行直到收敛。价值:提供内部纠错回路(不只依赖外部工具的 Observation)、把一次性执行变成持续优化、并形成宝贵的短期记忆(记得自己如何从初稿迭代到终稿)。

成本收益:Reflection 会额外消耗 LLM 调用与 token,需在质量提升与成本之间权衡。


五、记忆、检索与上下文工程

5.1 为什么需要记忆与 RAG

LLM 的上下文窗口有限,且不记得之前的交互。记忆系统让智能体记住历史、RAG 让它从外部知识库检索。

5.2 四种记忆类型

检索常用组合词法检索:TF-IDF 词项权重相似度 + 关键词匹配,再配合时间衰减与重要性权重打分。

5.3 RAG(检索增强生成)

基础流程:把知识库切块(chunk)→ 向量化 → 查询时做内积相似度检索 → 取回相关块 → 拼接进提示 → 调 LLM 作答。这是「及时把正确信息放进上下文」的经典手段。

5.4 上下文工程(Context Engineering)

从提示工程到上下文工程:提示工程关注「如何写好指令(系统提示)」;上下文工程关注更宏观的问题——「什么样的上下文配置最可能让模型产出期望行为?」,即在推理时策划并维护最优的信息集合(tokens),包括系统指令、工具、MCP、外部数据、消息历史等。

为什么重要——上下文腐蚀(context rot):随着上下文 token 增多,模型准确回忆信息的能力反而下降。这源自 Transformer 的 $n^2$ 注意力在长上下文下被「拉薄」。因此,上下文是有限资源、边际收益递减,模型有「注意力预算」。

有效上下文的解剖学(信息充分但紧致):

智能体式搜索与及时(JIT)上下文:从「推理前一次性 embedding 检索」转向运行时动态加载——维护轻量引用(文件路径、URL、存储查询),让模型用 head/tail/grep 等按需读取,实现渐进式披露(progressive disclosure),只在工作记忆里保留当前必要子集。混合策略常常最优:前置少量高价值上下文 + 允许按需探索。

第 27 讲把这一点提炼为:文件系统 = 智能体的长期记忆,命令行工具组合优雅,让 agent 能做远超编码的任务。


六、通信协议:MCP、A2A、ANP

让智能体与外部世界高效交互,需要标准化协议:

协议 提出方 设计理念 解决什么
MCP(Model Context Protocol) Anthropic 上下文共享:智能体 ↔ 工具/资源 「如何访问工具」(文件、数据库、GitHub、Slack)
A2A(Agent-to-Agent) Google 对等通信:智能体 ↔ 智能体 「如何与其他智能体对话/协作」
ANP(Agent Network Protocol) 开源社区 去中心化服务发现 「如何在大规模网络中发现并连接智能体」

选型:需要访问外部服务 → MCP;多个智能体协作 → A2A;构建大规模智能体生态 → ANP。MCP 通过统一规范,让所有服务以相同方式被访问,并共享丰富上下文(如代码结构、依赖、提交历史),避免为每个服务写专门适配器。


七、Agentic RL:让智能体学会「做事」

7.1 从 PBRFT 到 Agentic RL

传统后训练(PBRFT,基于偏好的强化微调)关注单轮对话质量:给定问题 → 生成回答 → 给分。它对需要多步推理、工具使用、长期规划的智能体任务力不从心。

Agentic RL 把 LLM 视为可学习的策略,嵌入顺序决策循环:在动态环境中多步行动、获得中间反馈、优化长期累积奖励。用 MDP 对比:

维度 PBRFT Agentic RL
状态 $s_0=$ prompt,单步 $s_t=(\text{prompt},o_1,\dots,o_t)$,多步演化
行动 仅文本生成 文本 + 工具调用 + 环境操作
奖励 单步、任务结束给 多步(稀疏/密集/混合)
目标 最大化单步奖励 最大化累积折扣奖励 $\sum_t\gamma^t r(s_t,a_t)$

例子:让智能体「分析某 GitHub 仓库代码质量」——调 API(+0.1)→ 读代码(+0.1)→ 分析(+0.2)→ 出报告(+0.6),总奖励 1.0。

Agentic RL 的目标是赋予六大能力:推理(试错学推理链,而非记忆答案)、工具使用(何时用、用哪个、如何组合)、记忆(管理学什么/何时忘)、规划(动态规划,愿意「绕路」)、自我改进(从错误中学习)、感知(多模态)。

7.2 SFT → GRPO

$$J_{\text{GRPO}}(\theta)=\mathbb{E}\Big[\tfrac{\pi_\theta(a|s)}{\pi_{\text{ref}}(a|s)}\big(r(s,a)-\bar r_{\text{group}}\big)\Big]-\beta\,D_{\mathrm{KL}}(\pi_\theta\|\pi_{\text{ref}})$$

这与第 23 讲「RLVR(带可验证奖励的强化学习)」、第 27 讲「RL/GRPO、GEPA」完全衔接:只要奖励可验证,就能让 agent 自己 rollout、提高正确轨迹、降低错误轨迹。


八、评测:从问答到环境

8.1 主流基准

8.2 评测范式的转变


九、与第 27 讲的衔接:环境、奖励与前沿

第 27 讲(有完整录像/讲义)从「产业与研究现状」角度讲同一主题,与本册互为补充:

flowchart LR
  subgraph 训练闭环
  E[环境 Environment] --> A[Agent 多步 rollout]
  A --> V{可验证奖励}
  V --> RL[SFT / GRPO / GEPA]
  RL --> A
  end

附录 A:2026 春(sp26)与 2025 秋(fa25)课程对比

对照 https://eecs189.org/fa25/。 两学期都使用 Bishop & Bishop《Deep Learning: Foundations and Concepts》教材,但后半学期的主题取舍明显不同:

# fa25(Fall 2025,Narges Norouzi & Joseph Gonzalez) sp26(Spring 2026,Jennifer Listgarten & Alex Dimakis)
1 Introduction + ML Problem Framing Introduction + ML Problem Framing
2 Data Tools Data Tools
3 ML Mechanics ML Mechanics
4 K-Means and Probability Clustering, Probability Review
5 Density Estimation & GMM Intro to MLE, Multivariate Gaussians, Mixture of Gaussians
6 GMM Recap & Linear Regression (1) Multivariate Gaussians & GMM
7 Linear Regression (2) Mixture of Gaussians & Linear Regression
8 Linear Regression (3) Linear Regression
9 Bias-Variance Trade-off Linear Regression & Regularization
10 Logistic Regression (1) Finish Linear Regression & Regularization
11 Logistic Regression (2) Classification
12 Optimization and Gradient Descent Logistic Regression, Classifier Accuracy
13 Adam and SGD Convergence + Momentum + Adam + SGD(合并为一大讲)
14 Neural Networks and PyTorch MLE, MAP and Bias-Variance Trade-off
15 PyTorch + Backpropagation Learning with Gradient Descent
16 NN Design and Regularization Entropy, Information and Logistic Regression
17 NN + Architectures: CNN Neural Networks, Why We Need Depth, UAT, Activation Functions
18 Architectures: CNN Neural Networks, Backpropagation
19 CNN and Autoencoder Backpropagation (ctnd.) & CNN
20 Transformers CNN (ctnd.)
21 Transformers and Language Modeling Transformers
22 LLM Training and Applications Transformers (ctnd.)
23 Guest(日程标注)/ Dimensionality Reduction (PCA)(页面) LLM Training And Applications
24 Self-Supervised Learning Self-Supervised Learning
25 Contrastive Learning and Diffusion Models AI for Protein Engineering
26 Research Panel and Closing Guest Lecture on Agents
27 (无) LLMs, Agents, Environments

主要差异与「查漏补缺」要点:

  1. 前沿应用主题换了:fa25 有 Diffusion Models(L25)与 Autoencoder(L19);sp26 去掉这两块,改为 蛋白质工程(L25)与 智能体(L26/L27)。
  2. 基础主题的增补:sp26 新增/前置了 Entropy & Information(L16)、UAT / 为什么需要深度 / 激活函数(L17)、MLE/MAP 与偏差-方差(L14)——这些在 fa25 中较分散或未单列。
  3. 合并与拆分:sp26 把 Convergence + Momentum + Adam + SGD 合并为一讲(L13),把 CNN 拆成两讲(L19/L20)。
  4. 对照补充建议:
  5. 想补 Diffusion / 对比学习 的系统内容 → 看 fa25 L25(有 Slide PDF)与 Bishop 教材第 20 章;
  6. 想补 Autoencoder → 看 fa25 L19 / 本课程第 24 讲(自监督学习);
  7. 智能体 → fa25 没有专讲,本册 + 第 27 讲是最系统的材料。
  8. fa25 网站许多讲次页面仍是未填充的模板({presenter's name}、?????),但 Content Repository(https://github.com/BerkeleyML/fa25-student)与 Class Drive 可能含更多材料。

附录 B:Hello-Agents 全书目录(延伸阅读)

Datawhale《Hello-Agents:从零开始构建智能体》(https://hello-agents.datawhale.cc)是目前中文世界最系统的智能体实践教程,建议顺序阅读:

部分 章节
一、基础 1 初识智能体 · 2 智能体发展史 · 3 大语言模型基础
二、构建 4 经典范式(ReAct / Plan-and-Solve / Reflection)· 5 低代码平台(Coze/Dify/n8n)· 6 框架(AutoGen/AgentScope/LangGraph)· 7 自研框架
三、进阶 8 记忆与检索 · 9 上下文工程 · 10 通信协议(MCP/A2A/ANP)· 11 Agentic-RL · 12 性能评估
四、实战 13 智能旅行助手 · 14 自动化深度研究智能体 · 15 赛博小镇
五、毕业 16 毕业设计:构建完整多智能体应用

总结(Takeaways)


附:参考

主题 链接
Hello-Agents 教程(本册主要补充来源) https://hello-agents.datawhale.cc
课程主页 https://eecs189.org/sp26/
第 27 讲:LLMs, Agents, Environments(有录像/讲义) https://www.youtube.com/watch?v=yRgSQCXr8M0
2025 秋季课程(对照) https://eecs189.org/fa25/
Russell & Norvig, Artificial Intelligence: A Modern Approach 智能体、PEAS、MDP · https://aima.cs.berkeley.edu/
Yao et al., ReAct 思考-行动-观察 · https://arxiv.org/abs/2210.03629
Wang et al., Plan-and-Solve;Shinn et al., Reflexion 规划与反思 · https://arxiv.org/abs/2305.04091
Anthropic MCP;Google A2A;ANP 通信协议
Shao et al., GRPO 组相对策略优化 · https://arxiv.org/abs/2402.03300
BFCL、GAIA、ToolBench 智能体评测 · https://gorilla.cs.berkeley.edu/leaderboard.html

版权说明:本讲为线上客座讲座,课程主页未提供公开材料。本书依据课程「智能体」主线、Datawhale《Hello-Agents》教程及相关公开资料整理,仅供学习交流;相关方法版权归各自作者/机构所有。