解密Prompt系列38.多Agent路由策略

常见的多智能体框架有几类，有智能体相互沟通配合一起完成任务的例如ChatDev，CAMEL等协作模式, 还有就是一个智能体负责一类任务，通过选择最合适的智能体来完成任务的路由模式，当然还有一些多智能体共享记忆层的复杂交互模式，这一章我们针对智能体路由，也就是选择最合适的智能体来完成任务这个角度看看有哪些方案。

上一章我们讨论的何时使用RAG的决策问题，把范围放大，把RAG作为一个智能体，基座LLM作为另一个智能体，其实RAG决策问题也是多智能体路由问题的一个缩影。那实际应用场景中还有哪些类型的智能体路由呢？

• 不同角色的智能体，例如看到最搞笑的是不同流派的算命机器人
• 不同工具挂载的智能体，例如接入不同知识库，拥有不同领域工具
• 不同思考方式的智能体，例如COT思考，有Step-back思考，有outline思考
• 不同工作流的智能体，例如例如不使用RAG，使用单步RAG，多步RAG的智能体路由
• 把以上融合，也就是不同角色，工具，思考方式，工作流的综合智能体路由

而这里我们看两种外挂策略，也就是可以直接在当前已有多智能体外层进行路由的方案。

基于能力和领域的智能体路由

• One Agent To Rule Them All: Towards Multi-agent Conversational AI
• https://github.com/ChrisIsKing/black-box-multi-agent-integation

MARS其实是一篇大模型出现前的文章，但是却可以作为多Agent路由的基础文章之一，它主要针对当不同领域（能力）的智能体选择。思路非常清晰。论文先定义了多智能体选择问题，该问题的组成元素包括

• query： 用户提问
• agent skill：对于智能体能力的描述，也可以是sample queries
• agent response：智能体对用户提问的回答

那自然就有两种智能体选择的方案，一个是直接基于query进行选择（Query-Pairing），一个是基于智能体response进行选择（Response-pairing），当前的多智能体决策也就是这两个大方向，前者更快但精度有限，后者更慢但效果更好。下面说下方案中的细节，因为实际操作时你会发现两个方案都有难点。

Question pairing

基于query进行判断的问题在于如何描述agent能干啥，论文指出智能体的能力边界不好界定，更难描述。

论文给出的一个方案是使用query sample，虽然不知道模型的全局能力，但是基于用户历史的使用情况，可以知道模型能回答哪些query，例如"locate me some good places in Kentucky that serve sushi"这个问题，"Alexa", "Google"可以回答这个问题。那就可以基于历史收集的query样本训练一个多标签分类模型，预测每个query哪些智能体可以回答。其实这种方案也是使用了response，只不过使用的是历史agent回答。

除了query分类，论文还用了相似度。论文收集了agent在公开网站上的能力描述，例如"Our productivity bot helps you stay productive and organized. From sleep timers and alarms to reminders, calendar management, and email ....".然后使用agent描述和query的文本相似度排序作为agent能否回答该问题的判断。这里论文尝试了bm25，USE，还有微调Roberta等方式进行向量编码。之前我们也考虑过类似KNN的方案，但这种方案有个问题在于文本相似可以衡量领域差异，例如数学Agent，金融Agent，但是无法区分任务复杂程度，所以不适用于领域之外的其他agent路由场景。

Response Pairing

使用在线模型回答来进行路由的核心难点其实就是如何判断response质量，论文指出的是前文多通过response和query的相似度来判断，这是不够的，还要判断准确性，因此论文采用了cross-encoder训练了query-response ranking模型。不过在大模型出来后的这两年，对于response回答质量有了更全面的评价标准，例如OpenAI的3H（Helful, Harmless,Honesty），DeepMind更关注的2H（helpful, harmless）,也有了更多的Reward和Judement模型的训练方案，感兴趣的同学可以去看好对齐RLHF-OpenAI·DeepMind·Anthropic对比分析。

这里就不细说论文的方案了，直接来看下效果吧。论文在22年当时的四大Agent（Aleax,Google,houndify,Adasa）上评估，基于Response排序的方案最好，不过使用Query Sample分类的方案效果也不差。

基于问题复杂程度的智能体路由

• Adaptive-RAG: Learning to Adapt Retrieval-Augmented Large Language Models through Question Complexity

前面的MARS更多是从领域层面对智能体进行划分，例如bank agent，weather agent，transport agent，但是RAG问题上，领域差异更多只影响数据库路由，也就是使用哪些召回，查什么数据。还有一个更重要的差异，来自问题的复杂度。类似的方案有SELF-RAG，不过它是把路由融合在了模型推理的过程中，整体复杂度太高，可用性就有些低了。所以我们看下Adaptive-RAG的外挂路由的方案。

Adaptive-RAG提出了通过分类器，对query复杂程度进行分类，并基于分类结果分别选择LLM直接回答，简单单步RAG，或者复杂多步RAG（论文选择了Interleaving-COT），如下图

那如何判断一个query的复杂程度呢，这里其实和前面MARS提出的query pairing中的query多标签分类模型的思路是相似的。也是使用同一个query，3种模式的回答结果的优劣作为标签来训练分类模型，当然也可以是listwise排序模型。论文使用的是有标准答案的QA数据集，因此多模型回答的结果判断起来会比较简单，这里3种回答方式也有优先级，那就是更简单的链路能回答正确的话，默认标签是最简单的方案。这里的query分类器，论文训练了T5-Large，样本只有400条query，以及每个问题对应在3种链路上的回答结果。

而在现实场景中RAG样本的反馈收集要复杂的多，需要先基于标注样本训练Reward模型，得到对回答质量的评分，再使用Reward模型对多个链路的回答进行打分从而得到分类标签。

如果你的RAG链路选择更多，优先级排序更加复杂的话，不妨使用多标签模型，得到多个候选agent，再基于多个agent之间的优先级选择复杂程度最低，或者在该任务上优先级最高的Agent进行回答。

效果论文分别在single-step和multi-hopQA数据集上进行验证，Adaptive都能在保证更优效果的同时，使用更少的时间和步骤完成任务（Oracle是当分类器完全正确时的效果比较天花板）

基于用户偏好的智能体路由

• Zooter：Routing to the Expert: Efficient Reward-guided Ensemble of Large
  Language Models

第三篇论文是从用户回答偏好出发，选择最合适的agent，其实也是最优的基座模型。基座模型Ensemble和Routing也算是智能体路由中的一个独立的方向，包括的大模型小模型路由以求用更少的成本更快的速度来平衡效果，也有多个同等能能力的模型路由来互相取长补短。个人认为基座模型的路由比不同领域的Agent，或者rag要复杂一些，因为基座模型间的差异在文本表征上更加分散，抽象难以进行归类和划分。这差异可能来自预训练的数据分布差异，指令数据集的风格差异，或者rlhf的标注规则差异等等~

正是因为难以区分，所以基座模型路由要是想使用query-pairing达到可以和response-pairing相近的效果和泛化性，需要更多，更丰富的训练数据。Zooter给出的就是蒸馏方案，也就是训练reward模型对多模型的回答进行评分，然后把模型评分作为标签来训练query路由模型。如下

蒸馏部分，论文借鉴了蒸馏损失函数，为了从reward模型中保留更多的信息，这里没有把多模型的reward打分最后转化成top-answer的多分类问题，而是把reward打分进行了归一化，直接使用KL-divergence让模型去拟合多个模型回答之间的相对优劣。同时考虑到reward-model本身的噪声问题，论文在蒸馏时也使用了label-smoothing的方案来降低噪声，提高模型回答置信度。其实也可以使用多模型reward打分的熵值来进行样本筛选。

奖励函数，论文使用QwenRM作为reward模型，混合多数据集构建了47,986条query样本，对mdeberta-v3-base进行了蒸馏训练。

效果上，论文对比了6个单基座模型，使用蒸馏后的模型进行query路由（ours），以及使用不同Reward模型对response进行路由，还有SOTA GPT3.5和GPT4

• 不同Reward模型的效果差异较大，在当前评估的4个任务集上，Qwen和Ultra的效果要显著更好
• 论文蒸馏的方式训练的Zooter模型在query路由的效果上可以基本比肩使用RM进行response路由，使用1/6的推理成本就能做到相似的效果有相似的推理效果

更多智能体路由相关方案

更多RAG路由，智能体路由，基座模型路由Ensemble的论文，大家感兴趣的可以自己去看

• 智能体路由
  • One Agent To Rule Them All: Towards Multi-agent Conversational AI
  • A Multi-Agent Conversational Recommender System
• 基座模型路由&Ensemble
  • Large Language Model Routing with Benchmark Datasets
  • LLM-BL E N D E R: Ensembling Large Language Models with Pairwise Ranking and Generative Fusion
  • RouteLLM: Learning to Route LLMs with Preference Data
  • More Agents Is All You Need
  • Routing to the Expert: Efficient Reward-guided Ensemble of Large Language Models
• 动态RAG（When to Search & Search Plan）
  • SELF-RAG: LEARNING TO RETRIEVE, GENERATE, AND CRITIQUE THROUGH SELF-REFLECTION ⭐
  • Self-Knowledge Guided Retrieval Augmentation for Large Language Models
  • Self-DC: When to retrieve and When to generate Self Divide-and-Conquer for Compositional Unknown Questions
  • Small Models, Big Insights: Leveraging Slim Proxy Models To Decide When and What to Retrieve for LLMs
  • Adaptive-RAG: Learning to Adapt Retrieval-Augmented Large Language Models through Question Complexity
  • REAPER: Reasoning based Retrieval Planning for Complex RAG Systems
  • When to Retrieve: Teaching LLMs to Utilize Information Retrieval Effectively
  • PlanRAG: A Plan-then-Retrieval Augmented Generation for Generative Large Language Models as Decision Makers

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