近期，公司在AI相关项目，尤其是问答系统领域，对回答的准确率和表述质量提出了更高的要求。用户提出的问题不仅限于基础性问题，还可能涉及多样化、复杂化的场景。也就在上周五快下班的时候，项目经理向我反馈，之前的项目团队支持的某客户在使用问答系统时，除了查询私有知识库中的信息外，还会提出以下几类问题：
- 可直接由大语言模型（LLM）回答的问题：例如通用知识或常识性问题。
- 非知识库相关的口头表达：如“谢谢”、“再见”等社交性语句。
- 需要多步推理的复杂问题：例如涉及逻辑推理或上下文关联的问题。
然而，之前项目团队采用的RAG技术存在一定的局限性：无论用户提出何种问题，系统均默认从知识库中检索答案，再交由LLM生成回答。针对非知识库问题（如口头表达），团队通过在prompt层面设置固定回复的方式进行处理。虽然这种方法能够部分解决问题，但其设计不够优雅，且无法有效应对需要多步推理的复杂问题。项目经理希望我能提出一种更优化的解决方案，以应对上述挑战。为此，我向他提出了一种轻量级的多智能体方案，在不修改检索器和LLM的前提下，优化整个RAG流程。
架构图
定义三个智能体
我们设计了三个专门的智能体——推理路由器（Reasoning Router）、信息过滤器（Information Filter）和****决策制定者（Decision Maker）——以促进检索器与大型语言模型（LLM）之间的通信，每个轻量级智能体扮演不同的角色，通过有针对性的指令协同管理RAG（Retrieval-Augmented Generation）管道的各个方面。这种统一设计确保了高效的协调，同时保持了边缘部署的简洁性。三个智能体分别负责评估是否需要检索、生成有效的查询以及选择适合 LLMs 的信息。
推理路由器（Reasoning Router）
从高层次视角确定给定问题的最佳推理策略。根据当前状态（即问题），它通过最多两步操作选择行动：
- 决定检索必要性：如果输出[No Retrieval]，则问题直接由LLM处理，利用其内部知识生成答案。
- 确定问题复杂性：如果输出[Retrieval]，还会评估问题是否需要复杂推理。
- 对于复杂问题，输出[Planning]，这将触发需要多个智能体协调的多步推理策略。
具体示例如下：
- 输入问题：q = "What is the capital of France?"
- 解释：该问题属于常识性问题，可直接由LLM回答，无需检索。
- 输入问题：q = "What is the population of Paris in 2023?"
- 输出：[Retrieval]<population of Paris 2023>
- 输入问题：q = "How does the economic policy of Country A affect its trade relations with Country B?"
- 解释：该问题涉及多步推理，需要分解为多个子目标并逐步解决。
过滤器（Information Filter）
用于处理和过滤检索到的信息，以识别适合LLM的内容。其状态空间包括问题、检索到的文档以及当前的推理目标（如果在[Planning]模式下运行）。
决策者（Decision Maker）
根据当前状态在[Planning]策略中确定最佳行动。其状态空间包括问题、LLM生成的路线图以及推理历史中积累的文档。根据当前状态，智能地选择行动以评估进展并决定下一步操作。
智能体如何协作?
直接回答策略（Direct Answering Strategy）和单次检索策略（Single-pass Strategy）已在推理路由器（Reasoning Router）的定义中介绍，分别对应于输出[No Retrieval]和[Retrieval]
多步推理策略（Multi-Step Reasoning Strategy）对应于推理路由器输出的[Planning]。该策略旨在解决需要LLM生成高层次路线图以及多次检索-过滤循环的复杂问题，通过以下三个阶段实现迭代式信息收集和推理：
- 生成路线图（Generate Roadmap）：LLM将复杂问题分解为一系列结构化的子目标，为智能体提供高层次的指导。这些子目标定义了解决问题的步骤和所需的信息类型。
- 迭代检索与过滤（Iterative Retrieval and Filtering）：根据生成的路线图，智能体通过多次检索-过滤循环逐步收集相关信息。每次循环中，推理路由器确定当前子目标是否需要检索，信息过滤器提取相关文档，决策制定者评估进展并决定下一步操作。
- 综合与生成答案（Synthesis and Answer Generation）：在完成所有子目标后，LLM综合收集到的信息，生成最终答案。这一过程确保了复杂问题能够得到全面且准确的回答。
通过这三种策略，我们的多智能体系统能够自适应地处理不同复杂度的问题：
- 直接回答策略（Direct Answering Strategy）：适用于通用知识问题，提供即时响应。
- 单次检索策略（Single-pass Strategy）：高效处理基于事实的问题，通过一次检索-过滤循环获取答案。
- 多步推理策略（Multi-Step Strategy）：通过引导式迭代推理解决复杂问题。
prompt如何设计
Reasoning Router
推理路由器将按照以下步骤进行评估并输出相应的动作：
- 分析问题的特异性、复杂性和清晰度，判断是否需要检索或规划。
- 确定问题是否属于LLM的现有知识范围，或者是否需要外部信息支持。
- 如果问题复杂且需要规划，输出：[Planning]。
- 如果问题需要特定信息（如最新事件或LLM知识范围外的细分领域），输出：[Retrieval] ‘YOUR QUERY HERE‘。
- 如果问题可以直接由LLM回答，输出：[No Retrieval]。
其对应的prompt可以如下设计：
你是一个智能助手，负责评估给定的问题是否需要通过检索获取更多信息，或者需要规划才能得出准确答案。你可以访问一个大型语言模型（LLM）来进行规划或回答问题，并且有一个检索系统来提供与查询相关的信息。指令：1. **评估问题**：评估基于LLM的现有知识是否可以提供精确的答案。考虑问题的具体性、复杂性和清晰度。2. **决策类别**：- 如果问题是复杂的，并且在检索之前需要一个规划阶段，你的回应应该是：[Planning]- 如果问题请求特定信息，你认为LLM不具备这些信息，或者涉及最近的事件或超出LLM知识范围的小众话题，请按照以下格式进行回应：[Retrieval] ‘YOUR QUERY HERE‘- 如果你认为LLM可以在没有额外信息的情况下回答问题，请回复：[No Retrieval]3. **专注于评估**：避免直接回答问题。只专注于确定是否需要检索或规划。推理路由器状态现在，请处理以下问题：问题：{question}推理路由器的所有可能操作输出% 对于不需要检索的情况[No Retrieval]% 对于需要检索的情况[Retrieval]<查询内容> （对于简单问题）[Planning] （对于复杂问题）
Information Filter
信息过滤器的状态空间根据系统当前采用的策略不同而有所区别：
- 单次检索策略（Single-pass Strategy）：
- retrieved documents：从检索系统中获取的相关文档。
- 状态空间：S2 = {q, retrieved documents}
- 多步推理策略（Multi-step Reasoning Strategy）：
- retrieved documents：从检索系统中获取的相关文档。
- current objective：当前推理目标（在多步推理模式下）。
- 状态空间：S2 = {q, retrieved documents, current objective}
它会进行文档分析并按照下面的格式进行输出：
Thought: <对每篇文档的分析>Action: [<选定的文档ID>]
示例
问题：What is the population of Paris in 2023?
信息过滤器输出：
Thought: Document 1 contains the most recent population data for Paris (2023). Action: [Document 1]
- 问题：How does the economic policy of Country A affect its trade relations with Country B?
- 检索到的文档：多篇关于Country A经济政策的文档。
你是一个智能助手，负责根据给定的问题和当前步骤的目标分析检索到的文档。你的角色是确定每个文档与问题和指定目标的相关性。
指令：
分析相关性：评估每个文档是否符合当前检索步骤的目标，并且包含对问题的直接回答。思考过程：为每个文档提供简要分析，同时考虑答案内容和检索目标。筛选文档：在你的思考过程之后，生成一个文档索引列表，指示保留哪些文档。信息过滤状态现在，请处理以下问题：当前步骤的目标：{objective}（仅适用于[Planning]模式）问题：{question}文档：{documents}信息过滤输出思考：<对每个文档的分析>行动：[<选定的文档ID>]
Decision Maker
决策者的状态空间为：S3 = {q, Accumulated Documents, Roadmap}
- Accumulated Documents：当前累积的文档（来自之前的检索-过滤循环）。
- Roadmap：由LLM生成的推理路线图（在多步推理策略中）。
主要职责是根据当前状态评估推理进展，并决定是否需要进一步检索或直接生成最终答案。其动作空间包括以下两种可能的操作：
- 请求额外的检索-过滤循环，生成子查询以获取更多相关信息。
它的输出格式如下：
Thought: <对当前进展和目标的分析>Action: {[Retrieval]<subquery content>, 或 [LLM]}
示例
问题：How does the economic policy of Country A affect its trade relations with Country B?
- Roadmap：下一步需要分析Country B的贸易政策。
- Accumulated Documents：包含Country A经济政策的文档。
决策者输出：
Thought: Additional information on Country B's trade policy is required to complete the analysis. Action: [Retrieval]<trade policy of Country B>
- 问题：How does the economic policy of Country A affect its trade relations with Country B?
- Accumulated Documents：包含Country A经济政策和Country B贸易政策的文档。
决策者输出：
Thought: Sufficient information has been accumulated to generate the final answer. Action: [LLM]
通过决策制定器的动态评估和决策，系统能够在多步推理策略中灵活调整检索和生成过程，确保复杂问题得到全面且准确的回答。
对应的prompt如下：
你是一个智能助手，负责根据提供的现有文档、计划和问题确定下一步的适当行动。你可以访问一个大型语言模型（LLM）来回答问题，并且有一个检索系统用于收集额外的文档。你的目标是决定是否编写查询以检索相关文档，或者基于现有文档和计划使用LLM生成全面的答案。指令：1. **评估现有文档**：评估现有文档是否足以回答问题。2. **遵循计划**：了解计划中概述的下一步骤。3. **决策类别**：- 如果现有文档不足以需要额外检索，请回复：[Retrieval] ‘YOUR QUERY HERE‘- 如果现有文档足以回答问题，请回复：[LLM]4. **专注于行动**：不要直接回答问题；集中精力根据现有文档、计划和问题识别下一步的适当行动。决策者状态现在，请处理以下问题：现有文档：{accumulated documents}路线图：{roadmap}问题：{question}决策者的输出思考：[你对当前情况的分析（需要检索额外信息或使用LLM回答）]行动：[基于分析的决定（[Retrieval]<子查询内容> 或 [LLM])]
总结
通过引入多智能体协作的RAG优化方案，成功解决了传统RAG技术在处理多样化问题时的局限性。然而，这种设计较为依赖模型的能力，尤其是Reasoning Router的准确性。一旦Reasoning Router判断错误，最终结果可能不如预期。因此在资源允许的情况下，可以考虑使用一个7B小模型进行fine-tuning以提升Reasoning Router的表现。
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