深入浅出：Agent如何调用工具——从OpenAI Function Call到CrewAI框架

深入浅出：Agent如何调用工具——从OpenAI Function Call到CrewAI框架

嗨，大家好！作为一个喜欢折腾AI新技术的算法攻城狮，最近又学习了一些Agent工作流调用工具的文章，学完之后，我真的是“啊这”，一边感慨AI技术的强大，一边觉得自己打开了新世界的大门。于是，我决定写这篇博客，把我的学习心得分享给大家！如果你对AI智能体、工具集成，以及如何让它们更“聪明”感兴趣，那千万别错过这篇文章！

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引言：Agent与工具，天作之合？

Agent，直译就是“代理”，但在AI领域，它更像是一个“智能小帮手”，可以帮用户完成各种复杂任务，比如回答问题、处理数据，甚至操控其他系统。

但问题来了：Agent再智能，它的基础能力终归有限，比如它不可能自带所有最新的数据，也不可能直接执行某些复杂操作。这时候，就需要一个“外挂”神器——工具！

工具可以赋予Agent超能力，比如：

• 调用外部API：获取实时数据，比如天气、汇率。
• 执行函数：进行复杂计算或数据处理。
• 访问数据库：提取大规模业务数据。

Agent+工具的组合，就像盖伦拿到了一把三相之力（好吧，暴露年龄了），能力瞬间爆炸！而这篇调研报告的核心就是：如何设计这些工具，并让Agent高效调用它们。重点关注了OpenAI的Function Call机制和CrewAI框架下的工具创建方法。下面，我就把我的学习心得分享给大家。

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正文：拆解Agent调用工具的秘密

一、 工具是什么？分类了解一下！

在AI领域，工具可以理解为一些功能模块，通过标准化接口与Agent交互。文中将工具分为以下几类：

1. 信息获取工具：比如调用API获取实时数据，或者从网页爬取信息。
2. 计算处理工具：执行数学运算、运行代码，甚至处理图像。
3. 交互工具：比如发邮件、推送消息。
4. 控制工具：调整Agent的参数，或者控制它的行为，比如让它“安静点”。

引入工具，可以让Agent像开了挂一样，具备模型本身无法完成的能力。就好比给钢铁侠的战甲装上各种黑科技，简直不要太爽！

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二、Agent中集成工具的步骤

想要把工具整合到Agent中，大体需要以下几个步骤：

1. 工具注册：注册工具的schema，通常包括工具的名称、功能描述和接口参数的定义。

2. 接口设计：为工具设计标准化的接口，确保Agent能以统一的方式与工具交互。比如，使用REST API或函数接口作为工具与Agent通信的桥梁。

3. 环境适配与优化：确保工具与Agent的协同工作状态，需要考虑操作系统兼容性、依赖库安装等问题。同时还需要优化工具的性能和响应速度。

这三个步骤确保了Agent能够正确识别和调用工具，发挥工具的功能，增强Agent的能力。

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三、Agent如何调用工具的原理

Agent调用工具的过程涉及到任务理解、工具选择、参数传递和结果处理。下面，我们分别看看OpenAI的Function Call机制和CrewAI框架下的调用机制。

3.1 OpenAI Function Call调用机制

3.1.1 概念解析

OpenAI的Function Call机制是GPT模型的一种扩展能力，允许Agent调用预定义的工具（函数）。在这个机制中，开发者通过提供函数的签名及其功能描述，让模型能够动态地选择、调用并与这些工具交互。

调用过程的核心是：

1. 函数注册：提供函数的名称、功能描述和参数定义。

2. 自然语言解析：模型通过对用户输入的自然语言理解，判断是否需要调用函数来完成任务。

3. 函数调用与返回：模型生成调用函数的参数，执行调用，接收函数返回值并完成任务。

3.1.2 数据流与调用流程

1. 用户输入：

   • 用户向Agent发送请求，例如“请帮我查询明天北京的天气”。

2. 任务解析：

   • GPT模型分析用户输入，判断是否需要调用函数。

3. 生成函数调用参数：

   • 根据函数描述，GPT模型自动生成调用所需的参数。

4. 调用函数：

   • Agent通过后端的工具接口执行实际的函数调用，并获取返回值。

5. 返回结果：

   • 函数返回的结果会被模型处理，并以自然语言的形式呈现给用户。

调用流程可以用下面这个图示简单表示：

graph LR
用户 --> 问题
问题 --> |prompt|LLM模型
LLM模型 --> |匹配可用函数/工具| 生成ToolCal
生成ToolCal --> |传参并调用|应用程序
应用程序 --> |执行函数| 返回ToolCallRespons
返回ToolCallRespons --> LLM模型
LLM模型 --> |生成自然语言的用户响应| 用户

3.1.3 技术实现

在设计和实现智能Agent时，核心挑战之一在于如何让Agent高效完成任务。Agent需要具备以下能力：理解用户意图、判断是否需要调用工具、精准生成工具调用参数，并将调用结果格式化为用户可理解的自然语言输出。

1) 理解用户意图

在OpenAI Function Call中，意图识别的核心依赖于模型对工具描述的理解。以下是具体流程：

1. 工具描述注册：

   • 在模型中注册工具时，需要提供详细的功能说明和参数说明。

     functions = [
         {
             "name": "query_weather",
             "description": "查询天气信息。",
             "parameters": {
                 "type": "object",
                 "properties": {
                     "city": {"type": "string", "description": "城市名称"},
                     "date": {"type": "string", "description": "查询日期"}
                 },
                 "required": ["city", "date"]
             }
         }
     ]
     

2. 模型推断意图：

   • 用户输入后，模型通过上述工具描述推断用户意图。例如，用户输入：“查询明天北京的天气。” ，模型会识别出“query_weather”工具最符合需求。GPT会根据用户输入，自动提取并生成参数，比如从“明天北京”中提取city="北京"和date="明天"。

   

3. 动态决定调用：

   • 如果function_call="auto"，模型会自动判断是否需要调用工具。进一步，如果模型认为用户意图需要调用某个工具，会生成一个函数调用请求，包含工具名称和参数。

2) 判断是否需要调用工具

Agent需要根据用户输入动态判断是否调用工具。这一过程依赖于几方面的机制：

1. 模型内能力 vs 工具能力：
   • 如果任务可以通过模型自身的知识完成（例如回答“GPT是什么？”），则不调用工具。
   • 如果任务需要实时信息、外部数据或复杂计算（例如“今天的汇率是多少？”），则调用工具。
2. 工具匹配度：
   • 工具的匹配度依赖于工具的功能描述，模型通过语义相似度判断。

3) 精准生成工具调用参数

生成工具调用参数是工具调用中的关键步骤。参数的准确性直接影响工具的执行结果。

1. 工具描述驱动：

   • 工具的参数定义（如参数名称、类型、描述等）是模型生成参数的重要依据。
   • 模型会根据用户输入中的关键信息提取参数值。

2. 用户输入补全：

   • 如果用户输入不完整，模型会尝试根据上下文或知识补全。例如，输入“查一下北京的天气”，缺少日期信息时，模型可能自动补全为当天的日期。

3. 参数校验与修正：

   • 传参前，后端需要对模型生成的参数进行校验。例如，检查日期格式是否符合要求。

举个栗子，假设我们有一个处理CAD文件的函数：

functions = [
    {
        "name": "process_cad_file",
        "description": "处理CAD图纸文件，提取设备信息并生成统计报告",
        "parameters": {
            "type": "object",
            "properties": {
                "file_path": {
                    "type": "string",
                    "description": "CAD文件的路径，支持.dwg格式"
                }
            },
            "required": ["file_path"]
        }
    },
]

当用户输入“请帮我处理这个CAD图纸：project.dwg”时，模型会自动生成函数调用：

{
    "function_call": {
        "name": "process_cad_file",
        "arguments": "{\"file_path\": \"project.dwg\"}"
    }
}

3.2 CrewAI框架调用机制

CrewAI是一个基于LangChain的开源Agent框架，提供了方便的工具集成和Agent构建能力。在CrewAI中，工具的创建和调用也非常灵活。

3.2.1 工具注册与调用流程

1. 工具定义：通过继承CrewAI的基类或使用装饰器定义工具。

2. 工具注册：将工具注册到Agent，使其可以被调用。

3. Agent处理用户输入：Agent会解析用户输入，自动匹配适合的工具。

4. 执行工具逻辑：调用工具的run方法，获取结果。

5. 结果返回：将工具结果直接返回给用户。

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四、工具创建的具体方法

4.1 基于OpenAI Function Call的工具创建

4.1.1 工具定义与注册

在OpenAI的Function Call机制中，工具（函数）的定义需要提供详细的描述和参数schema。步骤如下：

1. 定义函数逻辑：编写实际执行任务的函数。

2. 编写函数描述：包括函数名称、功能描述、参数类型和说明。

3. 注册函数：在调用模型时，通过functions参数传递函数描述列表。

def calculate_sum(a, b):
    return a + b

functions = [
    {
        "name": "calculate_sum",
        "description": "计算两个数的和。",
        "parameters": {
            "type": "object",
            "properties": {
                "a": {"type": "number", "description": "第一个数"},
                "b": {"type": "number", "description": "第二个数"}
            },
            "required": ["a", "b"]
        }
    }
]

4.1.2 调用与参数处理

1. 模型调用：设置function_call参数为"auto"，模型会自动决定是否调用函数。

2. 解析函数调用：从模型返回结果中提取function_call信息，获取函数名称和参数。

3. 执行函数：调用实际的函数逻辑，并获取结果。

4. 结果处理：将函数结果转换为自然语言，返回给用户。

4.2 基于CrewAI框架的工具创建

除了可以直接使用CrewAI框架下提供的工具（包括 CrewAI Toolkit 和 LangChain Tools 的工具），还可以创建自己的专属工具。

4.2.1 创建自定义工具

在CrewAI中创建工具非常简单：

1. 使用装饰器@tool定义工具：

   from crewai.tools import tool  
   
   @tool("查询天气")
   def query_weather(city: str, date: str):
       return f"{city}在{date}的天气是晴天，气温5°C。"
   

2. 或者继承BaseTool实现工具：

   from crewai.tools import BaseTool  
   
   class WeatherTool(BaseTool):
       name = "查询天气"
       description = "根据城市和日期查询天气。"  
   
       def _run(self, city: str, date: str):
           return f"{city}在{date}的天气是晴天，气温5°C。"
   

3. 更多的时候还可以使用API来包装函数为结构化工具：

from crewai.tools.structured_tool import CrewStructuredTool
from pydantic import BaseModel

class WeatherTool(BaseModel):
    file_path: str
    process_type: str

def query_weather(file_path: str, process_type: str):
    # 实现处理逻辑
    return "处理结果"

queryweather = CrewStructuredTool.from_function(
    name="查询天气",
    description="根据城市和日期查询天气",
    func=query_weather
)

CrewAI的调用机制与Function Call类似，但支持更复杂的任务分解。比如多个工具可以协同合作，完成一个复杂任务。

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五、工具创建的设计考虑

在创建工具时，需要注意以下设计细节：

1. 输入与输出的明确性

• 输入参数：定义清晰的输入结构和类型，避免模型生成无效参数。
• 输出结构：确保输出结果可以直接供Agent使用，尽量采用标准化格式（如JSON）。

2. 错误处理

• 参数校验：在工具逻辑中对参数进行校验，例如检查日期格式是否正确。
• 异常处理：考虑API调用失败或超时的情况，并返回友好的错误信息。

3. 工具的功能粒度

• 功能过于笼统可能导致工具逻辑复杂化，建议每个工具只专注于单一功能。
• 如果任务较复杂，可以分解为多个工具，并通过Agent协调它们的调用。

我觉得，这些设计考虑对于提升Agent的开发效率和性能非常重要！毕竟，没有人喜欢和一个总是出错的Agent对话，对吧？

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结论：Agent的未来，更智能，更无所不能

通过这篇文章，我深刻感受到，Agent的智能化很大程度上依赖工具的设计和调用能力。无论是OpenAI的Function Call，还是CrewAI框架，都在探索如何让Agent具备更强大的外部能力。

我们可以畅想一下未来：

• 医疗助手通过调用诊断工具，秒出治疗方案。
• 智能家居通过集成控制工具，真正实现“懒人生活”。
• 企业AI通过调用数据工具，精准分析业务决策。

总之，Agent+工具的组合，无疑是AI发展的重要方向。如果你也是AI开发者，不妨尝试用这些技术，打造属于自己的智能Agent！

最后一句废话：作为一个热爱AI技术的算法攻城狮，我真的很享受探索这些新奇有趣的东西。学习的过程虽然有时候会遇到困难，但当你突破瓶颈的那一刻，真的是爽到飞起！好了，不扯了，期待下次能和大家分享更多有趣的内容。掰掰~

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参考资料：

• OpenAI 官方文档
• LangChain 文档
• CrewAI GitHub 仓库