Agentic AI: A Comprehensive Survey of Architectures, Applications, and Future Directions

• ArXiv URL: http://arxiv.org/abs/2510.25445v1

• 作者: Fadi Dornaika

• 发布机构: IKERBASQUE; International University of Beirut; Lebanese International University; University of the Basque Country

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引言

本文对智能体AI（Agentic AI）领域进行了全面的综述，提出了一个核心的分析框架以解决现有文献中的概念混乱。作者认为，当前的智能体AI系统并非单一演化的产物，而是源于两个截然不同但有时会交汇的谱系：符号/经典谱系（Symbolic/Classical lineage）和神经/生成谱系（Neural/Generative lineage）。

AI范式历史演进：该时间线描绘了AI从早期符号系统到现代智能体时代的关键突破和时期。它强调了Transformer架构是大型语言模型（LLMs）的关键赋能技术，而LLMs又推动了生成式AI革命，并为当代智能体系统提供了基础。

符号谱系根植于经典AI，其特点是基于算法的规划和持久的状态表示。而神经谱系则由大型语言模型（LLM）驱动，通过随机生成和基于提示（prompt）的编排来运作。本文认为，这两个谱系在底层机制上是根本不兼容的，将它们混为一谈导致了“概念修补”（conceptual retrofitting）的问题——即用一个谱系（通常是新的神经范式）的术语去描述另一个谱系（经典的符号范式）的系统。

本文的主要贡献是引入并系统性地应用了这个“双重谱系”框架，对智能体AI的架构、应用、伦理挑战和未来方向进行了梳un理和分析，旨在为该领域提供一个更清晰、更具结构性的理解。

智能体AI双重谱系的概念框架：该分类法通过区分符号/经典谱系（左）和神经/生成谱系（右）来解决概念修补问题。前者由算法规划和持久状态定义，后者由随机生成和提示驱动的编排定义。虽然两种范式都面向相似的应用，但它们的底层机制根本不同。该框架为本综述提供了分析结构。

理论基础：绘制智能体智能的双重谱系

本章节详细阐述了构成智能体AI的两个核心谱系——符号谱系和神经谱系的理论根基。

符号谱系：算法决策

符号谱系源于经典AI，其核心是通过明确的、基于规则的逻辑和算法来进行决策。它强调可预测性和形式化验证。

马尔可夫决策过程 (MDPs)

MDPs是一种经典的决策制定数学框架，它定义了一个智能体如何在一个完全可观测的环境中选择行动以最大化累积奖励。智能体基于当前状态\(s\)选择一个行动\(a\)，转移到下一个状态\(s'\)并获得奖励\(r\)。这是确定性规划的基础。

部分可观测马尔可夫决策过程 (POMDPs)

POMDPs是MDPs在不确定环境下的扩展。在POMDPs中，智能体无法直接观测到真实世界状态，只能通过观测\(o\)来推断一个关于可能状态的“信念”（belief state）。决策基于这个信念状态进行，更适用于现实世界中信息不完整的情景。

经典符号推理：基于规则的MDP调度器（左）与基于信念的POMDP助手（右）的比较。MDP智能体依赖显式的日历状态和确定性策略，而POMDP智能体则从行为反馈中推断隐藏的用户偏好。两者都代表了符号范式处理决策的方法。

认知架构：BDI 和 SOAR

诸如信仰-愿望-意图模型（Belief-Desire-Intention, BDI）和SOAR等认知架构尝试模拟人类的推理过程。它们将智能体的内部状态分解为信念（对世界的认识）、愿望（目标）和意图（承诺执行的计划），通过预定义的规则和推理循环来实现复杂的决策。

神经谱系：统计学习与涌现推理

神经谱系是现代AI的主流，其智能行为不是通过硬编码的规则实现，而是从大规模数据中学习而“涌现”出来的。LLM是这一谱系的核心基底。

深度强化学习 (DRL)

DRL将深度学习的感知能力与强化学习的决策能力相结合。智能体通过与环境的试错交互来学习一个最优策略。与经典方法不同，DRL策略是一个深度神经网络，能够处理高维输入（如图像），但通常需要大量的训练。

向学习行为的转变：普通DRL（单任务优化）与元DRL（双循环泛化）的架构对比。后者通过元优化循环提高了跨任务的适应性，从显式编程转向学习到的、涌现的能力。

LLM基底与范式转变

LLM的出现彻底改变了智能体AI。LLM本身不遵循MDP或POMDP的严格状态-行动-奖励循环，而是作为一个强大的推理引擎和任务编排器。智能体系统的行为通过精心设计的提示（prompts）来引导，智能体通过调用工具（APIs）和处理自然语言指令来完成任务。这种模式用“提示-生成-工具使用”的循环，替代了符号范式中经典的“感知-规划-行动-反思”循环。

从符号到神经智能体的演进之旅：个人助手从确定性规则系统（MDP），到能感知不确定性的系统（POMDP），最终演变为现代LLM编排的智能体。这段旅程连接了两种范式，最终形成一个通过完全不同机制展现智能行为的系统。

多智能体编排：神经范式的顶峰

在神经范式中，复杂任务通常由一个多智能体系统完成。其中，一个中心的编排器（通常是LLM）负责理解总体目标，并将任务分解给多个专门化的智能体（例如，一个负责编码、一个负责测试、一个负责文档撰写）。这些智能体通过结构化的消息（如JSON或XML）进行通信和协作，其功能是通过提示路由和API工具使用来实现的，这与符号范式中基于状态和规划的循环完全不同。

神经范式的架构：现代AI系统中的多智能体编排。该示意图展示了神经系统的操作范式。一个中央编排器（如LLM）通过结构化消息和上下文管理来协调一个由专业智能体组成的动态工作流。功能通过提示路由和API工具使用而涌现，明确取代了符号范式的“感知-规划-行动-反思”循环。

方法论

本文采用系统性文献综述的方法，遵循PRISMA 2020指南。研究人员从多个数据库（如IEEE Xplore, ACM Digital Library, arXiv）和补充来源中检索了自2018年以来的相关文献。

PRISMA 2020流程图：从数据库（n=157）和补充来源（n=8）中识别记录。去重后（n=120）和标题/摘要筛选后（排除n=42），全文审查确认了78项符合条件的研究。一个补充阶段增加了12篇开创性的理论论文以用于符号范式的背景框架（虚线框内所示），最终得到90篇出版物用于本综述。

文章设定了明确的纳入和排除标准，以确保文献的相关性和质量。纳入标准包括：明确描述了自主或智能体架构的论文、关注智能体之间协调的论文、以及利用LLMs作为代理组件的论文。排除标准包括：纯理论性强化学习论文、非智能体应用的LLM论文、以及主要关注机器人硬件的论文。最终，通过筛选流程，筛选出90篇核心论文进行分析。

数据分析的核心是“范式归属”（Paradigm Attribution），即根据每篇论文中描述的系统底层机制（是基于算法规划还是LLM编排），将其归类于符号谱系或神经谱系。

文献综述：双重范式分析

本章节运用“双重范式”框架对现有文献进行深入剖析。

• 基础研究：追溯了两个谱系的根源，符号谱系源于早期的逻辑推理和规划系统，而神经谱系则植根于连接主义和深度学习的兴起。
• 架构范式：从机制上对两大谱系进行了比较。符号架构（如BDI）是模块化、确定性和可解释的，其智能体遵循明确的“感知-规划-行动”循环。神经架构（如基于LLM的系统）是端到端的、随机性的，其行为通过“提示-生成-解析”的工作流涌现，缺乏传统的可解释性。
• 领域特定实现：分析显示，不同应用领域对范式的选择存在明显倾向。在安全关键领域（如金融、航空），由于对可预测性和可验证性的高要求，符号范式仍然占据主导地位。而在开放式、创造性任务领域（如软件开发、内容创作），神经范式因其灵活性和适应性而被广泛采用。
• 新兴趋势：一个显著的趋势是混合架构的出现。这些系统试图结合两个谱系的优点，例如，使用神经模型（LLM）进行高层次的规划和目标设定，然后交由符号模块来执行具体、可靠的低层任务。
• 协调协议：在多智能体系统中，符号范式的协调依赖于形式化的契约、规范和协议。而神经范式则更倾向于通过类似人类的对话或动态的自然语言交流来实现涌现式的协调。

特定领域应用分析

本文分析了智能体AI在不同领域的部署模式，并再次强调了范式选择的重要性。

• 软件工程：神经范式占据主导，如GitHub Copilot等系统通过LLM生成代码、修复bug甚至进行项目规划。
• 科学研究：神经范式被用于假设生成、实验设计和数据分析，而符号系统则在模拟和形式化验证方面发挥作用。
• 医疗保健：符号范式（如基于规则的临床决策支持系统）因其可靠性而被用于高风险诊断。神经范式则在药物发现和医学影像分析等探索性任务中显示出潜力。
• 游戏与娱乐：从早期基于符号规则的NPC到如今采用深度强化学习和LLM驱动的、行为更复杂多变的NPC，体现了从符号到神经的转变。
• 金融：算法交易等领域仍然严重依赖可预测的符号模型，但神经范oriented模型正被用于市场情绪分析等辅助任务。

工具使用与能力：与真实世界系统集成

现代神经智能体的一个核心能力是工具使用（Tool Use），即通过调用外部API与真实世界系统交互。LLM作为中央编排器，能够根据用户指令选择并调用合适的工具，如：

• 代码解释器：执行Python代码，用于数据分析和数学计算。
• 网页浏览器：浏览网站、提取信息。
• 搜索引擎API：如Google Search或Bing Search，获取最新信息。
• 专业领域API：如金融数据、天气预报、旅行预订等服务的接口。

这种能力极大地扩展了智能体的应用范围，使其不再局限于其训练数据中的知识，而是能够与动态的外部世界进行实时交互。

智能体AI文献的综合分类体系：一种范式感知的分析

这是本综述的核心贡献。作者提出了一个全新的、基于“双重范式”的分类体系（Taxonomy），以结构化地梳理智能体AI领域。

智能体AI系统的范式标注分类体系：该框架组织了该领域的核心组件，并通过架构范式进行视觉区分：符号（蓝色）、神经（橙色）和混合（紫色）。该分类体系揭示了符号范式如何支撑形式化决策模型和认知架构，而神经范式如何定义现代框架和编排模式。应用领域根据其主导范式进行着色，说明了在符号安全性与神经适应性之间的战略选择。该可视化为导航每个架构谱系所需的不同设计、治理和实现路径提供了清晰的路线图。

这个分类体系的核心分类维度就是架构范式。它将智能体AI的各个组成部分和研究方向明确地标注为符号（蓝色）、神经（橙色）或混合（紫色）。

该分类体系的结构主要包括以下几个方面：

1. 架构基础 (Architectural Foundations)
   • 符号谱系：包括认知架构（BDI, SOAR）、决策理论模型（MDP, POMDP）和规划算法。这些是构建可预测、可解释系统的基石。
   • 神经谱系：以LLM为核心，包括提示工程、上下文管理、工具使用和记忆机制（如RAG）。这些定义了现代智能体系统的动态和适应性。
2. 智能体设计模式 (Agent Design Patterns)
   • 单智能体架构：如经典的规划智能体（符号）和ReAct等框架（神经）。
   • 多智能体架构：包括基于层次化规划的团队（符号）和基于LLM编排的协作系统（如CAMEL, ChatDev）。
3. 核心能力 (Core Capabilities)
   • 规划与推理：符号方法使用形式化逻辑和搜索；神经方法则通过LLM的涌现能力进行“链式思考”（Chain-of-Thought）。
   • 记忆与学习：符号系统拥有显式的、结构化的知识库；神经系统则利用向量数据库和检索增强生成（RAG）来管理记忆。
   • 工具使用：这是神经范式的一个标志性能力，通过API调用与外部世界交互。
4. 应用领域 (Application Domains)
   • 根据各领域对安全性、适应性和创造性的不同需求，将其映射到主导的范式之上。例如，金融更偏向符号，而软件开发和创意产业则由神经主导。

这个范式感知的分类体系不仅清晰地组织了现有文献，更重要的是揭示了不同技术路径之间的内在联系和区别，帮助研究者和开发者根据具体需求做出明智的架构选择。

伦理与治理挑战：范式特定的分析

本文强调，对伦理和治理的讨论必须区分范式，因为不同谱系带来的风险截然不同。

• 符号谱系的挑战：
  • 僵化与偏见固化：规则和算法由人类设计，可能包含设计者的偏见，且难以适应新情况。
  • 责任明确但可能不公：虽然可以追溯到具体的规则或代码行，但责任可能最终会集中在设计者身上，而忽视了系统的复杂交互。
• 神经譜系的挑战：
  • 不可预测性与“幻觉”：LLM的行为是随机的，可能产生与事实不符的“幻觉”（hallucinations），在关键任务中造成风险。
  • 对齐与目标漂移：难以确保智能体的行为始终与人类的真实意图对齐，智能体可能会为了达成某个次优指标而采取有害的捷径。
  • 责任归属困难：由于行为是“涌现”的，当出错时，很难确定责任在于数据、模型、提示还是用户。
  • 滥用风险：强大的自主智能体可能被用于恶意目的，如自动化网络攻击或大规模虚假信息传播。

文章呼吁，政策和法规的制定必须考虑到这些范式差异，为不同类型的智能体系统量身定制相应的监管策略。

研究空白：范式特定的路线图

本文根据双重范式框架，指出了智能体AI领域的关键研究空白：

• 符号谱系的研究空白：
  • 可扩展性：传统规划算法在面对大规模问题时，计算复杂度高。
  • 与现实世界的不确定性集成：如何让符号系统更优雅地处理现实世界中不可避免的噪声和模糊性。
• 神经谱系的研究空白：
  • 可靠性与可控性：如何减少LLM的“幻觉”现象，并确保智能体在关键时刻能够给出可靠、可预测的响应。
  • 长期规划能力：当前基于LLM的智能体在处理需要长远规划和复杂推理链条的任务时仍然表现不佳。
  • 高效的上下文管理：LLM的上下文窗口长度有限，如何让智能体在长期任务中维持并有效利用相关信息是一个巨大挑战。
• 跨范式的研究空白：
  • 混合智能的基础理论：目前混合架构多为工程实践，缺乏一个坚实的理论基础来指导如何最优地结合符号与神经组件。 ar * 统一的评估标准：如何跨越范式界限，建立一个能够同时评估符号智能体的正确性和神经智能体的适应性的综合评估框架。

未来方向：通往混合智能之路

本文认为，智能体AI的未来在于融合两大谱系，实现“混合智能”（Hybrid Intelligence）。具体的未来方向包括：

1. 神经-符号的深度集成：开发新架构，使神经模型（如LLM）和符号引擎（如规划器、推理机）能够无缝协作。例如，用LLM处理模糊的自然语言指令，生成结构化的目标，再交由符号规划器执行，执行结果反馈给LLM进行下一步决策。

2. 可验证与可解释的神经智能体：研究如何为神经智能体赋予可解释性和可验证性。这可能涉及从模型中提取符号化知识，或者设计本身就具有内在结构和约束的神经架构。

3. 开发稳健的智能体治理框架：超越技术层面，建立包含法律、伦理和社会规范的综合治理框架。这需要为不同“自主级别”的智能体设定不同的监管要求和责任归属机制。

4unidentified 面向长期任务的记忆与学习：探索更高效的记忆机制，让智能体能够在长时间尺度上学习、遗忘和推理，从而胜任更加复杂的长期项目。

结论

本文通过引入“符号”与“神经”双重谱系的概念框架，对智能体AI领域进行了系统性的梳理和分析。这一框架不仅澄清了当前领域内的概念混淆，还为理解不同架构的优劣、指导应用选择、评估伦理风险以及规划未来研究提供了清晰的路线图。作者认为，尽管神经范式目前占据主导地位，但真正的进步将来自于两个谱系的战略性融合，最终实现功能强大、行为可靠且与人类价值观对齐的混合智能系统。