سیستم چند عاملی – انجمن DEV

همه ما در مورد معماری Mixture-of-Experts (MoE) برای LLM شنیده ایم. MoE مدل‌ها را به زیرشبکه‌های جداگانه (یا “متخصصان”) تقسیم می‌کند که هر کدام در زیرمجموعه‌ای از داده‌های ورودی تخصص دارند تا به طور مشترک یک کار را انجام دهند. ترکیبی از معماری‌های Expert به مدل‌های مقیاس بزرگ، حتی مدل‌هایی که میلیاردها پارامتر را شامل می‌شوند، قادر می‌سازد تا هزینه‌های محاسباتی را در طول دوره پیش‌آموزشی تا حد زیادی کاهش دهند و در طول زمان استنتاج به عملکرد سریع‌تری دست یابند. به طور کلی، به جای فعال کردن کل شبکه عصبی برای هر کار، این کارایی را از طریق فعال کردن انتخابی تنها متخصصان خاص مورد نیاز برای یک کار مشخص به دست می آورد.

اگر اصول MOE را در سطح عامل اتخاذ کنیم چه؟ عامل ها، مانند LLM ها، با اضافه کردن مسئولیت های متعدد به آنها، مقیاس بندی آنها سخت می شود. این بینش ساده و در عین حال پیشگامانه ما را به توسعه اولین سیستم چند عامله جهان (MAS) سوق داد که در تولید نیز به کار گرفته شده است. اما ما عمیق‌تر می‌شویم، بیایید با اصول معماری Single-Agent و چگونگی گسترش آن به MAS شروع کنیم.

عامل – بلوک اصلی ساختمان

عامل، در زمینه مدل‌های زبان بزرگ (LLM)، سیستمی است که از یک LLM به عنوان مؤلفه محاسباتی اساسی برای ایجاد یک طرح با استدلال مناسب برای مقابله با هر چالشی با استفاده از ابزارها و منابعی که در اختیار دارد، استفاده می‌کند. این شبیه به یک انسان است که با توجه به یک مشکل، یک استراتژی طراحی کرده و با استفاده از ابزارهای مورد نیاز برای مقابله با مشکل، مشکل را حل می کند. LLM مشابه مغز انسان در عامل عمل می کند. برای هر کار معینی، شخص آن را به این صورت حل نخواهد کرد. راه ایده آل این است که آن را به یک یا چند کار کوچکتر تقسیم کنید که می تواند به صورت متوالی یا مستقل برای حل کار انجام شود. یک نماینده نیز همین کار را انجام خواهد داد. LLM روشی را که قصد دارد کار را حل کند برنامه ریزی خواهد کرد. برای انجام هر یک از مراحل میانی، برنامه معمولاً به استفاده از یک یا چند ابزار در دسترس نماینده نیاز دارد. به غیر از LLM و ابزارها، عامل مؤلفه های دیگری نیز برای عملکرد مناسب مورد نظر خود خواهد داشت.

به طور کلی، سه جزء اصلی یک عامل وجود دارد:

• یک اعلان
• خاطره ای برای نماینده
• ابزارها

اعلان نحوه رفتار و عملکرد سیستم را مشخص می کند. مجموعه اهدافی را که عامل باید به آنها دست یابد، تعریف می کند، در حالی که محدودیت هایی را که باید برای دستیابی به این اهداف دنبال کند، نیز دارد. اعلان را به عنوان طرح اولیه سیستم چند عاملی ما در نظر بگیرید. این مانند طرح اصلی است که مشخص می کند هر عامل به چه چیزی نیاز دارد و چگونه باید آن را انجام دهد. بدون این راهنمایی، عوامل فاقد جهت خواهند بود و ممکن است بی هدف سرگردان شوند. بنابراین، اعلان اساساً به‌عنوان قطب‌نما عمل می‌کند که سیستم ما را در مسیر نگه می‌دارد و تضمین می‌کند که همه عوامل در یک چارچوب تعریف‌شده به سمت اهداف مشترک کار می‌کنند. این اعلان همچنین گلوگاه اصلی در افزایش پیچیدگی یک عامل واحد است. برای ساختن سیستم‌های پیچیده، ما مسئولیت‌ها را بین چندین عامل تقسیم می‌کنیم تا اعلان هر عامل ساده بماند.

حافظه ستون فقرات نمایندگان LLM ما است. مانند آرشیو شخصی دانش و تجربیات آنها عمل می کند. مشابه آنچه که انسان ها از تجربیات گذشته برای تصمیم گیری استفاده می کنند، عوامل LLM از حافظه خود برای درک زمینه، یادگیری از تعاملات گذشته و انتخاب آگاهانه استفاده می کنند. حافظه صرفاً می تواند صرفاً بازگرداندن سابقه مکالمه به LLM باشد، یا حتی می تواند اطلاعات معنایی استخراج شده از مکالمه را ارسال کرده و به LLM بدهد.

ابزارها چاقوهای ارتش سوئیس ماموران ما هستند که قابلیت های تخصصی را برای مقابله موثر با وظایف مختلف در اختیار آنها قرار می دهد. این ابزارها می توانند API ها، توابع اجرایی یا سرویس های دیگری باشند که به عوامل کمک می کنند تا وظایف خود را به پایان برسانند.

اکنون که اجزای اصلی یک Agent را فهمیدیم، بیایید ببینیم که چگونه این اجزا در یک سیستم تک عاملی با هم کار می کنند.

سیستم تک نماینده

یک سیستم تک عاملی شامل یک عامل هوش مصنوعی خاص است که برای دستیابی به هر مشکلی به چندین ابزار در اختیار دارد. این سیستم ها به گونه ای طراحی شده اند که وظایف را به طور مستقل انجام دهند و از قابلیت های ترکیبی ابزارها و قابلیت استدلال LLM استفاده کنند. نماینده یک برنامه گام به گام طراحی خواهد کرد که برای دستیابی به هدف کاربر باید دنبال شود. پس از تدوین طرح، نماینده از ابزارهای مورد نیاز برای تکمیل هر یک از مراحل موجود استفاده می کند. پس از تکمیل هر مرحله، خروجی هایی که در هر مرحله به دست آمده اند را می توان با هم ترکیب کرد تا خروجی نهایی را به دست آورد.

راه های مختلفی برای دستیابی به یک هدف خاص کاربر وجود دارد. طرحی که LLM ها ارائه خواهند کرد بستگی به در دسترس بودن ابزار، هدف کلی آن و محدودیت هایی دارد که باید دنبال کند. بنابراین دستوری که رفتار عامل را کنترل می کند باید به گونه ای ساخته شود که به روشی که ما می خواهیم کار کند و از منابع به نحو احسن برای دستیابی به اهداف استفاده کند.

معماری:

چرا سیستم های تک عاملی هنوز مرتبط هستند؟

استفاده از معماری سیستم Single-Agent چند مزیت دارد. اولاً، سادگی، تنها با یک عامل که تمام وظایف را مدیریت می کند، طراحی، پیاده سازی و مدیریت سیستم آسان تر می شود. سربار سازماندهی ارتباطات بین چندین عامل وجود نخواهد داشت.

سیستم های تک عاملی اغلب انسجام و ثبات بیشتری در تصمیم گیری دارند. با کنترل یک عامل، امکان تضاد اهداف یا اقدامات در بین چندین عامل وجود ندارد. این می تواند منجر به رفتار قابل پیش بینی تر و پایدارتر شود و درک و اشکال زدایی سیستم را آسان تر کند.

سیستم های تک عاملی معمولاً برای کارهایی که نیازی به هماهنگی پیچیده ندارند مناسب تر هستند. در زمینه ها و مناطقی که تصمیم گیری متمرکز مورد نیاز است، یک سیستم تک عاملی کاملاً کارآمد خواهد بود و در دستیابی به هدف کاربر عملکرد خوبی خواهد داشت.

محدودیت های سیستم تک نماینده

عامل‌های منفرد اغلب با تمرکز محدودی طراحی می‌شوند که می‌تواند توانایی آن‌ها را برای انجام وظایف خارج از حوزه مستقیم خود محدود کند. این محدودیت می تواند در محیط هایی که وظایف متنوع هستند یا به سرعت در حال تغییر هستند، چالش هایی ایجاد کند. تمرکز محدود آن‌ها می‌تواند توانایی آن‌ها را برای رسیدگی به وظایف فراتر از حوزه بلافصل خود مانع شود.

مقیاس‌بندی یک عامل واحد برای کارهای گسترده‌تر یا متنوع‌تر اغلب نیاز به طراحی مجدد اساسی دارد. هنگامی که با نیاز به انجام طیف گسترده‌تری از وظایف یا افزایش پیچیدگی مواجه می‌شوید، افزودن قابلیت‌های بیشتر به یک عامل تنها ممکن است کافی نباشد. علاوه بر این، مقیاس بندی یک عامل واحد ممکن است گلوگاه های عملکرد یا مشکلات کارایی را ایجاد کند.

سیستم‌های تک عاملی نیز با محدودیت‌های حافظه و قابلیت‌های پردازش محدود می‌شوند. از آنجایی که همه وظایف و مسئولیت‌ها در یک عامل واحد متمرکز می‌شوند، باید با منابع محدودی که در دسترس است، از جمله حافظه و قدرت پردازش، مقابله کند.

تغییر به سمت معماری سیستم چند عاملی

اکتشاف سیستم های تک عاملی محدودیت های قابل توجهی را به ویژه در رسیدگی به وظایف پیچیده، پویا و مسائل مقیاس پذیری برجسته کرده است. این زمینه را برای معرفی سیستم‌های چند عامله (MAS) فراهم می‌کند که چارچوبی قوی برای غلبه بر این چالش‌ها ارائه می‌دهد. در MAS، معماری، چندین عامل مستقل وجود دارد که همه با هم برای حل وظایف پیچیده کار می کنند.

در MAS، کارگزاران فردی وظایف خاص خود را دارند که با دستورات و ابزارهایشان مشخص می شود. برخلاف سیستم‌های تک عاملی، که در آن یک نماینده مسئول تمام وظایف است، MAS امکان تخصص و همکاری بین چندین نماینده را فراهم می‌کند. این رویکرد نه تنها کارایی را افزایش می دهد، بلکه توانایی سیستم را برای رسیدگی به وظایف پیچیده تر و متنوع تر نیز بهبود می بخشد.

افزودن عوامل بیشتر به سیستم می تواند قابلیت های آن را بدون نیاز به طراحی مجدد قابل توجه گسترش دهد. هنگامی که با افزایش تقاضا یا گسترش دامنه وظایف روبرو می شوید، ترکیب عوامل اضافی راه حلی مقیاس پذیر ارائه می دهد که می تواند رشد را به طور یکپارچه تطبیق دهد. برخلاف سیستم‌های تک عاملی، که در آن مقیاس‌بندی اغلب به تغییرات اساسی در معماری موجود نیاز دارد، سیستم‌های چند عاملی می‌توانند به سادگی با افزودن عوامل جدید با قابلیت‌های تخصصی، راحت‌تر با نیازهای متغیر سازگار شوند. افزونگی ذاتی در سیستم های چند عاملی، تحمل خطا و انعطاف پذیری داخلی را فراهم می کند. اگر یک یا چند عامل نقص کار کنند، سیستم همچنان می تواند کار مورد نظر را به درستی انجام دهد زیرا بقیه نمایندگان به توافق متقابل می رسند.

معماری:

مفهوم و ساختار سیستم های چند عاملی

سیستم چند عاملی متشکل از چندین عامل هوشمند است که هر کدام قادر به انجام وظایف به طور مستقل هستند اما برای کار مشترک در جهت یک هدف مشترک طراحی شده اند. ساختار MAS امکان حل مشکل و تصمیم گیری توزیع شده را فراهم می کند که به طور قابل توجهی کارایی و اثربخشی کلی سیستم را افزایش می دهد. هر عاملی در یک MAS می‌تواند در وظایف یا جنبه‌های مختلف یک مشکل تخصص داشته باشد و مجموعه‌ای از مهارت‌ها و دیدگاه‌های متنوع را به روی میز بیاورد. برخلاف سیستم های تک عاملی، کنترل در MAS بین چندین عامل توزیع می شود که گلوگاه ها و نقاط شکست منفرد را کاهش می دهد. عوامل در یک MAS می توانند با یکدیگر ارتباط برقرار کرده و هماهنگ کنند و اطلاعات و تصمیمات را برای بهینه سازی نتایج به اشتراک بگذارند. این سیستم ذاتاً ماژولار است و امکان افزودن، حذف یا اصلاح عوامل را بدون ایجاد اختلال در کل سیستم فراهم می کند.

پروتکل ارتباط عامل به نماینده (AACP)

در یک سیستم چند عاملی، پروتکل ارتباطی عامل به عامل (AACP) برای تسهیل ارتباطات ساختاریافته و کارآمد بین نمایندگان طراحی شده است که برای دستیابی به اجماع و رسیدگی به مشکلات پیچیده به صورت مشترک ضروری است. این پروتکل در بهبود عملکرد کلی سیستم با استفاده از بینش‌ها و قابلیت‌های مختلف عامل‌های فردی، که هر کدام با شخصیت منحصربه‌فردی که به درخواست‌های سیستم پاسخ می‌دهند مشخص می‌شود، بسیار مفید است.

AACP یک معماری ارتباطی دو وجهی را اتخاذ می کند:

1. جریان ارتباط سلسله مراتبی: این ساختار امکان انتشار اطلاعات در سطوح مختلف سلسله مراتب سیستم را فراهم می کند و عوامل برتر را قادر می سازد تا اقدامات عوامل زیرمجموعه را به طور موثر هماهنگ و هدایت کنند.
2. ارتباط جانبی: عواملی که در همان سطح سلسله مراتبی قرار دارند، دارای قابلیت درگیر شدن در ارتباط مستقیم هستند. این ویژگی برای حل مشکل مشترک و اجرای کار، تسهیل تبادل سریع اطلاعات و هماهنگی بین همتایان ضروری است.

پیکربندی مجدد جریان ارتباطی، متناسب با نیازهای خاص وظیفه در دست، بر انعطاف پذیری و سازگاری AACP تأکید می کند.

تجزیه و تحلیل سیستم های تک و چند عاملی

هنگام مقایسه سیستم های تک عاملی و چند عاملی، چندین تفاوت کلیدی ظاهر می شود:

• مقیاس پذیری: MAS به دلیل ماهیت توزیع شده خود ذاتاً مقیاس پذیرتر از سیستم های تک عاملی هستند. آنها می توانند وظایف پیچیده تری را با تقسیم حجم کار بین چندین عامل انجام دهند.
• استحکام و قابلیت اطمینان: سیستم های چند عاملی عموماً قوی تر و قابل اعتمادتر هستند. شکست یک عامل سیستم را فلج نمی کند و دیگران می توانند وظایف را به عهده بگیرند یا دوباره توزیع کنند.
• انعطاف پذیری و سازگاری: MAS می تواند به طور مؤثرتری با تغییرات محیط یا الزامات کار سازگار شود. آن‌ها می‌توانند خود را مجدداً پیکربندی کنند و در صورت نیاز، عوامل نقش‌های جدیدی را بر عهده بگیرند.

دو انتخاب طراحی برای MAS

در این بخش، دو الگوی طراحی ممکن برای MAS را برجسته خواهیم کرد. اما قبل از اینکه به تفاوت های این دو الگو بپردازیم، اجازه دهید وجوه مشترک آنها را برجسته کنیم. فرض اصلی MAS این است که مشاهده از محیط به چندین متخصص منتقل می شود و کارشناسان مختلف اقدامات مختلفی را توصیه می کنند. سپس یک لایه تجمیع وجود خواهد داشت که در آن این توصیه ها تجزیه و تحلیل می شود و برخی از آنها تایید می شوند. اکنون دو طعم مورد بحث در زیر فقط در یک پارامتر متفاوت است – آیا ما با همه متخصصان مشورت می کنیم یا به طور انتخابی فقط از کارشناسان مربوطه استفاده می کنیم؟

سیستم چند عاملی مبتنی بر مسیریابی

در یک MAS مبتنی بر مسیریابی، ارکستراسیون به عنوان یک لایه مسیریابی عمل می کند. بسته به پیام ارسال شده توسط کاربر، عواملی را که باید فراخوانی کند، تعیین می کند. عوامل فراخوانی شده با یکدیگر در ارتباط با پیام تعامل خواهند داشت و تصمیم خواهند گرفت که بهترین اقدام را انجام دهند و به طور مؤثر آن را به کاربر منتقل کنند. با مسیریابی، ارکستراتور تنها مسئول شناسایی عوامل مناسب و برقراری ارتباط با کاربر خواهد بود. اشکال اصلی این است که لایه مسیریابی تمایل به تبدیل شدن به یک نقطه شکست دارد. اگر روتر تصمیم بگیرد که یک عامل مورد نیاز را فراخوانی نکند، یا اگر عامل دیگری را فراخوانی کند که مورد نیاز نیست، ممکن است در ارتباط با کاربر اختلاف نظر وجود داشته باشد.

سیستم چند عامله مبتنی بر پخش

معماری MAS مبتنی بر پخش بیانگر یک تکامل کلی از MAS مبتنی بر مسیریابی است که به طور موثر لایه مسیریابی را که به عنوان یک نقطه بالقوه شکست عمل می کند، حذف می کند. در مواردی که لایه مسیریابی درخواست کاربر را به اشتباه مدیریت می کند، ممکن است یکپارچگی سیستم به خطر بیفتد. برای افزایش استحکام و دور زدن این آسیب‌پذیری، لایه مسیریابی حذف می‌شود و امکان انتشار رایگان اطلاعات را به همه عوامل مربوطه به صورت هماهنگ فراهم می‌کند. به این ترتیب همه عوامل ورودی را دریافت می کنند و تصمیم می گیرند که آیا خروجی خود را برای تجمیع بدهند یا نه. به این ترتیب اطمینان حاصل می شود که هیچ مشکل ارتباطی بین هیچ یک از عوامل وجود ندارد.

چرا ما معتقدیم که سیستم چند عاملی یک پیشرفت اساسی است؟

ماهیت مشارکتی سیستم های چند عاملی مزایای متعددی را به همراه دارد، به ویژه در محیط های پیچیده و پویا

• قابلیت‌های حل مسئله پیشرفته: با بهره‌گیری از قابلیت‌های متنوع عوامل مختلف، MAS می‌تواند به طور موثرتری نسبت به سیستم‌های تک عاملی با مشکلات پیچیده مقابله کند.
• افزایش کارایی: همکاری بین عوامل اغلب منجر به استفاده کارآمدتر از منابع می شود، زیرا وظایف بر اساس تخصص هر عامل تخصیص می یابد.
• انعطاف‌پذیری در برابر عدم قطعیت و تغییر: سیستم‌های چند عاملی برای کنترل عدم قطعیت و تغییرات محیطی مجهزتر هستند، زیرا می‌توانند به سرعت سازماندهی و تطبیق داده شوند.

علاوه بر این، مزایای ذکر شده در بالا، سیستم های Multi-Agents شباهت زیادی به سیستم هایی دارند که امتحان خود را پس داده اند. به عنوان مثال، ساختار سازمانی سلسله مراتبی که برخی از بزرگترین سازمان ها را در جهان قدرت می دهد، بسیار شبیه به سیستم های چند عاملی است. حتی بدن انسان نیز ترکیبی از چندین سیستم اندام است. این شباهت‌ها این اطمینان را به ما القا می‌کند که MAS یک مفهوم ماندگار در سفر تکاملی عوامل خواهد بود.