5.6 Microsoft Semantic Kernel:专注于将LLM集成到现有应用中的框架
5.6.1 Semantic Kernel概述
Microsoft Semantic Kernel(以下简称SK)是一个开源的软件开发工具包(SDK),旨在帮助开发者将大型语言模型(LLM)无缝集成到现有的应用程序中。它支持C#、Python和Java等多种编程语言,提供了轻量级、模块化的框架,用于构建智能代理(Agent)并实现AI与传统代码的协同工作。SK的核心目标是通过提供统一的AI编排层,简化企业在现有系统上引入LLM的复杂性,同时确保企业级可靠性、安全性和可扩展性。
SK的设计理念是将LLM视为一种能力增强工具,通过与现有代码、数据源和API的深度集成,赋予应用程序自然语言处理、任务自动化和智能决策能力。它不仅支持单一LLM的调用,还能通过其代理框架和插件生态系统实现多代理协作,适用于从简单聊天机器人到复杂企业工作流的多种场景。
SK的独特优势包括:
- 模型无关性:支持OpenAI、Azure OpenAI、Hugging Face、NVIDIA等多种LLM,开发者可以根据需求灵活选择模型。
- 插件生态:通过插件机制,开发者可以将现有代码或外部API封装为可被LLM调用的功能模块。
- 企业级特性:内置可观察性、安全性(例如通过Microsoft Graph的权限管理)和稳定的API,适合大规模生产环境。
- 跨语言支持:C#、Python和Java的实现遵循各语言的开发习惯,确保开发体验自然流畅。
以下将详细探讨SK的架构、核心组件、实现方法以及在企业应用中的实践指南。
5.6.2 Semantic Kernel核心架构与组件
SK的架构围绕“内核”(Kernel)这一核心概念构建,Kernel作为一个依赖注入容器,负责管理AI服务、插件和上下文信息。以下是SK的核心组件及其功能:
5.6.2.1 内核(Kernel)
Kernel是SK的中枢,负责协调LLM、插件和外部服务的交互。它通过依赖注入管理所有资源,确保AI应用的模块化与可扩展性。Kernel的主要职责包括:
- 服务选择:根据任务需求选择合适的AI服务(如Azure OpenAI或Hugging Face)。
- 提示渲染:将用户输入和模板化提示词(Prompt)组合,生成可供LLM处理的请求。
- 函数调用:解析LLM的响应,调用相应的插件或原生函数。
- 上下文管理:维护会话状态和上下文信息,支持长期交互。
5.6.2.2 插件(Plugins)
插件是SK的功能扩展单元,封装了可被LLM调用的功能。SK支持两种类型的插件:
- 语义函数(Semantic Functions):基于提示词的函数,直接调用LLM生成自然语言响应。例如,一个语义函数可以通过提示词生成文本摘要。
- 原生函数(Native Functions):用C#、Python或Java编写的传统代码,处理LLM不擅长的任务,如数学计算、API调用或数据库操作。
插件通过OpenAPI规范定义,确保与其他系统(如Microsoft 365 Copilot或ChatGPT)的互操作性。开发者可以通过标注(如C#中的[KernelFunction])或配置文件将现有代码转化为插件。
5.6.2.3 规划器(Planner)
规划器是SK的高级组件,负责将复杂任务分解为多个子任务,并动态编排插件的调用顺序。规划器利用LLM的推理能力,生成执行计划,支持以下模式:
- 顺序规划:按固定顺序执行一系列函数。
- 条件规划:根据上下文动态选择执行路径。
- 递归推理:通过多次调用LLM优化任务分解和执行。
规划器特别适合需要多步骤推理的任务,例如自动生成报告或处理多系统集成的业务流程。
5.6.2.4 记忆(Memory)
SK的记忆机制支持短期和长期上下文管理,分为:
- 短期记忆(Volatile Memory):存储当前会话的上下文,适合实时交互。
- 长期记忆(Vector Store):通过向量数据库(如Azure AI Search、Elasticsearch或Pinecone)存储嵌入(Embedding),支持语义搜索和知识检索。
记忆机制通过与向量数据库的集成,实现了高效的检索增强生成(RAG),使LLM能够基于企业数据生成更准确的响应。
5.6.2.5 代理框架(Agent Framework)
SK的代理框架支持构建自主或协作型智能代理。代理可以分为:
- 单代理:独立完成任务,如智能客服。
- 多代理:多个代理协作完成复杂工作流,如数据分析与报告生成。
代理框架通过与AutoGen的集成,提供了多代理对话和任务分配功能,进一步增强了SK在复杂场景中的适用性。
5.6.2.6 连接器(Connectors)
连接器是SK与外部系统交互的桥梁,支持与Microsoft Graph、REST API、数据库等集成。例如,通过Microsoft Graph连接器,SK可以基于用户权限动态生成个性化的响应。
5.6.3 Semantic Kernel的实现方法
以下是基于SK构建企业应用的典型开发流程,结合代码示例说明如何实现一个简单的智能代理。
5.6.3.1 环境配置
首先,安装SK的SDK。对于C#,可以通过NuGet安装:
bash
dotnet add package Microsoft.SemanticKernel
对于Python,安装PyPI包:
bash
pip install semantic-kernel
配置AI服务(如Azure OpenAI)的环境变量:
bash
export AZURE_OPENAI_API_KEY="your-api-key"
export AZURE_OPENAI_ENDPOINT="your-endpoint"
export AZURE_OPENAI_DEPLOYMENT="your-deployment"
5.6.3.2 创建内核
以下是一个C#示例,初始化内核并添加Azure OpenAI服务:
csharp
using Microsoft.SemanticKernel;
using Microsoft.SemanticKernel.Agents;var builder = Kernel.CreateBuilder();
builder.AddAzureOpenAIChatCompletion(deploymentName: Environment.GetEnvironmentVariable("AZURE_OPENAI_DEPLOYMENT"),endpoint: Environment.GetEnvironmentVariable("AZURE_OPENAI_ENDPOINT"),apiKey: Environment.GetEnvironmentVariable("AZURE_OPENAI_API_KEY")
);
var kernel = builder.Build();
5.6.3.3 定义插件
创建一个原生函数插件,计算字符串长度:
csharp
public class TextPlugin
{[KernelFunction]public int GetLength(string input) => input.Length;
}
将插件添加到内核:
csharp
kernel.Plugins.AddFromType<TextPlugin>("TextPlugin");
5.6.3.4 创建代理
定义一个简单的聊天代理:
csharp
var agent = new ChatCompletionAgent
{Name = "TextAgent",Instructions = "You are a helpful assistant that processes text inputs.",Kernel = kernel
};
5.6.3.5 执行任务
调用代理处理用户输入:
csharp
await foreach (var response in agent.InvokeAsync("Count the length of 'Hello, World!'"))
{Console.WriteLine(response.Message); // 输出:13
}
5.6.3.6 集成外部API
假设需要调用天气API,可以定义一个插件:
csharp
public class WeatherPlugin
{[KernelFunction]public async Task<string> GetWeatherAsync(string city){// 模拟API调用return await Task.FromResult($"Weather in {city}: Sunny, 25°C");}
}
在提示词中调用插件:
csharp
var prompt = "What's the weather in Shanghai?";
var result = await kernel.InvokePromptAsync(prompt);
Console.WriteLine(result); // 输出:Weather in Shanghai: Sunny, 25°C
5.6.4 企业应用实践
SK在企业场景中的应用广泛,以下结合典型案例说明其实现方式。
5.6.4.1 智能客服
需求:构建一个智能客服系统,能够回答用户问题并调用CRM系统记录交互。 实现:
- 配置记忆:使用Azure AI Search存储历史对话,支持上下文感知。
- 定义插件:创建插件调用CRM API,记录用户问题和解决方案。
- 代理设计:部署一个协作代理,结合LLM生成回答和插件执行操作。
- 部署:通过Azure Functions实现无服务器部署,确保高可用性。
5.6.4.2 数据分析助手
需求:生成销售数据的洞察报告,并支持自然语言查询。 实现:
- 数据连接:通过连接器访问SQL数据库,提取销售数据。
- 语义函数:设计提示词,将用户查询转化为SQL查询。
- 规划器:自动分解复杂查询(如“对比去年和今年的销售额”),生成多步执行计划。
- 可视化:通过插件调用Power BI API,生成可视化报告。
5.6.4.3 知识管理
需求:构建企业知识库,支持员工通过自然语言查询内部文档。 实现:
- 向量存储:使用Pinecone存储文档嵌入,支持语义搜索。
- RAG集成:结合LLM和检索结果生成准确回答。
- 权限控制:通过Microsoft Graph连接器,确保回答符合用户权限。
5.6.5 优势与局限性
5.6.5.1 优势
- 无缝集成:与现有代码和API的高度兼容性,降低迁移成本。
- 企业级支持:内置安全性和可观察性,适合生产环境。
- 灵活性:支持多种LLM和编程语言,适应不同技术栈。
- 生态系统:与Microsoft生态(如Azure、Microsoft 365)的深度集成。
5.6.5.2 局限性
- 文档不足:部分语言(如Python、Java)的文档和示例相对C#较少,可能增加学习曲线。
- 复杂性:对于简单任务,SK的配置可能显得过于复杂。
- 依赖外部服务:部分功能(如向量存储)需要依赖Azure或其他云服务,增加部署成本。
5.6.6 最佳实践
- 模块化设计:将功能分解为独立插件,提高代码可维护性。
- 提示工程:优化提示词设计,确保LLM生成结果准确且高效。
- 性能监控:利用SK的日志和可观察性功能,实时监控系统性能。
- 增量实施:从小规模原型开始,逐步扩展到复杂工作流。
- 社区参与:利用SK的GitHub仓库和社区资源,获取最新更新和支持。
5.6.7 未来发展
SK正在快速迭代,未来可能在以下方向进一步增强:
- 多模态支持:整合图像、音频等多模态数据,扩展应用场景。
- AutoGen深度集成:通过与AutoGen的融合,提供更强大的多代理协作能力。
- 无代码平台:结合AutoGen Studio,推出更易用的低代码开发工具。
- 本地化部署:增强对本地模型(如Ollama)的支持,满足数据隐私需求。
5.6.8 总结
Microsoft Semantic Kernel通过其轻量级、模块化的设计,为企业提供了将LLM集成到现有应用的强大工具。其核心组件(Kernel、插件、规划器、记忆、代理框架)共同构建了一个灵活的AI编排层,支持从简单任务到复杂工作流的多种场景。尽管存在文档和复杂性方面的挑战,SK的企业级特性和与Microsoft生态的深度集成使其成为构建智能应用的理想选择。通过遵循最佳实践并结合实际案例,企业可以利用SK快速实现AI驱动的数字化转型。
AutoGen和Microsoft Semantic Kernel(SK)是两种主流的开源框架,用于构建基于大语言模型(LLM)的智能代理(Agent)应用。两者都支持LLM驱动的自动化任务,但在设计理念、功能特性、应用场景和实现方式上存在显著差异。以下从多个维度对AutoGen和SK进行详细比较,以帮助开发者选择适合自身需求的框架。
- 概述与设计理念
AutoGen
- 概述:AutoGen是由Microsoft开发的一个开源框架,专注于多代理(Multi-Agent)协作系统的构建。它通过定义多个具有特定角色和能力的代理,支持复杂的对话和任务协作,特别适合需要动态交互和自动化工作流的场景。
- 设计理念:以多代理协同为核心,强调代理间的对话和任务分解,模拟人类团队协作模式。AutoGen将LLM视为“可对话的计算单元”,通过对话驱动任务执行。
- 目标用户:AI研究人员、需要多代理系统的开发者、自动化任务工程师。
Semantic Kernel (SK)
- 概述:SK是Microsoft开发的一个开源SDK,旨在将LLM无缝集成到现有应用程序中,提供统一的AI编排层。它支持单代理和多代理场景,强调与企业现有系统和代码的深度集成。
- 设计理念:以“内核”为中心,通过模块化组件(插件、规划器、记忆等)整合LLM和传统代码,简化企业应用的开发和部署。SK更像是一个通用的AI集成框架,适用于多种场景。
- 目标用户:企业开发者、技术决策者、需要将AI集成到现有系统的工程师。
比较:
- AutoGen专注于多代理对话和协作,适合探索复杂的代理交互逻辑。
- SK更通用,强调LLM与现有系统的集成,适合企业级应用开发。
- AutoGen更偏向研究和实验,SK更注重生产环境的稳定性和可扩展性。
- 核心功能与组件
AutoGen
- 代理模型:
- 支持多种代理类型:用户代理(UserProxyAgent)、助手代理(AssistantAgent)、群聊代理(GroupChatAgent)。
- 代理通过自然语言对话协作,动态分配任务。
- 对话机制:
- 核心是对话驱动的任务执行,代理通过消息传递协商和完成任务。
- 支持自定义对话模式(如顺序对话、群聊、嵌套对话)。
- 工具调用:
- 提供工具集成功能,代理可以调用Python代码、API或其他外部工具。
- 工具调用依赖于LLM的函数调用能力(如OpenAI的Function Calling)。
- 记忆管理:
- 对话历史存储在内存中,支持上下文感知,但缺乏长期记忆或向量数据库集成。
- 规划与编排:
- 通过对话动态规划任务,缺乏显式的规划器组件。
- 依赖LLM的推理能力分解复杂任务。
- 生态支持:
- 集成OpenAI、Azure OpenAI、Hugging Face等LLM。
- 支持与SK的部分互操作(如代理框架集成)。
Semantic Kernel
- 代理模型:
- 支持单代理(ChatCompletionAgent)和多代理(通过AutoGen或其他框架集成)。
- 代理基于Kernel管理,强调模块化设计。
- 对话机制:
- 通过提示词和插件驱动任务执行,交互逻辑由开发者定义。
- 支持对话上下文管理,但更注重任务导向而非自由对话。
- 工具调用:
- 提供强大的插件系统,支持语义函数(基于LLM)和原生函数(C#/Python/Java代码)。
- 插件通过OpenAPI规范定义,支持与企业API和数据库无缝集成。
- 记忆管理:
- 提供短期记忆(会话上下文)和长期记忆(向量数据库,如Azure AI Search、Pinecone)。
- 支持检索增强生成(RAG),适合知识密集型应用。
- 规划与编排:
- 内置规划器(Planner),支持顺序、条件和递归推理规划。
- 规划器可自动分解复杂任务并生成执行计划。
- 生态支持:
- 支持多种LLM(OpenAI、Azure OpenAI、Hugging Face、NVIDIA等)。
- 与Microsoft生态深度集成(如Microsoft Graph、Azure Functions、Power BI)。
- 支持C#、Python、Java,适合多种技术栈。
比较:
- 代理协作:AutoGen的多代理对话机制更灵活,适合动态交互场景;SK的代理更结构化,依赖规划器和插件。
- 工具集成:SK的插件系统更强大,支持原生代码和企业级API;AutoGen的工具调用更轻量,依赖LLM推理。
- 记忆管理:SK的长期记忆和RAG能力更适合知识库应用;AutoGen的记忆局限于对话历史。
- 规划能力:SK的规划器提供显式的任务分解和编排;AutoGen依赖对话动态规划,灵活但可能不够结构化。
- 生态支持:SK与Microsoft生态的深度集成和跨语言支持更适合企业;AutoGen更轻量,适合快速原型开发。
- 技术实现与开发体验
AutoGen
-
编程语言:主要支持Python,代码风格简洁。
-
开发流程:
- 定义代理及其角色(例如,编码器、测试员、规划者)。
- 配置LLM服务(OpenAI、Azure OpenAI等)。
- 设置对话模式(单代理、群聊等)。
- 实现工具调用或自定义函数。
- 执行对话并处理结果。
-
代码示例(Python):
python
from autogen import AssistantAgent, UserProxyAgent, config_list_from_jsonconfig_list = config_list_from_json("OAI_CONFIG_LIST.json") assistant = AssistantAgent("Assistant", llm_config={"config_list": config_list}) user = UserProxyAgent("User", human_input_mode="ALWAYS") user.initiate_chat(assistant, message="Write a Python script to calculate factorial.")
-
开发体验:
- 易于上手,适合快速原型开发。
- 文档和社区支持较为活跃,但复杂场景的调试可能较困难。
- 依赖LLM的对话能力,任务结果可能因提示词设计而异。
Semantic Kernel
-
编程语言:支持C#、Python、Java,C#生态最成熟。
-
开发流程:
- 初始化Kernel并配置AI服务。
- 定义插件(语义函数或原生函数)。
- 配置代理或规划器,定义任务逻辑。
- 实现记忆或外部系统集成。
- 部署并监控应用。
-
代码示例(C#):
csharp
using Microsoft.SemanticKernel; var builder = Kernel.CreateBuilder(); builder.AddAzureOpenAIChatCompletion("deployment", "endpoint", "api-key"); var kernel = builder.Build(); var result = await kernel.InvokePromptAsync("Write a Python script to calculate factorial."); Console.WriteLine(result);
-
开发体验:
- 配置较复杂,学习曲线稍陡,但适合企业级开发。
- C#文档详尽,Python和Java文档相对较少。
- 提供强大的调试和可观察性工具,适合生产环境。
比较:
- 语言支持:SK支持多语言,适合多样化的技术栈;AutoGen专注于Python,开发更轻量。
- 开发复杂度:AutoGen的对话驱动开发更直观,适合快速实验;SK的模块化设计更复杂,但更适合结构化应用。
- 调试与监控:SK提供企业级的可观察性和日志支持;AutoGen的调试依赖开发者手动分析对话历史。
- 应用场景
AutoGen
- 优势场景:
- 多代理协作:如代码生成与测试(一个代理写代码,另一个代理测试)。
- 自动化工作流:如市场分析(数据收集、分析、报告生成)。
- 研究与实验:探索代理间动态交互逻辑。
- 典型案例:
- 智能编程助手:多个代理协作完成代码编写、调试和优化。
- 任务自动化:通过对话分解复杂任务(如行程规划)。
- 教育与模拟:模拟团队协作,研究多代理行为。
Semantic Kernel
- 优势场景:
- 企业系统集成:将LLM集成到CRM、ERP或知识库系统。
- 知识密集型应用:如智能客服、数据分析助手。
- 生产级部署:需要高可用性、安全性和可扩展性的场景。
- 典型案例:
- 智能客服:结合Microsoft Graph和向量数据库,提供个性化回答。
- 数据分析:通过插件调用SQL和Power BI,生成洞察报告。
- 知识管理:基于RAG的内部文档查询系统。
比较:
- AutoGen适合需要动态交互和多代理协作的场景,如自动化工作流或研究。
- SK更适合需要与现有系统深度集成、支持复杂业务逻辑的企业应用。
- AutoGen更灵活但可能缺乏结构化;SK更结构化但配置成本较高。
- 优势与局限性
AutoGen
- 优势:
- 多代理协作能力强大,适合复杂任务分解。
- 轻量级,易于快速原型开发。
- 对话驱动的任务执行灵活,适应动态场景。
- 开源社区活跃,迭代速度快。
- 局限性:
- 缺乏长期记忆和向量数据库支持,难以处理知识密集型任务。
- 对LLM推理能力依赖较强,结果稳定性可能较低。
- 生产环境支持较弱,缺乏企业级安全性与可观察性。
- 仅支持Python,限制了技术栈选择。
Semantic Kernel
- 优势:
- 支持多语言(C#、Python、Java),适应多样化技术栈。
- 强大的插件系统和企业级集成能力,适合生产环境。
- 提供长期记忆和RAG,适合知识密集型应用。
- 与Microsoft生态深度集成,提供安全性、可观察性和高可用性。
- 局限性:
- 配置和开发复杂度较高,学习曲线陡峭。
- Python和Java生态相对C#较弱,文档支持不足。
- 对于简单任务,SK的模块化设计可能显得过于复杂。
- 部分功能依赖Azure等云服务,增加部署成本。
比较:
- AutoGen在多代理协作和快速原型开发方面更具优势;SK在企业集成、生产部署和知识管理方面更强。
- AutoGen适合研究和轻量级应用;SK适合需要稳定性和可扩展性的企业场景。
- AutoGen的局限性在于生产支持不足;SK的局限性在于开发复杂度和部分生态不成熟。
- 社区与生态
AutoGen
- 社区:开源社区活跃,GitHub Star数较高,迭代频繁。
- 文档:提供丰富的入门教程和案例,但复杂场景的文档较少。
- 生态:与OpenAI、Hugging Face等LLM集成,支持与SK的部分互操作。
- 未来发展:可能进一步增强多模态支持和与SK的融合。
Semantic Kernel
- 社区:Microsoft支持的开源项目,社区稳步增长,C#生态更成熟。
- 文档:C#文档详尽,Python和Java文档有待完善。
- 生态:与Microsoft生态(Azure、Microsoft 365、Power BI)深度集成,支持多种LLM和向量数据库。
- 未来发展:计划增强多模态支持、AutoGen集成和无代码开发工具。
比较:
- AutoGen的社区更偏向研究和开源开发者;SK的社区更偏向企业用户和Microsoft生态开发者。
- AutoGen的文档更适合快速上手;SK的文档更适合企业级开发但不够全面。
- SK的生态更丰富,适合企业集成;AutoGen的生态更轻量,适合灵活实验。
- 选择建议
选择AutoGen的场景
- 需要多代理协作完成复杂任务(如代码生成、自动化工作流)。
- 快速原型开发或研究多代理交互逻辑。
- 技术栈以Python为主,开发者熟悉LLM对话机制。
- 不需要复杂的生产环境支持或长期记忆。
选择Semantic Kernel的场景
- 需要将LLM集成到现有企业系统(如CRM、ERP、知识库)。
- 开发生产级应用,要求高可用性、安全性和可扩展性。
- 需要支持多语言(C#、Python、Java)或与Microsoft生态集成。
- 涉及知识密集型任务,需RAG或向量数据库支持。
结合使用的可能性
- AutoGen和SK并非互斥,可以结合使用。例如,使用AutoGen实现多代理对话逻辑,通过SK的插件和记忆机制集成企业数据和API。
- Microsoft正在推动两者的互操作性,未来可能通过AutoGen的代理框架增强SK的多代理能力。
- 总结
维度 | AutoGen | Semantic Kernel |
---|---|---|
设计理念 | 多代理协作,对话驱动任务执行 | LLM与现有系统集成,模块化AI编排 |
核心功能 | 多代理对话、工具调用、动态规划 | 插件系统、规划器、记忆管理(RAG)、企业集成 |
编程语言 | Python | C#、Python、Java |
开发复杂度 | 低,适合快速原型开发 | 中高,适合企业级开发 |
应用场景 | 多代理协作、自动化工作流、研究 | 企业系统集成、知识管理、生产级部署 |
优势 | 灵活、轻量、易上手 | 企业级支持、模块化、跨语言、生态丰富 |
局限性 | 生产支持弱、记忆能力有限 | 开发复杂、部分文档不足、云服务依赖 |
社区与生态 | 活跃、偏研究 | 稳步增长、偏企业、Microsoft生态支持 |
结论:
- 如果你需要快速构建多代理协作系统或进行AI研究,AutoGen是更轻量、灵活的选择。
- 如果你需要在企业环境中集成LLM、支持复杂业务逻辑和生产部署,SK是更稳健、全面的框架。
- 对于需要结合多代理协作和企业集成的场景,可以探索两者的互操作性,利用AutoGen的对话能力和SK的集成能力。