从零吃透 AI 智能体(Agent):概念解析、发展脉络与代码落地实践
在人工智能领域,“智能体(Agent)” 并非新生词汇,但随着大语言模型(LLM)的爆发,它从学术概念走向了实用落地。其最权威的定义源自斯图尔特・罗素(Stuart Russell)与彼得・诺维格(Peter Norvig)在 1995 年出版的经典著作《人工智能:一种现代方法》(Artificial Intelligence: A Modern Approach),书中明确指出:
An agent is anything that can be viewed as perceiving its environment through sensors and acting upon that environment through actuators.
通俗来讲,Agent 是一套能自主感知环境、决策行动、达成目标的智能系统 —— 它不像传统程序那样 “指令式响应”,而是更像一个 “主动解决问题的助手”:接收任务后,会自主判断是否需要查资料、调用工具,甚至拆解子任务,最终交付结果。
打个更贴近生活的比方:如果把传统 AI 工具比作 “计算器”(需手动输入指令才能运算),那么 Agent 就像 “专属研究员”—— 你只需说 “帮我整理 2024 年新能源汽车销量报告”,它会自己去搜数据、分析趋势、排版成文,全程无需你逐步指导。

一、Agent 的发展简史:从 “死板规则” 到 “自主决策”
Agent 的进化史,本质是 AI 从 “被动执行” 到 “主动思考” 的突破史,大致可分为三个关键阶段:
1. 规则驱动时代(1950-1990 年):靠 “手工编码” 运转的 “专家替身”
这一阶段的 Agent 核心是 “预设规则”,本质是将人类专家的知识转化为计算机能理解的 “if-then” 逻辑,典型代表是专家系统。
- 核心特点:无学习能力,完全依赖人工编写的规则库,仅能在特定领域工作。
- 经典案例:
- 1965 年诞生的 DENDRAL 系统:通过数百条化学规则,能根据质谱数据推断有机化合物结构,被誉为 “第一个真正的专家系统”;
- 1970 年代的 MYCIN 系统:包含约 450 条医学规则,可根据患者症状(如发热、细菌培养结果)诊断传染病,并给出抗生素用药建议,甚至能用自然语言解释推理过程(比如 “因为患者出现革兰氏阴性菌感染,所以推荐使用庆大霉素”)。
- 局限性:
- 知识获取成本极高:需专家与工程师逐行编码规则,一个复杂领域的系统可能需要数年开发;
- 适应性差:遇到规则库外的 “新情况” 就会 “卡壳”,比如 MYCIN 无法处理未收录的罕见病菌;
- 维护困难:规则数量增多后,容易出现 “规则冲突”,修改一条规则可能影响整体逻辑。
2. 强化学习时代(1990-2020 年):靠 “试错学习” 成长的 “环境适应者”
随着机器学习技术兴起,Agent 摆脱了 “手工规则” 的束缚,开始通过 “与环境交互试错” 自主学习策略,核心技术是强化学习(RL)。
- 核心逻辑:Agent 在环境中通过 “感知状态→执行动作→获得奖励 / 惩罚→调整策略” 的循环,逐步学会 “最大化奖励” 的行为模式。比如训练机器人走路时,“站稳前进” 会获得正奖励,“摔倒” 会获得负奖励,反复试错后机器人会掌握平衡技巧。
- 突破性进展:
- 2013 年,DeepMind 用深度强化学习(DRL)训练 Agent 玩雅达利游戏,仅通过像素画面和得分反馈,就达到了人类玩家水平;
- 2016 年,AlphaGo 横空出世:结合深度神经网络与强化学习,在围棋领域击败世界冠军李世石 —— 这是 Agent 首次在 “高复杂度、长决策链” 任务中超越人类,证明了 RL 在复杂环境中的潜力。
- 局限性:
- 依赖 “明确奖励函数”:必须提前定义 “什么是对、什么是错”,比如游戏得分、机器人步数,无法应对 “奖励模糊” 的现实任务(如 “写一篇有温度的文章”);
- 数据效率低:训练一个 Agent 可能需要数百万次试错,比如 AlphaGo 训练时模拟了数千万盘棋局;
- 通用性差:为 “下围棋” 训练的 Agent 无法直接用来 “控制机器人”,每个任务都需重新训练。
3. 大语言模型时代(2020 年至今):靠 “知识与推理” 自主的 “通用助手”
2020 年后,GPT-3、GPT-4 等大型语言模型的出现,彻底改变了 Agent 的形态 ——LLM 自带的 “海量世界知识” 和 “逻辑推理能力”,成为了 Agent 的 “通用大脑”,无需为每个任务单独训练。
- 关键突破点:
- 2022 年,“链式思考(CoT)” 技术诞生:让 LLM 在输出答案前先 “一步步写思考过程”,比如解决数学题时先列公式再计算,推理能力大幅提升;
- 2022 年,谷歌提出 “ReAct” 架构:将 “思考(Reason)” 与 “行动(Act)” 结合,让 LLM 不仅能 “想”,还能 “调用工具”(如搜索、计算),解决了 LLM “知识过时”“不会算数” 的问题;
- 2023 年,AutoGPT、BabyAGI 等开源项目爆火:基于 GPT-4 构建的自主 Agent,能接收 “高阶目标”(如 “帮我创业做一个咖啡品牌”),自动拆解子任务(市场调研→品牌定位→供应链对接)、调用工具(查行业数据、写商业计划书),形成 “目标→规划→执行→反馈” 的闭环。
- 核心优势:
- 通用性强:一个 LLM 驱动的 Agent,既能查天气、写报告,也能编代码、做数据分析,无需重新训练;
- 交互友好:以自然语言为接口,用户无需学习专业指令,直接说 “帮我整理本周会议纪要” 即可;
- 工具扩展性高:可对接搜索引擎、数据库、API 等各类工具,弥补 LLM “知识滞后”“无法操作现实系统” 的短板。
二、LLM agent
回到目前爆火的大语言模型(LLM) agent。业界逐渐探索出多种架构范式,其中有两种典型模式:一种是 ReAct (Reason + Act) 推理-行动交替模式,另一种是 Plan-and-Execute 先规划再执行的模式。
1、 ReAct
ReAct 是 Reasoning and Acting 的缩写,顾名思义,它的核心思想是在 Agent 内部将「思考(Reason)」和「行动(Act)」交替进行 。这一范式最早由 2022 年谷歌大脑团队的论文「ReAct: Synergizing Reasoning and Acting in Language Models」提出 。
简单来说,ReAct 让 LLM 在解决任务时模拟人类的思考过程:想一步,做一步,再根据结果调整思考,再行动……如此循环,直到得出最终答案。

ReAct Agent 的典型工作流程如下:
-
Thought(思考):Agent(LLM)对当前问题或状态进行分析,在内部生成一段思考/推理。这一步类似人脑的自言自语,可能涉及分解问题、制定子目标、假设下一步需要的信息等。
例如面对一个复杂提问,Agent 可能产生内部思考:「要回答这个问题,我需要先查找相关统计数据」。
-
Action(行动):基于上一步的思考结论,Agent 决定采取一个具体行动 。在LLM Agent中,这通常体现为模型输出一个特殊格式的指令,如调用某个工具。举例:“Action: Search[关于X的统计数据]”。
这里的工具可以是预先注入 Agent 的函数,比如网络搜索、计算器、数据库查询等。ReAct 提示模板通常要求模型按照「Thought: … \n Action: … \n Action Input: …」格式输出 ,以明确指示要用的工具及输入 。
-
Observation(观察):一旦 Agent 发出了 Action 指令,外部环境(或我们预先设置的执行器)就会执行这个动作,并将结果返回给 Agent 。
比如当 Action 是搜索查询时,Observation 可能是一段搜索结果摘要。当 Action 是调用计算器,Observation 则是计算结果的值。这个观察结果相当于 Agent 在环境中获取到的新信息。
-
循环迭代:Agent 将 Observation 纳入自己的上下文,再次进入 Thought 阶段进行推理,总结新获取的信息,与之前的目标对比,决定下一步怎么做 。它可能修正原先思路或提出新的子任务。
如果任务还没完成就继续 Thought → Action → Observation 循环。如此反复,Agent 不断交替“思考-行动”,逐步推进任务。
-
Final Answer(最终答案):当 Agent 判断已经收集了足够信息或完成了目标,就会在最后一次 Thought 后输出最终答案而不是新行动指令 。这标志着 ReAct 流程的终止,Agent 向用户给出结果。
用一个具体例子说明:假设用户问题是“中国的人口是多少的两倍?”。一个 ReAct Agent 可能这样运作:
- 初始 Thought:“用户在问中国人口的两倍,这需要先查中国人口是多少”。
- Action:“Search[中国人口]”。
- Observation:“搜索结果显示:中国 2023 年人口约 14.1 亿”。
- Thought:“好的,中国人口约 14.1 亿,问题要两倍,那计算一下 2×14.1 亿”。
- Action:“Calculator[ 2 * 14.1 亿]”。(注:Agent可能将14.1亿转成数字再计算)
- Observation:“结果=28.2 亿”。
- Thought:“已经得到答案,可以作答”。
- Final Answer:“约 28.2 亿”。
ReAct 模式以其直观明了的循环成为LLM Agent的基础范式之一。
它通过交替的「思想」和「行动」赋予 Agent 如同人类一般的解题风格,能逐步推理、调用工具获取实时信息以降低幻觉,并通过思维外显便于调试,通用性强。
但它效率较低、缺乏全局规划且依赖工具,因而更适合交互性强、步骤较少、需要实时查询或轻量推理的任务场景。
2、Plan-and-Execute 模式:先计划后执行
当任务变得更加复杂、步骤繁多时,另一种「规划-执行」架构开始展现威力。
这种模式将 Agent 的流程明确分为两个阶段:先规划(Plan),再执行(Execute) 先让 Agent 想出一整套方案,然后按照方案逐步落实。
与 ReAct 不同,Plan-and-Execute 会强制 LLM 做全局思考。它通常涉及两个子 Agent 或子模块:一个 Planner(规划者)和一个Executor(执行者)。两者分工如下:
-
Planner:由一个 LLM 来承担,它的任务是分析目标,产出详细的执行计划。Planner 会接收用户的最终任务描述,然后以列表形式生成需要完成的子任务序列。
Planner 在这一步可以充分利用 LLM 的链式思考能力,将模糊的目标细化为可执行的步骤,并考虑步骤间的依赖、先后顺序等 。
-
**Executor(s)**:执行者负责按照 Planner 给出的每个子任务,逐条执行 。Executor 本质上也是一个 Agent,可以针对不同子任务切换工具或 API,也可以调用一个内部 ReAct Agent 来完成。
Executor 会读取任务清单的某一条,比如「第1步:搜索 X 信息」,然后实际调用对应的工具完成它,将结果记录下来,再执行下一步。
Plan-and-Execute 模式的运行过程可以概括如下:

https://blog.langchain.com/planning-agents/#:~:text=Prompting%20arxiv,consists%20of%20two%20basic%20components
-
任务规划(Planning):接收用户请求后,首先调用 Planner (LLM) 来生成完整计划。Planner 输出的计划通常是有序列表形式的步骤1、步骤2… 。
例如用户让 Agent 「写一份关于某课题的调研报告」,Planner 可能输出:1. 搜集背景资料;2. 分析资料;3. 撰写报告初稿;4. 定稿并输出报告。
Planner 提示词通常会明示模型:「先理解问题并制定计划,然后我们再逐步执行」。这一阶段,LLM 会尽量细化步骤直到每一步可以由工具或简单操作完成。
-
任务执行(Execution):拿到 Planner 给出的任务清单后,进入执行环节。Executor 会逐步读取每条子任务并执行之 。执行时可能再次用到LLM,尤其当需要处理任务中的自然语言逻辑时。
例如 LangChain 实现中,每一步的执行其实可以调用一个内部 ReAct Agent 来完成 (因为子任务本身也许需要检索或计算,多步才能得出结果)。
但重要的是,Executor 聚焦于当前子任务的完成,不用操心全局流程。执行一个步骤后,把结果保存到共享状态中(相当于黑板或内存,记录目前有哪些信息、子任务完成情况) 。
-
计划调整(Replan,可选):理想情况下,按照初始计划顺利执行完所有步骤,就可以结束了。然而现实中,有时初始计划并不完美:可能遗漏了一些步骤,或者某步结果出乎意料、需要增加新的步骤。
Plan-and-Execute 架构因此通常允许一个反馈回路:当执行到一定阶段后,Agent 可以启动 Planner 进行重新规划 (Replan) 。此时 Planner 会参考当前已完成的任务状态,增补或修改后续计划。这个规划-执行循环可以进行多轮,直到 Agent 确信任务完成。
-
生成最终答案:所有必要的子任务都执行完毕,Agent 最后汇总状态中的信息,由 LLM 编写最终交付结果,并返回给用户 (比如完整的报告文本) 。
Plan-and-Execute 的核心优势在于结构化地解决复杂任务,但也带来额外成本。
相比 ReAct,它通过 Planner 和 Executor 分工来保证任务分解、执行更有条理,适合多步骤、长程、高精度和跨工具的任务。
但缺点在于:实现复杂、误差传递、上下文管理压力大、执行耗时。
因此,它更适合在复杂问题分解、长程规划、精度要求高或需要跨工具协调的场景下使用,而在简单任务或即时反应的场合,ReAct 往往更高效。
三、代码实战
1、零框架实现 ReAct
核心是两点:
- 通过 prompt 控制大模型的输出格式
- 解析大模型的输出,手动调用工具
直接 Cursor 生成代码就好:

忘了让 AI 用 ollama,再让它改一下:

核心就是一个不停的调用大模型的循环,期间拆解动作,执行动作,循环往复:
def solve(self, question: str, verbose: bool = True) -> str:
"""
使用 ReAct 模式解决问题
Args:
question: 用户问题
verbose: 是否显示详细过程
Returns:
最终答案
"""
messages = [
{"role": "system", "content": self._get_system_prompt()},
{"role": "user", "content": question}
]
for step in range(self.max_steps):
if verbose:
print(f"\\n=== 步骤 {step + 1} ===")
# 获取模型响应
try:
assistant_message = self._call_llm(messages)
if verbose:
print(f"Assistant: {assistant_message}")
messages.append({"role": "assistant", "content": assistant_message})
# 检查是否包含最终答案
if"Final Answer:"in assistant_message:
final_answer = assistant_message.split("Final Answer:")[-1].strip()
if verbose:
print(f"\\n🎉 找到答案: {final_answer}")
return final_answer
# 解析并执行行动
action_result = self._parse_action(assistant_message)
if action_result:
tool_name, params = action_result
observation = self._execute_tool(tool_name, params)
if verbose:
print(f"🔧 执行工具: {tool_name}")
print(f"📋 参数: {params}")
print(f"👁️ 观察结果: {observation}")
# 添加观察结果到对话历史
messages.append({
"role": "user",
"content": f"Observation: {observation}"
})
else:
# 如果没有找到有效的行动,继续下一轮
if verbose:
print("⚠️ 未找到有效的行动,继续思考...")
except Exception as e:
error_msg = f"API 调用错误: {str(e)}"
if verbose:
print(f"❌ {error_msg}")
return error_msg
return"达到最大步数限制,未能找到答案。"
拆解一下:
一个循环的框架:
def solve(self, question: str, verbose: bool = True) -> str:
"""
使用 ReAct 模式解决问题
Args:
question: 用户问题
verbose: 是否显示详细过程
Returns:
最终答案
"""
messages = [
{"role": "system", "content": self._get_system_prompt()},
{"role": "user", "content": question}
]
for step in range(self.max_steps):
...
except Exception as e:
error_msg = f"API 调用错误: {str(e)}"
if verbose:
print(f"❌ {error_msg}")
return error_msg
return"达到最大步数限制,未能找到答案。"
_get_system_prompt 返回提示词:
def _get_system_prompt(self) -> str:
"""获取系统提示词"""
tools_desc = "\\n".join([
f"- {name}: {desc}"
for name, desc in self.tool_descriptions.items()
])
return f"""你是一个智能助手,使用 ReAct(Reasoning and Acting)模式来解决问题。
可用工具:
{tools_desc}
工作流程:
1. Thought: 分析问题,制定计划
2. Action: 选择并执行工具
3. Observation: 观察结果
4. 重复直到找到答案
格式要求:
- 用 "Thought:" 开始你的思考
- 用 "Action:" 开始行动,格式为 Action: tool_name(parameters)
- 我会提供 "Observation:" 显示行动结果
- 用 "Final Answer:" 给出最终答案
示例:
Thought: 我需要计算 25 + 17 的结果
Action: calculator(25 + 17)
Observation: 42
Final Answer: 25 + 17 = 42
现在开始解决用户的问题。"""
其中的可用工具,需要提前实现:
可用工具:
• calculator: 计算数学表达式,支持基本运算和常用数学函数(sqrt, sin, cos, tan, log)
• web_search: 搜索网络信息,获取实时数据和知识
• web_scraper: 抓取指定网页的文本内容
• read_file: 文件操作工具,支持读取、写入文件和列出目录内容
• write_file: 写入内容到文件
• list_directory: 列出目录内容
• get_weather: 获取指定城市的天气信息
接着是循环里边,将用户问题和提示词传给大模型:
def solve(self, question: str, verbose: bool = True) -> str:
"""
使用 ReAct 模式解决问题
Args:
question: 用户问题
verbose: 是否显示详细过程
Returns:
最终答案
"""
messages = [
{"role": "system", "content": self._get_system_prompt()},
{"role": "user", "content": question}
]
for step in range(self.max_steps):
if verbose:
print(f"\\n=== 步骤 {step + 1} ===")
# 获取模型响应
try:
assistant_message = self._call_llm(messages)
if verbose:
print(f"Assistant: {assistant_message}")
messages.append({"role": "assistant", "content": assistant_message})
# 检查是否包含最终答案
if"Final Answer:"in assistant_message:
final_answer = assistant_message.split("Final Answer:")[-1].strip()
if verbose:
print(f"\\n🎉 找到答案: {final_answer}")
return final_answer
...
except Exception as e:
error_msg = f"API 调用错误: {str(e)}"
if verbose:
print(f"❌ {error_msg}")
return error_msg
return"达到最大步数限制,未能找到答案。"
因为 prompt 中要求了大模型用 「Final Answer:」给出最终答案,因此循环终点就是判断是否有 「Final Answer」。
接着再解析大模型返回的 Action ,来手动调用提前实现好的工具:
def solve(self, question: str, verbose: bool = True) -> str:
"""
使用 ReAct 模式解决问题
Args:
question: 用户问题
verbose: 是否显示详细过程
Returns:
最终答案
"""
messages = [
{"role": "system", "content": self._get_system_prompt()},
{"role": "user", "content": question}
]
for step in range(self.max_steps):
if verbose:
print(f"\\n=== 步骤 {step + 1} ===")
# 获取模型响应
try:
assistant_message = self._call_llm(messages)
if verbose:
print(f"Assistant: {assistant_message}")
messages.append({"role": "assistant", "content": assistant_message})
# 检查是否包含最终答案
if"Final Answer:"in assistant_message:
final_answer = assistant_message.split("Final Answer:")[-1].strip()
if verbose:
print(f"\\n🎉 找到答案: {final_answer}")
return final_answer
# 解析并执行行动
action_result = self._parse_action(assistant_message)
if action_result:
tool_name, params = action_result
observation = self._execute_tool(tool_name, params)
if verbose:
print(f"🔧 执行工具: {tool_name}")
print(f"📋 参数: {params}")
print(f"👁️ 观察结果: {observation}")
# 添加观察结果到对话历史
messages.append({
"role": "user",
"content": f"Observation: {observation}"
})
else:
# 如果没有找到有效的行动,继续下一轮
if verbose:
print("⚠️ 未找到有效的行动,继续思考...")
except Exception as e:
error_msg = f"API 调用错误: {str(e)}"
if verbose:
print(f"❌ {error_msg}")
return error_msg
return"达到最大步数限制,未能找到答案。"
其中 _parse_action 就是解析 prompt 中说的 用 "Action:" 开始行动,格式为 Action: tool_name(parameters)
def _parse_action(self, text: str) -> Optional[tuple]:
"""
解析行动文本,提取工具名称和参数
Args:
text: 包含行动的文本
Returns:
(tool_name, parameters) 或 None
"""
# 查找 Action: 行
action_pattern = r"Action:\s*(\w+)\((.*?)\)"
match = re.search(action_pattern, text, re.DOTALL)
if match:
tool_name = match.group(1)
params_str = match.group(2).strip()
if tool_name in self.tools:
# 尝试解析参数
try:
# 简单的参数解析(可以根据需要改进)
if params_str:
# 如果参数看起来像 JSON,尝试解析
if params_str.startswith('{') and params_str.endswith('}'):
params = json.loads(params_str)
else:
params = params_str
else:
params = None
return tool_name, params
except json.JSONDecodeError:
return tool_name, params_str
returnNone
先正则解析出 Action 的内容 r"Action:\s*(\w+)\((.*?)\)" ,接着拿到 tool_name(工具名)和 params_str(入参)返回。
拿到之后去调用函数:
action_result = self._parse_action(assistant_message)
if action_result:
tool_name, params = action_result
observation = self._execute_tool(tool_name, params)
def _execute_tool(self, tool_name: str, params: Any) -> str:
"""
执行工具函数
Args:
tool_name: 工具名称
params: 工具参数
Returns:
工具执行结果
"""
try:
tool_func = self.tools[tool_name]
if params isNone:
result = tool_func()
elif isinstance(params, dict):
result = tool_func(**params)
else:
result = tool_func(params)
return str(result)
except Exception as e:
returnf"工具执行错误: {str(e)}"
拿到对应的函数,然后将参数传入即可。
最后将工具返回的结果追加到对话列表中下一次循环即可:
observation = self._execute_tool(tool_name, params)
if verbose:
print(f"🔧 执行工具: {tool_name}")
print(f"📋 参数: {params}")
print(f"👁️ 观察结果: {observation}")
# 添加观察结果到对话历史
messages.append({
"role": "user",
"content": f"Observation: {observation}"
})
看下运行效果:

直接调用一次 Action: calculator(9 * 8 - 2)

调用两次 Action,web_search("中国当前人口数") 和 calculator(1400000000 * 2)。
2、 LangChain 实现 Plan-and-Execute
用 LangChain 的话,我们只需要提供 Tools,提示词、agent、记忆管理全部内置了,代码会简单很多:
from langchain_community.llms import Ollama
from langchain.agents import Tool
from langchain_experimental.plan_and_execute import PlanAndExecute, load_agent_executor, load_chat_planner
from duckduckgo_search import DDGS
# 初始化LLM模型(Ollama qwen2.5:7b)
llm = Ollama(model="qwen2.5:7b", temperature=0)
# 定义一个DuckDuckGo搜索工具
def ddg_search(query: str) -> str:
"""使用DuckDuckGo进行搜索,返回前几条结果摘要。"""
results = []
with DDGS() as ddgs: # 使用duckduckgo_search库
for r in ddgs.text(query, max_results=3): # 取前三条结果
results.append(f"{r['title']}: {r['body']}")
return"\n".join(results)
search_tool = Tool(
name="WebSearch",
func=ddg_search,
description="用于在互联网上搜索信息的工具。输入查询,返回相关简要结果。"
)
tools = [search_tool]
# 加载 Planner 和 Executor
planner = load_chat_planner(llm) # 规划阶段使用同一LLM
executor = load_agent_executor(llm, tools, verbose=True) # 执行阶段Agent(允许调用搜索工具)
agent = PlanAndExecute(planner=planner, executor=executor, verbose=True)
# 运行 Agent 执行任务
task = "调查气候变化对北极熊种群的影响,并给出一份总结报告。"
result = agent.run(task)
print("最终汇总报告:\n", result)
调用 load_agent_executor 就可以得到一个 ReAct 的 Agent,调用 load_chat_planner 就得到了可以 planner 的 Agent。
总
大模型是一个聪明的大脑,但它不会主动做什么,需要我们通过 prompt 指挥,然后它需要干什么我们帮它去做,循环往复,结合起来就变成了一个 agent。

Prompt 控制 / 模块化设计、规划策略、工具调度 / 使用、记忆机制、控制流与反馈、Agent 协同架构、以及工具库可扩展性 / 安全性,这些共同决定了一个 agent 表现的好坏,也诞生了现在各种各样的 agent 应用。
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但是具体到个人,只能说是:
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这份资料由我和鲁为民博士(北京清华大学学士和美国加州理工学院博士)共同整理,现任上海殷泊信息科技CEO,其创立的MoPaaS云平台获Forrester全球’强劲表现者’认证,服务航天科工、国家电网等1000+企业,以第一作者在IEEE Transactions发表论文50+篇,获NASA JPL火星探测系统强化学习专利等35项中美专利。本套AI大模型课程由清华大学-加州理工双料博士、吴文俊人工智能奖得主鲁为民教授领衔研发。
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