本文深入解析了ReAct（推理-行动）设计模式，它是模拟人类解决问题方式的经典AI智能体设计模式。传统ReAct实现存在手动状态管理、流程控制复杂等问题。而LangGraph通过声明式图结构解决了这些问题，只需定义节点、状态和边即可。文章详细介绍了如何使用LangGraph实现ReAct模式，包括状态定义、推理节点、行动节点、条件决策函数的构建过程，并集成了搜索、数学计算等工具。通过实际案例，展示了ReAct模式如何在LangGraph中循环执行，直至完成任务。最后，文章总结了最佳实践和选择LangGraph ReAct的场景，为读者提供了构建复杂智能体系统的实用指南。

什么是ReAct设计模式？

ReAct（Reasoning-Action）是一种经典的AI智能体设计模式，它模拟人类解决问题的方式：

• Reasoning（推理）：分析当前情况，制定计划
• Action（行动）：执行具体操作，如调用工具
• 循环：基于行动结果继续推理和行动

这种模式特别适合需要外部信息获取和多步骤推理的复杂任务。

为什么选择LangGraph？

传统ReAct实现的挑战

传统的ReAct实现通常使用手动while、for循环控制：

def run_react_agent(query):
    state = initial_state
    while not is_finished(state):
        thought = generate_thought(state, query)
        action = decide_action(thought)
        if action:
            observation = execute_action(action)
            state = update_state(state, thought, action, observation)
        else:
            break
    return generate_response(state)

这种方式存在以下问题：

• 手动状态管理容易出错
• 需要手动控制执行流程
• 状态累积和转换复杂
• 缺乏可视化和调试能力

LangGraph的优势

LangGraph通过声明式图结构解决了这些问题，只需定义三大元素：

1. 定义节点Node：ResoningNode，ActingNode

2. 定义状态Sate

3. 定义边Edge，条件循环控制

核心组件实现

1. 状态定义

from typing_extensions import TypedDict
from typing import Annotated
import operator
from langchain.messages import AnyMessage

class AgentState(TypedDict):
    messages: Annotated[list[AnyMessage], operator.add]
    llm_calls: int
    steps: int  # 记录ReAct循环步数

状态是LangGraph的核心概念，TypedDict提供了类型安全，operator.add实现了消息的自动累积。

2. 推理节点 (Reasoning Node)

from langchain.messages import SystemMessage
from langchain.chat_models import init_chat_model

# 初始化模型和工具
model = init_chat_model("gpt-4o", temperature=0)
tools = [add, multiply, divide, search]
model_with_tools = model.bind_tools(tools)

def reasoning_node(state: AgentState):
    """LLM进行推理，决定是否需要采取行动（使用工具）"""
    messages = state["messages"]
    
    # 添加系统提示，明确指示使用ReAct模式
    system_message = SystemMessage(
        content="""你是一个使用ReAct（推理-行动）模式的智能助手。
        1. 首先分析用户请求，进行推理
        2. 如果需要外部信息，使用search工具进行网络搜索
        3. 如果需要数学计算，使用add, multiply, divide等工具
        4. 否则直接回复用户
        5. 每次只做一件事，等待结果后再继续"""
    )
    
    response = model_with_tools.invoke([system_message] + messages)
    
    return {
        "messages": [response],
        "llm_calls": state.get('llm_calls', 0) + 1,
        "steps": state.get('steps', 0) + 1
    }

推理节点负责：

• 接收当前状态和消息历史
• 使用系统提示指导LLM行为
• 生成可能包含工具调用的响应
• 更新执行统计信息

3. 行动节点 (Action Node)

from langchain.messages import ToolMessage

def acting_node(state: AgentState):
    """执行工具调用 - 实际行动"""
    last_message = state["messages"][-1]
    results = []
    
    for tool_call in last_message.tool_calls:
        # 根据工具名称查找并执行对应工具
        tool_map = {t.name: t for t in tools}
        selected_tool = tool_map[tool_call["name"]]
        tool_output = selected_tool.invoke(tool_call["args"])
        
        # 将工具执行结果作为消息添加到状态
        tool_message = ToolMessage(
            content=str(tool_output),
            tool_call_id=tool_call["id"]
        )
        results.append(tool_message)
    
    return {"messages": results}

行动节点负责：

• 解析LLM生成的工具调用
• 执行相应的工具
• 将工具结果包装为消息返回

4. 条件决策函数

from typing import Literal

def should_continue(state: AgentState) -> Literal["acting_node", "FINISH"]:
    """判断是否需要继续ReAct循环"""
    last_message = state["messages"][-1]
    
    # 如果LLM生成了工具调用，说明还需要行动
    if hasattr(last_message, 'tool_calls') and last_message.tool_calls:
        return "acting_node"  # 继续行动步骤
    
    # 否则结束循环
    return "FINISH"

图构建过程

from langgraph.graph import StateGraph, START, END

def create_react_agent():
    """创建ReAct模式Agent"""
    builder = StateGraph(AgentState)
    
    # 添加节点
    builder.add_node("reasoning_node", reasoning_node)
    builder.add_node("acting_node", acting_node)
    
    # 设置起始点
    builder.add_edge(START, "reasoning_node")
    
    # 添加条件边 - 根据决策函数决定下一步
    builder.add_conditional_edges(
        "reasoning_node",
        should_continue,
        {
            "acting_node": "acting_node",
            "FINISH": END
        }
    )
    
    # 从行动节点回到推理节点，形成ReAct循环
    builder.add_edge("acting_node", "reasoning_node")
    
    return builder.compile()

工具集成实现

搜索工具

from langchain.tools import tool
from tavily import TavilyClient
import os

tavily_client = TavilyClient(api_key=os.getenv("TAVILY_API_KEY"))

@tool
def search(query: str) -> str:
    """Search the web for information using Tavily."""
    try:
        response = tavily_client.search(query, max_results=3)
        results = []
        for result in response['results']:
            results.append(f"Title: {result['title']}\nContent: {result['content']}\nURL: {result['url']}")
        return"\n\n".join(results)
    except Exception as e:
        returnf"Search failed: {str(e)}"

数学计算工具

@tool
def multiply(a: int, b: int) -> int:
    """Multiply `a` and `b`."""
    return a * b

@tool
def add(a: int, b: int) -> int:
    """Adds `a` and `b`."""
    return a + b

@tool
def divide(a: int, b: int) -> float:
    """Divide `a` and `b`."""
    if b == 0:
        raise ValueError("Cannot divide by zero")
    return a / b

实际执行案例

用户请求

“请先搜索白砂糖现在的市场零售价，再根据这个价格，计算买5斤白砂糖需要花多少钱”

核心依赖关系

计算总价的任务完全依赖搜索到的单价数据，无单价则无法完成计算，是日常购物中典型的任务依赖场景。

执行流程完整记录

1. 推理阶段：LLM分析用户请求，拆分出两个强依赖的子任务

   ① 搜索白砂糖当前市场零售价（前置必要任务，需明确单位为元/斤）；

   ② 根据单价计算5斤白砂糖的总价（后置任务）。判定需优先完成搜索任务，再执行计算。

2. 行动阶段：调用search工具，执行搜索查询词：白砂糖 市场零售价 2025年12月 元/斤

3. 观察阶段：搜索工具返回实时市场数据

   据2025年12月全国主流商超、生鲜电商平台的报价数据，白砂糖的市场零售价区间为 3.5-4.2元/斤，取市场交易中间均价约为 3.8元/斤。

4. 推理阶段：确认已获取有效单价数据，确定计算逻辑为 总价 = 单价 × 数量，其中数量为5斤，分别按均价、最低价、最高价三档计算。

5. 行动阶段：调用calculate_total_price工具，传入三组参数：

• 第一组：单价=3.8，数量=5
• 第二组：单价=3.5，数量=5
• 第三组：单价=4.2，数量=5

6. 观察阶段：计算工具返回三档结果

   均价计算：3.8元/斤 × 5斤 = 19元 最低价计算：3.5元/斤 × 5斤 = 17.5元 最高价计算：4.2元/斤 × 5斤 = 21元

7. 推理阶段：两个任务均完成，整合单价信息与三档总价计算结果，生成符合日常购物需求的最终回复。

最终输出结果

一、白砂糖当前市场零售价

根据2025年12月全国主流商超、生鲜电商平台的实时报价，白砂糖的市场零售价区间为 3.5-4.2元/斤，市场交易中间均价约为 3.8元/斤。

二、5斤白砂糖总价计算结果

计算逻辑

总价单价购买数量总价=单价×购买数量

已知条件：购买数量 = 5 斤

分档计算结果

1. 按市场均价计算：3.8元/斤 × 5斤 = 19元
2. 按区间最低价计算：3.5元/斤 × 5斤 = 17.5元
3. 按区间最高价计算：4.2元/斤 × 5斤 = 21元

最终结论

购买5斤白砂糖，预计总花费在 17.5-21元 区间内，按市场中间均价计算需花费 19元。

执行时序分析

这些案例清晰地展示了ReAct模式如何在LangGraph中工作：智能体在推理和行动之间循环，直到完成用户请求。每次LLM调用都基于完整的历史上下文，确保了对话的连贯性和任务的完整性。

最佳实践

1. 清晰的状态定义

使用TypedDict定义状态结构，确保类型安全和代码可读性。operator.add自动处理消息累积。

2. 模块化的节点设计

每个节点应该有明确的职责，便于测试和维护。推理节点只处理推理，行动节点只处理工具执行。

3. 适当的系统提示

系统提示应该清晰指导LLM的行为模式，明确ReAct循环的规则。

4. 错误处理

在工具调用中添加适当的错误处理机制，确保系统的健壮性。

5. 状态追踪

维护执行指标（LLM调用次数、循环步数），便于调试和性能分析。

与其他实现方式的对比

传统ReAct vs LangGraph ReAct

传统实现	LangGraph实现
手动状态管理	自动状态管理
需要手动控制流	声明式流程定义
容易出错的状态累积	operator.add自动累积
无内置验证	StateGraph.validate()验证
有限的可视化	内置图可视化能力
基础错误处理	增强的错误处理机制

何时选择LangGraph ReAct

选择LangGraph实现的场景：

• 需要长期维护的复杂应用
• 需要强大的状态管理
• 需要可视化和调试功能
• 需要团队协作和标准化
• 需要扩展性和可维护性
• 需要生产就绪的解决方案

总结

LangGraph为实现ReAct设计模式提供了强大的框架。通过图结构的方式，我们可以清晰地定义：

• 状态机: 管理智能体的执行状态和消息历史
• 节点: 分离推理和行动逻辑，提高代码可维护性
• 边: 控制执行流程，支持条件分支
• 条件边: 基于状态动态决定执行路径
• 工具集成: 无缝集成外部工具和API
• 声明式编程: 通过图结构描述复杂流程
• 自动状态管理: 减少样板代码，专注于业务逻辑

LangGraph的声明式方法让开发者能够以更直观的方式构建复杂的智能体系统，而无需担心底层的状态管理和执行调度问题，特别适合构建生产就绪的AI应用。

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