深入理解 ReAct 模式:基于Spring AI从0到1实现一个ReAct Agent
本文通过一个完整的 Spring AI 项目实例,深入浅出地讲解 ReAct(Reasoning + Acting)智能体编程范式的核心工作原理。我们将从零开始实现一个轻量级的 ReAct Agent,并通过流式处理优化用户体验,让你彻底掌握智能体开发的核心技术。

摘要:本文通过一个完整的 Spring AI 项目实例,深入浅出地讲解 ReAct(Reasoning + Acting)智能体编程范式的核心工作原理。我们将从零开始实现一个轻量级的 ReAct Agent,并通过流式处理优化用户体验,让你彻底掌握智能体开发的核心技术。
什么是 ReAct 范式?
ReAct(Reasoning + Acting)是一种先进的智能体编程范式,它将推理(Reasoning)和行动(Acting)有机结合,让 AI 系统能够像人类一样思考并执行任务。

图 1: ReAct 核心循环流程图 - Thinking → Acting → Observing 顺时针闭环,展示智能体的基础运行模型
ReAct的核心循环
┌─────────────┐│ Thinking │ ← 分析当前情况,决定下一步行动└──────┬──────┘ │ ▼┌─────────────┐│ Acting │ ← 调用工具执行具体操作└──────┬──────┘ │ ▼┌─────────────┐│ Observing │ ← 观察工具执行结果└──────┬──────┘ │ └──────→ 返回 Thinking,继续下一轮循环
为什么需要 ReAct?
传统的 AI 对话系统存在以下局限:
- ❌ 无法主动获取外部信息
- ❌ 无法执行实际操作
- ❌ 缺乏逻辑推理链条
- ❌ 难以处理复杂多步任务
而 ReAct 范式通过思考 - 行动 - 观察的循环机制,完美解决了这些问题。
项目架构总览
让我们先看看项目的整体结构:
├── A06Application.java # Spring Boot 主应用├── advisor/│ └── MyLoggingAdvisor.java # 自定义日志顾问└── react/ ├── service/ │ └── LlmService.java # LLM 服务封装 ├── simple/ │ ├── CalculatorTools.java # 计算器工具集 │ ├── SimpleReActAgent.java # 轻量级 ReAct 实现 │ └── SimpleReActRunner.java # 演示运行器 └── stream/ ├── StreamReActAgent.java # 流式 ReAct 实现 └── StreamReActRunner.java # 流式演示运行器
技术栈
- 框架: Spring Boot + Spring AI
- 模型: 支持多种大模型(默认使用 Qwen2.5-7B-Instruct)
- 工具: 基于
ToolCallback机制的工具调用系统 - 响应式: Reactor(流式处理)
核心组件详解
1️⃣ 工具定义:CalculatorTools
首先,我们需要定义一些工具供 AI 调用(也用于后续的测试示例)。 这里提供了几个基本的计算和一个模拟的天气查询工具,通过SpringAI的@Tool进行工具声明定义
package com.git.hui.springai.app.react.simple;import org.slf4j.Logger;import org.slf4j.LoggerFactory;import org.springframework.ai.tool.ToolCallback;import org.springframework.ai.tool.annotation.Tool;import org.springframework.ai.tool.annotation.ToolParam;import org.springframework.ai.tool.method.MethodToolCallbackProvider;import java.util.List;publicclassCalculatorTools { privatestaticfinalLoggerlog= LoggerFactory.getLogger(CalculatorTools.class); @Tool(description = "执行加法运算,返回两个数的和") publicdoubleadd(@ToolParam(description = "第一个加数")double a, @ToolParam(description = "第二个加数")double b) { log.debug("[🔨] 执行加法:{} + {}", a, b); return a + b; } @Tool(description = "执行减法运算,返回两个数的差") publicdoublesubtract(@ToolParam(description = "被减数")double a, @ToolParam(description = "减数")double b) { log.debug("[🔨] 执行减法:{} - {}", a, b); return a - b; } @Tool(description = "执行乘法运算,返回两个数的积") publicdoublemultiply(@ToolParam(description = "第一个乘数")double a, @ToolParam(description = "第二个乘数")double b) { log.debug("[🔨] 执行乘法:{} * {}", a, b); return a * b; } @Tool(description = "执行除法运算,返回两个数的商") publicdoubledivide(@ToolParam(description = "被除数")double a, @ToolParam(description = "除数")double b) { log.debug("[🔨] 执行除法:{} / {}", a, b); if (b == 0) { thrownewArithmeticException("除数不能为零"); } return a / b; } @Tool(description = "查询天气信息") public String weather(@ToolParam(description = "城市名称") String city) { log.debug("[🔨] 执行天气查询:{}", city); List<String> temperatures = List.of("25°C", "27°C", "23°C", "21°C", "19°C"); List<String> weathers = List.of("晴天", "阴天", "雨天", "雷雨", "雪天"); return"当前" + city + "的天气为:" + weathers.get((int) (Math.random() * weathers.size())) + " ,气温为:" + temperatures.get((int) (Math.random() * temperatures.size())); } /** * 获取所有工具回调 */ public List<ToolCallback> getTools() { ToolCallback[] toolCallbacks = MethodToolCallbackProvider.builder() .toolObjects(this) .build() .getToolCallbacks(); return List.of(toolCallbacks); }}
关键点解析:
-
@Tool注解:标记这是一个工具方法,
description会被大模型理解 -
@ToolParam注解:描述参数含义,帮助大模型正确使用
-
MethodToolCallbackProvider:自动将方法转换为工具回调
-
工具设计原则
:单一职责、明确描述、类型安全
2️⃣ 自定义日志顾问:MyLoggingAdvisor
为了更好地观察 ReAct 过程,我们实现了一个自定义的日志顾问,用于请求前后交互信息
完整的代码实现请到文末的项目源码进行查看
public classMyLoggingAdvisorimplementsBaseAdvisor { @Override public ChatClientRequest before(ChatClientRequest chatClientRequest, AdvisorChain advisorChain) { // .... 省略 log.debug("[log] before: {}", sb); return chatClientRequest; } @Override public ChatClientResponse after(ChatClientResponse chatClientResponse, AdvisorChain advisorChain) { // ... 省略 return chatClientResponse; }}
作用:
- ✅ 记录每次请求的完整上下文
- ✅ 追踪工具调用链
- ✅ 调试和排查问题
3️⃣ LLM 服务封装:LlmService
统一管理 ChatClient 的创建和配置(支持根据切换使用不同的模型进行响应)
@ServicepublicclassLlmService { @Autowired private ChatModel chatModel; private Map<String, ChatClient> chatClientMap = newConcurrentHashMap<>(); public ChatClient getChatClient(String modelName) { if (StringUtils.isBlank(modelName)) { modelName = "Qwen/Qwen2.5-7B-Instruct"; } return chatClientMap.computeIfAbsent(modelName, name -> ChatClient.builder(chatModel) .defaultOptions(ChatOptions.builder().model(modelName).build()) .defaultAdvisors( MyLoggingAdvisor.builder() .showAvailableTools(true) .showSystemMessage(true) .build()) .build() ); }}
实现轻量级 ReAct Agent
这是整个项目的核心部分!让我们逐行分析 SimpleReActAgent 的实现。也希望大家可以基于这个简单的实现来理解ReAct的核心理念
核心数据结构
public classSimpleReActAgent { privatestaticfinalintMAX_ITERATIONS=10; // 最大迭代次数 privatefinal ChatClient chatClient; // 聊天客户端 privatefinal List<ToolCallback> tools; // 可用工具列表 publicSimpleReActAgent(ChatClient chatClient, List<ToolCallback> tools) { this.chatClient = chatClient; this.tools = tools != null ? tools : newArrayList<>(); }}
主流程:ReAct 循环
public String run(String question) { // 1. 初始化对话历史 List<Message> messages = newArrayList<>(); messages.add(newUserMessage(question)); // 2. ReAct 循环 for (intiteration=1; iteration <= MAX_ITERATIONS; iteration++) { log.info("🔁 第 {} 轮思考", iteration); try { // Thinking: 让大模型思考下一步该做什么 ChatResponseresponse= think(messages); AssistantMessageassistantMessage= response.getResult().getOutput(); // Act & Observe: 检查是否需要调用工具 if (hasToolCalls(assistantMessage)) { // 执行工具调用 StringtoolResult= executeTools(assistantMessage); // 将工具结果添加到对话历史 vartoolCall= getToolCall(assistantMessage); messages.add(ToolResponseMessage.builder() .responses(List.of(newToolResponseMessage.ToolResponse( toolCall.id(), toolCall.name(), toolResult))) .build()); log.info("工具执行结果 {} => {}", toolCall.name(), toolResult); } else { // 没有工具调用,说明已给出最终答案 StringfinalAnswer= assistantMessage.getText(); log.info("✅ 无工具调用,直接返回结果:{}", finalAnswer); return finalAnswer; } } catch (Exception e) { log.error("ReAct 循环出错:{}", e.getMessage(), e); break; } } return"达到最大迭代次数 (" + MAX_ITERATIONS + "),无法完成任务。";}
流程解析:
-
初始化
:将用户问题加入对话历史
-
循环开始
:设置最大迭代次数防止无限循环
-
Thinking
:调用大模型,让它思考下一步
-
判断
:检查是否有工具调用
- ✅ 有 → 执行工具,记录结果,继续下一轮
- ❌ 无 → 返回最终答案
-
异常处理
:捕获错误,安全退出
请注意,上面这里判断是否结束是根据是否有工具调用来的,在真实的业务场景中,这样的方式显然不太友好,理应设计一套更符合实际场景的Observe(比如让大模型审查构建的返回是否满足需要,再多一轮对话让大模型整理输出结果等)
Thinking 阶段:构建系统提示
这是智能体的“内心独白”。它会分析当前情况、分解任务、制定下一步计划,或者反思上一步的结果。
private ChatResponse think(List<Message> messages) { // 构建系统提示 StringsystemPrompt=""" 你是一个智能助手,使用 ReAct 范式解决问题。 请按以下步骤思考: 1. 分析当前问题和已有信息 2. 判断是否需要使用工具获取更多信息 3. 如果需要工具,调用一个合适的工具 4. 【重要】如果已有足够信息,直接给出最终答案 响应规则: - 你必须一次只调用一个工具,不允许同时调用多个工具 - 关键:调用工具时,你必须使用工具定义中完整的工具名称 - 【重要】如果之前的工具执行已经提供了足够的信息来回答原始问题, 不要再调用另一个工具。相反,综合结果并直接提供你的最终答案 可用工具列表:\n""" + getToolDescriptions(); MessagesystemMessage=newSystemMessage(systemPrompt); List<Message> allMessages = newArrayList<>(); allMessages.add(systemMessage); allMessages.addAll(messages); // 设置工具调用选项(禁用自动执行) ToolCallingChatOptionsoptions= ToolCallingChatOptions.builder() .internalToolExecutionEnabled(false) // 关键:手动控制工具执行 .build(); Promptprompt=newPrompt(allMessages, options); return chatClient.prompt(prompt) .toolCallbacks(tools) .call() .chatResponse();}
关键技巧:
-
明确的指令
:告诉 AI 如何使用 ReAct 范式
-
限制条件
:一次只调用一个工具,避免混乱
-
终止条件
:信息足够时直接给出答案
-
禁用自动执行
:
internalToolExecutionEnabled(false)让我们手动控制
Act & Observe 阶段:执行工具
这是智能体决定采取的具体动作,通常是调用一个工具,然后观察工具的执行结果,判断是否可以终止循环
private String executeTools(AssistantMessage message)throws Exception { vartoolCall= getToolCall(message); // 获取第一个工具调用 log.debug("🔧 执行工具调用"); log.debug(" 工具名称:{}", toolCall.name()); log.debug(" 工具参数:{}", toolCall.arguments()); // 查找并执行匹配的工具 for (ToolCallback tool : tools) { if (tool.getToolDefinition().name().equals(toolCall.name())) { Objectresult= tool.call(toolCall.arguments()); StringresultText= result != null ? result.toString() : "null"; log.debug(" 执行结果:{}", resultText); return resultText; } } thrownewRuntimeException("未找到工具:" + toolCall.name());}
执行流程:
- 提取工具名称和参数
- 遍历工具列表找到匹配的
- 调用工具并获取结果
- 返回结果用于下一轮思考
流式处理优化
基础的 ReAct Agent 功能已经实现,但用户体验不够好——用户需要等待很长时间才能看到结果。让我们用流式处理优化它!

图 3: 流式处理 vs 非流式处理对比 - 左侧红色调展示传统方式的不足,右侧绿色调展示流式处理的优势,底部表格总结关键差异
StreamReActAgent 核心实现
public classStreamReActAgent { public String run(String question) { List<Message> messages = newArrayList<>(); messages.add(newUserMessage(question)); // ReAct 循环 for (intiteration=1; iteration <= MAX_ITERATIONS; iteration++) { // Thinking: 流式获取大模型的思考过程 AssistantMessageassistantMessage= thinkStreaming(messages); if (hasToolCalls(assistantMessage)) { StringtoolResult= executeTools(assistantMessage); vartoolCall= getToolCall(assistantMessage); messages.add(ToolResponseMessage.builder() .responses(List.of(newToolResponseMessage.ToolResponse( toolCall.id(), toolCall.name(), toolResult))) .build()); } else { return assistantMessage.getText(); } } return"达到最大迭代次数,无法完成任务。"; }}
流式 Thinking 实现
private AssistantMessage thinkStreaming(List<Message> messages) { StringsystemPrompt=/* ... 同上 ... */; MessagesystemMessage=newSystemMessage(systemPrompt); List<Message> allMessages = newArrayList<>(); allMessages.add(systemMessage); allMessages.addAll(messages); ToolCallingChatOptionsoptions= ToolCallingChatOptions.builder() .internalToolExecutionEnabled(false) .build(); Promptprompt=newPrompt(allMessages, options); // 使用流式响应 AtomicReference<AssistantMessage> lastMessage = newAtomicReference<>(); StringBuilderfullText=newStringBuilder(); Flux<ChatResponse> responseFlux = chatClient.prompt(prompt) .toolCallbacks(tools) .stream() .chatResponse(); // 处理流式响应 responseFlux.doOnNext(response -> { if (response.getResult() != null && response.getResult().getOutput() != null) { AssistantMessageoutput= response.getResult().getOutput(); // 累积文本内容 Stringtext= output.getText(); if (text != null && !text.isEmpty()) { fullText.append(text); log.info("【流式文本】{}", text); } // 检测工具调用 if (output.getToolCalls() != null && !output.getToolCalls().isEmpty()) { log.info("【检测到工具调用】"); } // 保存最后一个消息 lastMessage.set(output); } }).blockLast(); // 构建完整消息 if (lastMessage.get() != null) { AssistantMessagecurrentMessage= lastMessage.get(); if ((currentMessage.getToolCalls() == null || currentMessage.getToolCalls().isEmpty()) && fullText.length() > 0) { return AssistantMessage.builder() .content(fullText.toString()) .build(); } } return lastMessage.get();}
流式处理的优势:
- ✅ 实时反馈:用户可以看到 AI 的思考过程
- ✅ 更好体验:减少等待焦虑
- ✅ 调试友好:清晰展示每一步执行
实战演示
接下来我们写个demo来看看这个基础的ReAct具体表现如何
@ComponentpublicclassSimpleReActRunnerimplementsCommandLineRunner { privatefinal LlmService llmService; privatefinal ChatClient chatClient; publicSimpleReActRunner(LlmService llmService) { this.llmService = llmService; this.chatClient = llmService.getChatClient(null); } @Override publicvoidrun(String... args)throws Exception { // 1. 准备工具 CalculatorToolscalculatorTools=newCalculatorTools(); List<ToolCallback> tools = calculatorTools.getTools(); // 2. 创建 ReAct Agent SimpleReActAgentagent=newSimpleReActAgent(chatClient, tools); // 3. 运行示例 System.out.println("\n========== 示例 1: 简单加法 =========="); Stringanswer1= agent.run("计算 25 + 37 等于多少?"); System.out.println("最终结果:" + answer1); System.out.println("\n========== 示例 2: 多步计算 =========="); Stringanswer2= agent.run("先计算 100 + 50,然后将结果乘以 2,最后除以 3;\n最终根据上面这个计算返回的结果,是奇数就查询武汉天气、是偶数则查询北京天气"); System.out.println("最终结果:" + answer2); }}
示例 1:简单加法
其中示例1,比较简单,两轮对话即可返回最终的结果,执行记录如下
输入:计算 25 + 37 等于多少?
执行日志:
========== 示例 1: 简单加法 ==========╔════════════════════════════════════════╗║ 🚀 ReAct Agent 启动 ║╚════════════════════════════════════════╝💬 问题:计算 25 + 37 等于多少?┌────────────────────────────────────────│ 🔁 第 1 轮思考└────────────────────────────────────────[🔨] 执行加法:25.0 + 37.0工具执行结果 add => 62.0┌────────────────────────────────────────│ 🔁 第 2 轮思考└──────────────────────────────────────── ✅ 无工具调用,直接返回结果:25 + 37 等于 62。╔════════════════════════════════════════╗║ ✨ ReAct 任务完成 ✨ ║╚════════════════════════════════════════╝最终结果:25 + 37 等于 62。
分析:
- AI 识别到需要加法运算
- 调用
add工具 - 返回最终答案

示例 2:多步混合运算
输入:先计算 100 + 50,然后将结果乘以 2,最后除以 3;根据计算结果,是奇数就查询武汉天气、是偶数则查询北京天气
执行日志:
========== 示例 2: 多步计算 ==========╔════════════════════════════════════════╗║ 🚀 ReAct Agent 启动 ║╚════════════════════════════════════════╝💬 问题:先计算 100 + 50,然后将结果乘以 2,最后除以 3;最终根据上面这个计算返回的结果,是奇数就查询武汉天气、是偶数则查询北京天气┌────────────────────────────────────────│ 🔁 第 1 轮思考└────────────────────────────────────────[🔨] 执行加法:100.0 + 50.0工具执行结果 add => 150.0┌────────────────────────────────────────│ 🔁 第 2 轮思考└────────────────────────────────────────[🔨] 执行乘法:150.0 * 2.0工具执行结果 multiply => 300.0┌────────────────────────────────────────│ 🔁 第 3 轮思考└────────────────────────────────────────[🔨] 执行除法:300.0 / 3.0工具执行结果 divide => 100.0┌────────────────────────────────────────│ 🔁 第 4 轮思考└──────────────────────────────────────── ✅ 无工具调用,直接返回结果:根据计算结果,100 + 50 = 150,然后 150 × 2 = 300,最后 300 ÷ 3 = 100。100 是偶数,因此需要查询北京天气。╔════════════════════════════════════════╗║ ✨ ReAct 任务完成 ✨ ║╚════════════════════════════════════════╝最终结果:根据计算结果,100 + 50 = 150,然后 150 × 2 = 300,最后 300 ÷ 3 = 100。100 是偶数,因此需要查询北京天气。
分析:
- AI 正确分解了多步任务
- 按顺序执行:加 → 乘 → 除 → 判断奇偶 → 查询天气
- 展示了强大的逻辑推理能力
示例2相对来说更复杂一些,除了计算之外,还有天气查询的工具调用,相应的循环次数会更多一些

示例 3:复杂应用题
然后我们再扩展一下,使用一个需要使用计算的算钱的应用场景,看下这套ReAct的表现如何
System.out.println("\n========== 示例 3: 应用场景 ==========");String answer3 = agent.run("小明有 50 元钱,买了 3 本书,每本书 12 元,花了 2.5 元买了一个包子,还剩多少钱?");System.out.println("最终结果:" + answer3);
执行日志:
========== 示例 3: 应用场景 ==========╔════════════════════════════════════════╗║ 🚀 ReAct Agent 启动 ║╚════════════════════════════════════════╝💬 问题:小明有 50 元钱,买了 3 本书,每本书 12 元,花了 2.5 元买了一个包子,还剩多少钱?┌────────────────────────────────────────│ 🔁 第 1 轮思考└────────────────────────────────────────[🔨] 执行乘法:3.0 * 12.0工具执行结果 multiply => 36.0┌────────────────────────────────────────│ 🔁 第 2 轮思考└────────────────────────────────────────[🔨] 执行减法:50.0 - 36.0工具执行结果 subtract => 14.0┌────────────────────────────────────────│ 🔁 第 3 轮思考└──────────────────────────────────────── ✅ 无工具调用,直接返回结果:小明一开始有 50 元钱。他买了 3 本书,每本书 12 元,总共花费了 $3 \times 12 = 36$ 元。他还花了 2.5 元买了一个包子。因此,他总共花费了 $36 + 2.5 = 38.5$ 元。小明剩下的钱为 $50 - 38.5 = 11.5$ 元。最终答案:小明还剩 11.5 元。╔════════════════════════════════════════╗║ ✨ ReAct 任务完成 ✨ ║╚════════════════════════════════════════╝最终结果:小明一开始有 50 元钱。他买了 3 本书,每本书 12 元,总共花费了 $3 \times 12 = 36$ 元。他还花了 2.5 元买了一个包子。因此,他总共花费了 $36 + 2.5 = 38.5$ 元。小明剩下的钱为 $50 - 38.5 = 11.5$ 元。最终答案:小明还剩 11.5 元。
分析:
- AI 理解了应用题的场景
- 第一步:计算总花费(3 × 12 = 36)
- 第二步:计算剩余(50 - 36 = 14)
- 第三步:返回结果,不调用工具进行结果返回

虽然上面的截图结果是准确的,但是在实际测试时,发现不同模型的表现差距还是很明显的🤣
关键技术要点总结
1. ReAct 循环三要素
| 阶段 | 作用 | 实现方式 |
|---|---|---|
| Thinking | 分析情况,决定下一步 | 调用大模型,传入对话历史和工具列表 |
| Acting | 执行具体操作 | 查找并调用匹配的工具 |
| Observing | 获取操作结果 | 捕获工具返回值,加入对话历史 |
2. 系统提示设计技巧
✅ 必须做的:- 明确说明使用 ReAct 范式- 列出可用工具- 强调一次只调用一个工具- 说明何时应该停止(信息足够时直接回答)❌ 避免的:- 模糊的指令- 允许多工具并行调用- 没有明确的终止条件
3. 工具调用控制
禁用自动执行是关键:
ToolCallingChatOptions options = ToolCallingChatOptions.builder() .internalToolExecutionEnabled(false) // 👈 手动控制 .build();
这样做的好处:
- ✅ 完全掌控执行流程
- ✅ 可以记录和调试
- ✅ 灵活处理异常情况
4. 对话历史管理
List<Message> messages = new ArrayList<>();messages.add(new UserMessage(question)); // 用户问题messages.add(systemMessage); // 系统提示messages.add(assistantMessage); // AI 思考messages.add(toolResponseMessage); // 工具结果// ... 不断追加,形成完整上下文
5. 流式处理核心价值
| 对比项 | 非流式 | 流式 |
|---|---|---|
| 用户等待时间 | 长 | 短(实时可见) |
| 调试友好度 | 一般 | 优秀 |
| 实现复杂度 | 简单 | 稍复杂 |
| 推荐场景 | 快速原型 | 生产环境 |
总结与展望
本文核心收获
本文通过一个实现了一个基础的ReActAgent来演示现在Agent中广为使用的ReAct范式,其核心思想是模仿人类解决问题的方式,将推理和行动结合起来,然后通过代码的方式进行演绎。虽然我们实现的还比较初级,但通过这个项目,至少会有一些几个收获:
-
理解了 ReAct 范式
:Thinking → Acting → Observing 循环
-
掌握了实现方法
:基于Spring AI 手动控制工具调用
-
学会了流式优化
:提升用户体验的关键技巧
-
获得了实战经验
:完整的代码示例和调试日志
进一步学习方向
如果我们想跟进一步的打造一个生产可用的ReActAgent,那么下面这些是我们不能绕过的点
-
更复杂的工具集
:集成真实 API(天气、地图、支付等)
-
多 Agent 协作
:多个 ReAct Agent 协同完成复杂任务
-
记忆系统
:实现长期记忆和上下文学习
-
自我反思
:让 Agent 能够评估和优化自己的行为
-
视觉能力
:结合图像识别等多模态能力
思考题
尝试扩展这个项目:
- 添加一个
CalendarTools,支持日期计算和提醒设置 - 实现一个简单的搜索引擎工具,查询网络信息
- 设计一个数据库查询工具,支持 SQL 查询
- 创建一个 Web 自动化测试工具集
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