当类型安全遇上 AI Agent
Pydantic AI 是 Pydantic 团队在 2025 年推出的 Agent 框架,核心理念是将 Python 的类型系统引入 Agent 开发。在大多数 Agent 框架中,LLM 输出的结构化数据依赖运行时验证——如果 LLM 输出不符合预期,你只能在运行时发现问题。Pydantic AI 通过编译时类型检查 + 运行时 Schema 验证,将这类问题消灭在开发阶段。
核心设计
类型驱动的 Agent 定义
from pydantic_ai import Agent, RunContext
from pydantic import BaseModel, Field
from typing import Literal
from dataclasses import dataclass
# 定义结构化输出
class ResearchReport(BaseModel):
title: str = Field(description="报告标题")
summary: str = Field(description="执行摘要,不超过200字")
key_findings: list[str] = Field(description="关键发现列表")
confidence: float = Field(ge=0, le=1, description="置信度 0-1")
sources: list[str] = Field(description="信息来源 URL 列表")
recommendation: Literal["buy", "hold", "sell"] = Field(description="投资建议")
# 定义依赖类型
@dataclass
class ResearchDeps:
api_keys: dict[str, str]
database_url: str
max_sources: int = 10
# 创建 Agent
research_agent = Agent(
model="openai:gpt-4o",
deps_type=ResearchDeps,
output_type=ResearchReport, # 类型安全的输出
system_prompt="你是一名专业的研究分析师..."
)
# 类型安全的工具定义
@research_agent.tool
async def search_database(ctx: RunContext[ResearchDeps], query: str, limit: int = 10) -> list[dict]:
"""
搜索内部数据库。
Args:
query: 搜索查询
limit: 返回结果数量上限
"""
# ctx.deps 是 ResearchDeps 类型,IDE 自动补全
async with httpx.AsyncClient() as client:
response = await client.post(
f"{ctx.deps.database_url}/search",
json={"query": query, "limit": min(limit, ctx.deps.max_sources)},
headers={"Authorization": f"Bearer {ctx.deps.api_keys['database']}"}
)
return response.json()["results"]
@research_agent.tool
async def fetch_web_page(ctx: RunContext[ResearchDeps], url: str) -> str:
"""获取网页内容。"""
async with httpx.AsyncClient() as client:
response = await client.get(url, timeout=10)
return response.text[:5000] # 限制内容长度
# 运行 Agent —— 输出类型自动验证
result = await research_agent.run(
"分析 2026 年 AGI 芯片市场",
deps=ResearchDeps(
api_keys={"database": "xxx"},
database_url="https://api.example.com"
)
)
# result.output 是 ResearchReport 类型,IDE 完整支持
print(result.output.title)
print(result.output.confidence)
print(result.output.recommendation)
# 如果 LLM 输出不符合 Schema,Pydantic 会抛出
# ValidationError,而非静默返回错误数据
核心特性
1. 结构化输出保证
from pydantic_ai import Agent
from pydantic import BaseModel, validator
from typing import Optional
class CodeReview(BaseModel):
file_name: str
issues: list["CodeIssue"]
overall_rating: int = Field(ge=1, le=10, description="整体评分 1-10")
approved: bool
@validator("file_name")
def validate_filename(cls, v):
if not v.endswith((".py", ".js", ".ts")):
raise ValueError("仅支持 .py/.js/.ts 文件")
return v
class CodeIssue(BaseModel):
line_number: int = Field(ge=1)
severity: Literal["error", "warning", "info"]
message: str
suggestion: Optional[str] = None
review_agent = Agent(
model="anthropic:claude-4-sonnet",
output_type=CodeReview,
system_prompt="你是代码审查专家,分析代码质量问题。"
)
# Agent 输出保证符合 CodeReview Schema
result = await review_agent.run("审查以下代码: ...")
review: CodeReview = result.output # 类型保证
2. 多模型支持与切换
from pydantic_ai.models import Model
from pydantic_ai.models.openai import OpenAIModel
from pydantic_ai.models.anthropic import AnthropicModel
from pydantic_ai.models.groq import GroqModel
# 环境感知模型选择
def get_model() -> Model:
env = os.getenv("ENVIRONMENT", "dev")
if env == "production":
return OpenAIModel("gpt-4o", api_key=os.getenv("OPENAI_API_KEY"))
elif env == "staging":
return AnthropicModel("claude-4-sonnet", api_key=os.getenv("ANTHROPIC_API_KEY"))
elif env == "dev":
return GroqModel("llama-4-70b", api_key=os.getenv("GROQ_API_KEY"))
else:
# 使用 Ollama 本地模型
return OpenAIModel(
"qwen3:72b",
base_url="http://localhost:11434/v1",
api_key="ollama"
)
agent = Agent(
model=get_model(),
output_type=ResearchReport,
system_prompt="..."
)
# 运行时切换模型
result = await agent.run("...", model=AnthropicModel("claude-4-opus"))
3. 流式输出
from pydantic_ai import Agent
from pydantic_ai.messages import Part
streaming_agent = Agent(
model="openai:gpt-4o",
system_prompt="你是技术写作助手..."
)
# 流式输出
async with streaming_agent.run_stream("写一篇关于 AGI 的短文") as result:
async for message in result.stream_text(delta=True):
print(message, end="", flush=True)
# 流式结构化输出(2026 新特性)
class ArticleOutline(BaseModel):
title: str
sections: list[str]
estimated_words: int
async with streaming_agent.run_stream(
"生成文章大纲",
output_type=ArticleOutline
) as result:
# 部分结果流式返回
async for partial in result.stream_structured():
print(f"当前大纲: {partial.title} ({len(partial.sections)} 节)")
final = await result.get_output()
print(f"最终大纲: {final}")
4. 依赖注入
from pydantic_ai import Agent, RunContext
from dataclasses import dataclass
import httpx
import asyncio
@dataclass
class AppDeps:
http_client: httpx.AsyncClient
db_pool: asyncpg.Pool
cache: redis.Redis
config: dict
# 所有工具共享同一个依赖上下文
agent = Agent("openai:gpt-4o", deps_type=AppDeps)
@agent.tool
async def get_user_profile(ctx: RunContext[AppDeps], user_id: int) -> dict:
# 从缓存获取
cached = await ctx.deps.cache.get(f"user:{user_id}")
if cached:
return json.loads(cached)
# 从数据库获取
async with ctx.deps.db_pool.acquire() as conn:
user = await conn.fetchrow(
"SELECT * FROM users WHERE id = $1", user_id
)
# 写入缓存
await ctx.deps.cache.setex(f"user:{user_id}", 3600, json.dumps(dict(user)))
return dict(user)
@agent.tool
async def call_external_api(ctx: RunContext[AppDeps], url: str) -> dict:
response = await ctx.deps.http_client.get(url)
return response.json()
# 运行时注入依赖
async def main():
async with httpx.AsyncClient() as http_client:
db_pool = await asyncpg.create_pool(DATABASE_URL)
cache = redis.Redis()
deps = AppDeps(
http_client=http_client,
db_pool=db_pool,
cache=cache,
config={"max_results": 50}
)
result = await agent.run("查询用户 123 的信息", deps=deps)
print(result.output)
5. Agent 组合
from pydantic_ai import Agent
# 子 Agent:各自有独立的输出类型
research_agent = Agent(
model="openai:gpt-4o",
output_type=ResearchReport,
system_prompt="你是研究员..."
)
writing_agent = Agent(
model="anthropic:claude-4-sonnet",
output_type=Article,
system_prompt="你是技术写手..."
)
review_agent = Agent(
model="openai:gpt-4o",
output_type=ReviewResult,
system_prompt="你是审稿人..."
)
# 主 Agent 协调子 Agent
class PipelineResult(BaseModel):
research: ResearchReport
article: Article
review: ReviewResult
final_status: str
pipeline_agent = Agent(
model="openai:gpt-4o",
output_type=PipelineResult,
system_prompt="你是项目经理,协调多个子任务..."
)
# 主 Agent 可以委派给子 Agent
@pipeline_agent.tool
async def run_research(ctx: RunContext, topic: str) -> ResearchReport:
result = await research_agent.run(topic, deps=ctx.deps)
return result.output
@pipeline_agent.tool
async def run_writing(ctx: RunContext, research: ResearchReport) -> Article:
result = await writing_agent.run(
f"基于以下研究撰写文章: {research.model_dump_json()}",
deps=ctx.deps
)
return result.output
评估与测试
from pydantic_ai.evals import TestCase, Evaluator
# 定义测试用例
test_cases = [
TestCase(
input="分析苹果公司 2026 年 Q1 财报",
expected_output=ResearchReport(
title="苹果 2026 Q1 财报分析",
summary="...",
key_findings=["营收增长 15%", "服务业务创新高"],
confidence=0.9,
sources=["https://investor.apple.com"],
recommendation="buy"
)
),
# 更多测试用例...
]
# 评估器
class ResearchEvaluator(Evaluator):
async def evaluate(self, output: ResearchReport, expected: ResearchReport) -> float:
score = 0.0
# 检查结构化字段
if output.recommendation == expected.recommendation:
score += 0.3
# 检查发现重叠度
overlap = len(set(output.key_findings) & set(expected.key_findings))
score += 0.4 * (overlap / max(len(expected.key_findings), 1))
# 检查置信度合理性
if abs(output.confidence - expected.confidence) < 0.2:
score += 0.3
return score
# 运行评估
results = await Evaluator.run(
agent=research_agent,
test_cases=test_cases,
evaluator=ResearchEvaluator()
)
print(f"平均得分: {results.avg_score}")
print(f"通过率: {results.pass_rate}")
框架对比
| 特性 | Pydantic AI | LangChain | CrewAI | smolagents |
|---|---|---|---|---|
| 类型安全 | ⭐⭐⭐⭐⭐ | ⭐⭐ | ⭐⭐⭐ | ⭐⭐ |
| 结构化输出 | 编译时+运行时 | 运行时 | 运行时 | 无 |
| 学习曲线 | 中 | 高 | 低 | 低 |
| IDE 支持 | 完整 | 部分 | 部分 | 部分 |
| 依赖注入 | 内置 | 无 | 无 | 无 |
| 流式输出 | 文本+结构化 | 文本 | 文本 | 文本 |
| 测试框架 | 内置 | 第三方 | 无 | 无 |
| 多模型 | 完整 | 完整 | 完整 | HF 优先 |
性能基准
| 指标 | Pydantic AI | LangChain | CrewAI |
|---|---|---|---|
| Cold Start | 0.2s | 0.8s | 0.5s |
| 简单调用 | 1.1s | 1.5s | 1.8s |
| 结构化输出 | 1.3s | 1.8s | 2.1s |
| 内存占用 | 85MB | 256MB | 312MB |
| Schema 验证开销 | <50ms | 100-200ms | N/A |
适用场景
最适合
- 企业级应用:类型安全是生产环境的刚需
- API 后端:结构化输出直接映射 API 响应
- 数据管道:类型保证数据处理链路的可靠性
- 团队协作:类型系统作为 Agent 接口契约
不太适合
- 快速原型:类型定义增加了前期开发量
- 创意类任务:非结构化输出场景下类型约束是负担
- 复杂 Agent 图:不支持状态机编排
总结
Pydantic AI 在 2026 年的 Agent 框架竞争中找到了独特的定位:类型安全。这不是一个噱头——在实际的企业开发中,LLM 输出的不可预测性是最大的痛点之一。Pydantic AI 通过编译时类型检查、运行时 Schema 验证、依赖注入、内置测试框架,为 Agent 开发带来了真正的工程严谨性。
如果你来自传统的 Web 后端开发(特别是 FastAPI + Pydantic 技术栈),Pydantic AI 是最自然的 Agent 开发入口。它让你用已经熟悉的思维方式来构建 Agent,而不是学习一整套新的抽象概念。
一句话评价:Pydantic AI 把 Agent 开发从"写脚本"提升到了"写软件工程"。
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