解密prompt系列60. Agent实战：从0搭建Jupter数据分析智能体

本文将带你从零搭建一个数据分析智能体，实现用户上传Excel并给出指令后，智能体能够深入分析数据、进行可视化，并以Jupyter Notebook形式返回结果。我们将重点讨论以下核心要点：

• 智能体设计模式：为何全自动React模式可行但并非最优解
  
• Context Engineering：如何通过上下文管理思路优化效果
  
• 复杂任务Prompt设计：Meta Prompt + 领域最佳实践的高效组合
  

完整Agent代码详见DAAgent
智能体设计

数据分析智能体本质上是具备编码能力、能够使用编程工具的智能体。考虑到单次编码可能不完善，需要多轮迭代调试优化，最简单的实现方式是采用React策略，让模型不断编写和优化代码。
但线性React模式很快会遇到两个关键问题：

• 模型上文很快耗尽：coding是很费token的，尤其traceback更是长的离谱，所以很快就报token limit了
  
• 线性模式存在推理惯性：同样因为上文太长，模型在修复问题时会让分析也限于局部优化，整个数据分析会简单，广度和深度都不足
  

为解决以上线性REACT的问题，我们加入Plan模块，先对问题进行拆解，再让REACT去解决每个局部问题，只要子问题足够聚焦，以上两个问题就都能规避。
于是我们第一版Data Agent的设计思路就有了，包含以下3个模块

• Planner：将数据分析任务拆解为多个串联步骤
  
• Publisher：遍历Plan生成的步骤，分发给Coder执行
  
• coder：基于当前步骤生成代码，通过多轮循环优化直至执行成功
  

下面我们依次说下这三个模块，和中间涉及到的context engineering，meta prompting，MCP使用的一些问题和细节。
Planner

Planner采用结构化推理，输出以下Plan结构体。我们使用一次性规划模式，输入仅包含文件预览和用户查询，不基于后续编码反馈调整规划（简单架构能避免许多复杂问题）。

1. class Plan(BaseModel):
2.     reasoning: str = Field(description='step by step的分析')
3.     task: str = Field(description='分析任务名称')
4.     steps: List[str] = Field(description='拆解的分析步骤')
6. class Status(str, Enum):
7.     waiting = 'WAITING'
8.     finish = 'FINISH'
9.     fail = 'FAIL'
10.     in_progress = 'IN-PROGRESS'
13. class StepStatus(TypedDict):
14.     description: str
15.     observation: str
16.     status: Status
17. async def plan(state: CodeState, config: RunnableConfig, writer: StreamWriter):
18.     """
19.     创建数据分析计划
20.     """
21.     configurable = Configuration.from_runnable_config(config)
22.     llm = ChatDeepSeek(
23.         api_key=os.environ['LLM_APIKEY'],
24.         api_base=os.environ['LLM_URL'],
25.         model=configurable.plan_model
26.     )
28.     prompt = get_prompt_template(name="plan", input_vars={"table": state['data'].head(10).to_markdown()})
30.     messages = [{"role": "system", "content": prompt},
31.                 {"role": "user", "content": state["query"]}]
33.     output = llm.with_structured_output(Plan, method='json_mode').invoke(messages)
34.     writer(f'创建数据分析计划：{output.task}\n' + '\n'.join(output.steps))
35.     steps = [StepStatus(description=i, observation='', status=Status.waiting) for i in output.steps]
37.     return {"task": output.task, "steps": steps}

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Plan的System Prompt，我使用了Meta-prompting配合模型梳理的数据分析（EDA）的最佳实践指南来生成。前面在Agent Context Engineering - 多智能体代码剖析我们有提过meta-prompting，今天再增加一个就是领域最佳实践概念。
标准化任务如编码、写作都可以用MetaPrompt自动补充任务细节，但这样生成的Prompt往往普通，因为它只是随机采样的一条可行路径而非最优路径。
这时就有两种简单的优化思路：

• 前置引入专家经验：基于该领域专家经验抽象成最佳实践
  
• 后置不断总结经验：基于测试集运行的结果进行常见问题的抽象并优化prompt（并不推荐人工总结，因为human prior!=machine prior）
  

这里我们采用方案1，直接用DeepSeek联网总结Kaagle GrandMaster在数据EDA上的专家经验和流程再输入Meta Prompt就得到了以下system Prompt

1. 作为Google的顶尖数据分析和可视化专家，请严格按以下数据分析步骤和分析要点处理用户提交的Excel表格和分析要求,并按照输出格式直接输出JSON
3. ## Excel表格
5. {{table}}
7. ## 当前时间
9. {{current_date}}
11. ## 数据分析步骤
13. 1. 数据初窥与质量评估
14.    **目标**：了解数据原始面貌和基本健康状况
15.    - 查看数据形状、类型和基本统计信息
16.    - 识别缺失值和重复值
17.    - 理解字段业务含义
19. 2. 数据清洗与预处理
20.    **目标**：解决数据质量问题，准备干净数据
21.    - 按策略处理缺失值（删除/填充/标记）
22.    - 识别并合理处理异常值（不盲目删除）
23.    - 统一数据格式和类别命名
25. 3. 单变量分析
26.    **目标**：深入理解每个变量的分布特征
27.    - 数值变量：分析分布、偏度和峰度
28.    - 分类变量：检查频次和类别平衡
29.    - 记录需要进行的转换（如对数变换）
31. 4. 多变量分析与可视化
32.    **目标**：探索变量间关系，发现数据模式
33.    - 数值vs数值：散点图+相关矩阵
34.    - 分类vs数值：小提琴图/箱线图
35.    - 分类vs分类：堆叠条形图+卡方检验
36.    - 时间序列：折线图+滚动统计量
38. 5. 简单建模辅助分析
39.    **目标**：用量化方法验证分析发现
40.    - 线性回归：关注系数而非R²
41.    - 决策树/随机森林：分析特征重要性
42.    - 所有分析以理解关系为目的，而非预测精度
44. 6. 报告生成
45.    **输出**：包含数据质量报告、关键发现、可视化图表和建议的数据分析报告
47. ## 数据分析要点
49. 1. **需求解析**
50.     - 明确用户核心分析目标及潜在需求
51.     - 判断需加强分析的隐藏维度（如数据对比/聚合维度）
52. 2. **方案设计**
53.     - 基于目标定制分析路径（描述性/预测性/诊断性分析）
54.     - 按优先级匹配可视化方案（如动态仪表盘>静态图表）
55. 3. **反向工程验证**
56.     - 论证每个分析步骤如何解决核心需求
57.     - 确认可视化类型与数据特性的适配性
59. ## 关键要求
61. - ❗ 推理(reasoning)必须包含：数据特征发现 → 需求拆解 → 方案推导的完整逻辑链
62. - ✖️ 禁止在reasoning出现结论性语句（结论仅出现在steps中）
63. - 使用方括号标注示例中的动态参数（如 [指标名]）
64. - JSON键名严格保持原文格式，不添加注释或额外字段
65. - steps需包含具体技术实现（如："使用PCA降维后生成3D散点图"）
66. - 若原始需求模糊，需在reasoning中反推合理分析路径
67. - 无需输出```json```，直接输出JSON
69. ## 输出格式
71. {
72. "reasoning": "分步数据观察和需求解析过程（先分析后结论）",
73. "task": "≤15字分析任务标题",
74. "steps": [
75.     "步骤1: [如: 观测表格数据并检查数据质量]",
76.     "步骤2: [如: 进行数据清洗和必要字段归一化处理]",
77. ]
78. }

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以下就是结构化推理得到的数据分析任务和8个串联的执行步骤

个人还是比较倾向于直接使用官方API，而非langchian包装的各种structure output，bind tools啥的llm推理接口，因为langchain增加了报错排查的难度以及问题隐藏的深度。有个梗就是开发越快的工具debug越慢~

Publisher

生成分析任务后就会进入任务分发节点，这个节点不做模型推理，只做任务状态管理和分发，属于中转节点。coding每完成一个step任务，会重新回到publisher，修改任务状态，再进入新的一轮任务执行，如下

1. async def publisher(state: CodeState, writer: StreamWriter) -> Command[Literal["__end__", "coding"]]:
2.     """
3.     分发数据分析任务，判断任务完成状态
4.     """
5.     steps = state['steps']
6.     # 每次进入都尝试获取最新的ipynb
7.     tools = await mcp_client.get_tools()
8.     stop_tool = [i for i in tools if i.name == 'close_sandbox'][0]
9.     # 所有任务都执行则判断完成
10.     if all([i['status'] != Status.waiting for i in steps]):
11.         writer('所有步骤执行完毕！')
12.         return Command(goto='__end__')
14.     # 找到下一个待执行的任务,清空历史code message和observations并开始执行
15.     for step in steps:
16.         if step['status'] == Status.waiting:
17.             step['status'] = Status.in_progress
18.             writer(f'执行步骤-{step["description"]}')
19.             break
21.     return Command(goto='coding', update={"steps": steps,
22.                                           # 清空step内传递信息
23.                                           "code_messages": ["CLEAR"],
24.                                           "step_observations": ["CLEAR"],
25.                                           "step_observations_clean": ["CLEAR"],
26.                                           "code_round": 0,
27.                                           # 多步step信息累计
28.                                           "observations": state["step_observations_clean"]})

复制代码

这里用到Context Engineer-过滤大法，从任务分发上可以看出，也就是多个Step的coding任务之间，不传递code message，只传递过滤Error的bservation，可以大大减少上文Token量级。那要如何设计coding任务才能之基于观测进行串行任务编程呢？咱接着往后聊~
Coding

Coding是最核心的任务。虽然Plan的任务分解通过降低子任务复杂度来减少Step内部的上下文长度，但我们仍需处理多编码步骤间的信息传递问题。这里选择了内外层消息隔离的模式

• 内层（单个Step内）：消息线性增长，每一步向后传递code + execution result。同时通过指令让模型print所有代码执行过程中的必要观测，并对所有数据分析的中间结果进行持久化存储
  
• 外层（多个step之间）：因为观测和中间结果都在Studout中直观显示，所以多步之间只需传递过滤Error的Execution Result，后面章节我们再考虑引入更多压缩和反思极值进一步提升信息密度，来应对更复杂的问题。
  

以下是关于持久化和stdout输出的相关指令，完整指令详见DAAgent
[code]3. **数据流规范**：禁止使用全局变量传递数据，使用持久化文件进行信息传递，例如   | 步骤类型 | 输入文件          | 输出文件格式要求         |   |----------|-------------------|------------------------|   | 数据加载 | raw_data.csv      | /                      |   | 中间处理 | [上一步].csv      | 带时间戳的CSV/JSON文件 |   | 可视化   | processed_data/* | 600dpi PNG（带图例）   |4. **分析结果和观测显性化**：print所有结果   | 步骤类型 | print       |    |----------|-------------------|   | 文件输出 |
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