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title: "feat: AgentKit Phase 5 — 智能进化与多Agent协作"
status: completed
created: 2026-06-06
plan_type: feat
depth: deep
origin: Phase 4 完成后成熟度评估 + L4/L5 级能力建设需求
branch: feat/agentkit-phase5-intelligence
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# AgentKit Phase 5 — 智能进化与多Agent协作

## Summary

基于 Phase 4 企业级生产化升级（整体 L3 级），Phase 5 聚焦三大核心能力跃迁：**RAG 自纠正闭环**（L3→L4）、**多 Agent 协作编排**（L3→L4）、**GEPA 遗传算法进化**（L3→L5）。同时完成国内 Provider 接入和 Contextual Retrieval 优化，以"GEO 系统 RAG 质量可度量、多 Skill 自动编排、Prompt 自主进化"为验收底线。

## Problem Frame

Phase 4 完成后，AgentKit 达到 L3 级别（生产可用），但存在三个关键能力缺口：

### 三大能力缺口

1. **RAG 不可自纠（L3 级）**
   - 检索结果无质量评估，错误检索直接传递给 LLM 生成
   - 缺少"检索→评估→改写→重检索"闭环
   - EpisodicMemory ORM 集成未完成（session_factory=None）
   - 无 Contextual Retrieval，分块后上下文丢失

2. **多 Agent 无法协作（L3 级）**
   - HandoffManager 仅支持单向转交，无双向协作通信
   - 缺少中央编排器协调多 Agent 并行/串行执行
   - 无共享工作空间，Agent 间只能通过 Handoff 传递 context
   - GEO 8 个 Skill 缺少端到端 Pipeline 编排

3. **进化系统非遗传（L3 级）**
   - 当前进化是单个体逐任务优化，无种群/代际概念
   - 缺少交叉算子（Crossover），无法发现跨模块组合
   - StrategyTuner 仅支持 2 个参数，无多维策略空间
   - 缺少多目标适应度（准确率+延迟+成本）

### 成熟度目标

| 模块 | Phase 4 后 | Phase 5 目标 |
|------|-----------|-------------|
| 进化系统 | 75% | 90% |
| 记忆/RAG | 85% | 95% |
| 核心引擎 | 90% | 95% |
| LLM Gateway | 85% | 95% |
| Server | 90% | 92% |
| 整体 | L3 | L4 |

## Scope Boundaries

**In Scope:**
- RAG 自纠正循环（CRAG 模式）
- Contextual Retrieval（上下文增强分块）
- 多 Agent Orchestrator-Worker 编排
- 共享工作空间
- GEPA 遗传算法进化框架
- 国内 Provider（文心/豆包/元宝）
- Ragas 评估管线
- GEO Pipeline 编排

**Out of Scope:**
- 前端 UI 开发（GEO Dashboard 属于独立项目）
- 分布式追踪（OpenTelemetry，Phase 6）
- 本地向量库（ChromaDB/FAISS，Phase 6）
- 多跳推理检索（Phase 6）
- Agent 能力发现和动态路由（Phase 6）

## Implementation Units

### Phase A (P0) — RAG 质量闭环

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#### U1: RAG 自纠正循环（CRAG）

**Goal:** 实现 Corrective RAG 模式，检索结果经评估后决定通过/改写/降级，形成自纠正闭环。

**Files:**
- Create: `src/agentkit/memory/rag_loop.py`
- Create: `src/agentkit/memory/relevance_scorer.py`
- Modify: `src/agentkit/memory/retriever.py`
- Create: `tests/unit/test_rag_loop.py`
- Create: `tests/unit/test_relevance_scorer.py`

**Approach:**
1. 实现 `RelevanceScorer`：轻量级评估器，对检索结果逐文档评分（0-1），基于查询-文档语义相似度 + 关键词重叠
2. 实现 `RAGSelfCorrectionLoop`：状态机驱动的检索-评估-纠正循环
   - 状态：RETRIEVE → EVALUATE → CORRECT/DEGRADE → GENERATE
   - 评估：RelevanceScorer 评分，阈值判断（correct/ambiguous/incorrect）
   - 纠正：QueryTransformer 改写查询，重新检索（最多 max_retries 次）
   - 降级：超过重试次数，返回降级结果（标记 low_confidence）
3. 集成到 MemoryRetriever：当 `enable_self_correction=True` 时，检索走 CRAG 循环
4. 熔断器：max_retries=3，防止无限循环

**Patterns to follow:**
- `src/agentkit/memory/query_transformer.py` — 策略模式（LLM/Rule/NoOp）
- `src/agentkit/llm/retry.py` — CircuitBreaker 熔断模式
- `src/agentkit/core/react.py` — 状态机驱动的循环

**Verification:**
- 单元测试：RelevanceScorer 评分准确性、RAGSelfCorrectionLoop 状态转换、熔断器触发
- 集成测试：低质量检索触发自纠正、高质量检索直接通过、超限降级

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#### U2: Contextual Retrieval（上下文增强分块）

**Goal:** 在嵌入前为每个文档块添加 LLM 生成的上下文前缀，解决分块后上下文丢失问题。

**Files:**
- Create: `src/agentkit/memory/contextual_retrieval.py`
- Modify: `src/agentkit/memory/http_rag.py`
- Create: `tests/unit/test_contextual_retrieval.py`

**Approach:**
1. 实现 `ContextualChunker`：
   - 输入：原始文档 + 分块列表
   - 处理：对每个块，调用 LLM（优先用轻量模型）生成简洁上下文语句
   - 输出：增强后的块（上下文前缀 + 原始内容）
   - Prompt 模板：`"给定完整文档和文档中的一个特定块，请编写简短的上下文，帮助理解这个块在整体中的位置。仅输出上下文，不要解释。"`
2. 集成到 HttpRAGService：
   - `ingest()` 方法可选启用 contextual_chunking
   - 使用 EmbeddingCache 缓存上下文生成结果
3. 成本优化：
   - 文档级 Prompt Caching（同一文档的多个块共享文档前缀）
   - 批处理（batch_size=8）

**Patterns to follow:**
- `src/agentkit/memory/embedder.py` — EmbeddingCache 缓存模式
- `src/agentkit/memory/query_transformer.py` — LLM 调用 + 模板模式

**Verification:**
- 单元测试：上下文生成正确性、缓存命中/失效、批处理逻辑
- 对比测试：有/无 Contextual Retrieval 的检索质量差异

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#### U3: EpisodicMemory ORM 集成完成

**Goal:** 完成 EpisodicMemory 与 PostgreSQL 的完整 ORM 集成，替换当前的 session_factory=None 状态。

**Files:**
- Modify: `src/agentkit/memory/episodic.py`
- Modify: `src/agentkit/server/app.py`
- Create: `src/agentkit/memory/models.py`
- Modify: `tests/unit/test_episodic_memory.py`
- Modify: `tests/unit/test_episodic_vector_search.py`

**Approach:**
1. 定义 `EpisodeModel` ORM 模型（SQLAlchemy）：
   - 字段：id, agent_id, task_type, content, embedding(vector), quality_score, created_at, metadata(JSON)
   - pgvector 索引：ivfflat 或 hnsw
2. 修改 EpisodicMemory：
   - 注入 session_factory 和 EpisodeModel
   - `store()` → INSERT INTO episodes
   - `retrieve()` → pgvector 原生搜索（cosine distance）
   - 移除客户端 O(N) 全量扫描降级路径
3. 修改 Server 初始化：
   - app.py 中创建真实的 session_factory 和 EpisodeModel
   - 数据库表自动创建（alembic 迁移）

**Patterns to follow:**
- `src/agentkit/evolution/models.py` — ORM 模型定义
- `src/agentkit/evolution/evolution_store.py` — SQLAlchemy session 使用模式
- `src/agentkit/server/app.py` — 服务初始化

**Verification:**
- 单元测试：ORM CRUD、pgvector 搜索、时间衰减评分
- 集成测试：Server 启动后 EpisodicMemory 可用

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### Phase B (P1) — 多 Agent 协作

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#### U4: 多 Agent Orchestrator

**Goal:** 实现中央编排器，支持 Orchestrator-Worker 模式的多 Agent 协作。

**Files:**
- Create: `src/agentkit/core/orchestrator.py`
- Create: `src/agentkit/core/shared_workspace.py`
- Modify: `src/agentkit/core/protocol.py`
- Create: `tests/unit/test_orchestrator.py`
- Create: `tests/unit/test_shared_workspace.py`

**Approach:**
1. 定义 `AgentRole` 枚举：ORCHESTRATOR, WORKER, REVIEWER
2. 实现 `SharedWorkspace`：
   - 基于 Redis 的共享状态存储
   - 操作：write(key, value, agent_id), read(key), subscribe(key), lock(key)
   - 支持版本控制和冲突检测
3. 实现 `Orchestrator`：
   - 任务分解：LLM 驱动将复杂任务拆解为子任务
   - Agent 分配：基于 Skill 能力匹配子任务到 Worker Agent
   - 执行监控：跟踪子任务状态，处理超时/失败
   - 结果聚合：汇总 Worker 结果，生成最终输出
4. 扩展 Protocol：
   - 新增 `CollaborationMessage`：agent_id, target_agent_id, message_type(request/response/broadcast), payload
   - 新增 `SubTask`：task_id, parent_task_id, assigned_agent, status, result

**Patterns to follow:**
- `src/agentkit/core/base.py` — BaseAgent 生命周期模式
- `src/agentkit/core/agent_pool.py` — Agent 实例池管理
- `src/agentkit/core/dispatcher.py` — Redis Queue 任务分发
- `src/agentkit/skills/pipeline.py` — Pipeline 编排模式

**Verification:**
- 单元测试：任务分解、Agent 分配、结果聚合、超时处理
- 集成测试：2-3 个 Agent 协作完成复杂任务

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#### U5: GEO Pipeline 编排

**Goal:** 实现 GEO 端到端工作流编排（检测→分析→优化→追踪），作为多 Agent 协作的实际应用。

**Files:**
- Create: `src/agentkit/skills/geo_pipeline.py`
- Create: `configs/pipelines/geo_full_pipeline.yaml`
- Modify: `src/agentkit/server/routes/tasks.py`
- Create: `tests/unit/test_geo_pipeline.py`

**Approach:**
1. 定义 GEO Pipeline YAML 配置：
   ```yaml
   name: geo_full_pipeline
   steps:
     - name: detect
       skill: citation_detector
       input_mapping: {brand: $.input.brand, platforms: $.input.platforms}
     - name: analyze_competitor
       skill: competitor_analyzer
       input_mapping: {brand: $.input.brand, detection_result: $.steps.detect.output}
       depends_on: [detect]
     - name: analyze_trend
       skill: trend_agent
       input_mapping: {brand: $.input.brand}
       depends_on: [detect]
       parallel_with: [analyze_competitor]
     - name: optimize
       skill: geo_optimizer
       input_mapping: {brand: $.input.brand, analysis: $.steps.analyze_competitor.output}
       depends_on: [analyze_competitor, analyze_trend]
     - name: schema
       skill: schema_advisor
       input_mapping: {brand: $.input.brand, optimization: $.steps.optimize.output}
       depends_on: [optimize]
     - name: monitor
       skill: monitor
       input_mapping: {brand: $.input.brand}
       depends_on: [optimize]
   ```
2. 实现 `GEOPipeline`：
   - 加载 YAML 配置，构建 DAG
   - 拓扑排序确定执行顺序
   - 并行执行无依赖的步骤
   - 步骤间数据通过 SharedWorkspace 传递
3. 集成到 Server：
   - `POST /api/v1/pipelines/execute` 端点
   - 支持 WebSocket 推送 Pipeline 进度

**Patterns to follow:**
- `src/agentkit/skills/pipeline.py` — SkillPipeline 编排
- `src/agentkit/core/config_driven.py` — 配置驱动模式
- `configs/skills/*.yaml` — YAML 配置格式

**Verification:**
- 单元测试：DAG 构建、拓扑排序、并行执行、步骤间数据传递
- 集成测试：完整 GEO Pipeline 端到端执行

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### Phase C (P1) — GEPA 遗传算法进化

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#### U6: GEPA 种群与遗传算子

**Goal:** 实现 GEPA（Genetic-Pareto Prompt Evolution）核心框架，包括种群管理、交叉/变异算子、Pareto 选择。

**Files:**
- Create: `src/agentkit/evolution/genetic.py`
- Modify: `src/agentkit/evolution/lifecycle.py`
- Create: `tests/unit/test_genetic_evolution.py`

**Approach:**
1. 定义核心数据结构：
   - `PromptChromosome`：一个完整的 Prompt 变体（identity + instructions + demos + constraints）
   - `GEPAPopulation`：种群管理（初始化、添加、淘汰、获取精英）
   - `FitnessScore`：多目标适应度（accuracy, latency, cost）
2. 实现遗传算子：
   - `CrossoverOperator`：从两个父代 Prompt 生成子代
     - 指令段交叉：交换 instructions 的子段落
     - Demo 交叉：交换 few-shot 示例
     - 约束交叉：交换约束条件
   - `MutationOperator`：基于 LLM 反思的结构化变异
     - 指令变异：LLM 重写指令段落
     - Demo 变异：替换/重排 few-shot 示例
     - 约束变异：增删约束条件
   - `SelectionStrategy`：
     - 锦标赛选择（Tournament Selection）
     - 精英保留（Elitism）：保留 top-k 最优个体
3. Pareto 前沿维护：
   - 多目标非支配排序
   - 拥挤度距离计算
   - 保留 Pareto 前沿上的最优解
4. 集成到 EvolutionMixin：
   - 当 `evolution_mode=gepa` 时，使用遗传进化替代逐任务优化
   - 代际进化：每 N 个任务触发一代进化

**Patterns to follow:**
- `src/agentkit/evolution/prompt_optimizer.py` — Prompt 优化模式
- `src/agentkit/evolution/ab_tester.py` — A/B 测试和统计检验
- `src/agentkit/evolution/llm_reflector.py` — LLM 驱动反思

**Verification:**
- 单元测试：CrossoverOperator 交叉正确性、MutationOperator 变异合理性、Pareto 前沿维护、锦标赛选择
- 集成测试：3-5 代进化后 Prompt 质量提升

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#### U7: 多目标适应度与策略空间扩展

**Goal:** 实现多目标适应度评估和扩展的策略空间，使进化系统能优化准确率+延迟+成本的综合表现。

**Files:**
- Create: `src/agentkit/evolution/fitness.py`
- Modify: `src/agentkit/evolution/strategy_tuner.py`
- Create: `tests/unit/test_fitness.py`

**Approach:**
1. 实现 `MultiObjectiveFitness`：
   - 维度：accuracy（0-1）、latency（ms，越低越好）、cost（token 数，越低越好）
   - 归一化：各维度归一化到 [0, 1]
   - 加权组合：可配置权重（默认 accuracy=0.6, latency=0.2, cost=0.2）
   - Pareto 支配判断：a 支配 b ⟺ a 在所有维度 ≥ b 且至少一个维度 > b
2. 扩展 StrategyTuner：
   - 参数空间扩展：temperature, max_iterations, tool_weights, top_k, retrieval_mode
   - Bayesian 优化升级：从 1D 升级到多维 Bayesian Optimization（使用高斯过程）
   - 约束支持：参数范围约束（如 temperature ∈ [0, 2]）
3. 适应度数据收集：
   - 从 TraceRecorder 提取任务执行指标
   - 从 UsageTracker 提取 token 使用量
   - 从 QualityGate 提取质量评分

**Patterns to follow:**
- `src/agentkit/evolution/strategy_tuner.py` — 当前 1D 优化模式
- `src/agentkit/core/trace.py` — 执行轨迹记录
- `src/agentkit/llm/providers/tracker.py` — Usage 追踪

**Verification:**
- 单元测试：多目标归一化、Pareto 支配判断、Bayesian 优化收敛性
- 集成测试：多目标进化后综合表现提升

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### Phase D (P2) — 生态扩展

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#### U8: 国内 Provider 实现（文心/豆包/元宝）

**Goal:** 实现文心、豆包、元宝三个国内 LLM Provider，扩展 AgentKit 的 AI 引擎覆盖。

**Files:**
- Create: `src/agentkit/llm/providers/wenxin.py`
- Create: `src/agentkit/llm/providers/doubao.py`
- Create: `src/agentkit/llm/providers/yuanbao.py`
- Modify: `src/agentkit/llm/providers/__init__.py`
- Modify: `src/agentkit/llm/config.py`
- Create: `tests/unit/test_wenxin_provider.py`
- Create: `tests/unit/test_doubao_provider.py`
- Create: `tests/unit/test_yuanbao_provider.py`

**Approach:**
1. **WenxinProvider**（百度文心）：
   - 鉴权：AK/SK → access_token（缓存 29 天）
   - API：`https://aip.baidubce.com/rpc/2.0/ai_custom/v1/wenxinworkshop/chat/{model}`
   - 模型映射：ernie-4.5-turbo-128k, ernie-5.0, ernie-x1.1
   - 特有功能：web_search 联网搜索
   - 流式：SSE
2. **DoubaoProvider**（字节豆包）：
   - 鉴权：火山引擎 IAM（Bearer token）
   - API：`https://ark.cn-beijing.volces.com/api/v3/chat/completions`
   - 模型映射：doubao-pro-32k, doubao-lite
   - 特有功能：Function Calling
   - 流式：SSE
3. **YuanbaoProvider**（腾讯混元）：
   - 鉴权：Bearer API Key
   - API：`https://api.hunyuan.cloud.tencent.com/v1/chat/completions`（OpenAI 兼容）
   - 模型映射：hunyuan-turbos-latest, hunyuan-2.0
   - 特有功能：enable_enhancement 增强模式
   - 流式：SSE
4. 统一注册到 LLMGateway：
   - 配置格式：`wenxin/ernie-4.5-turbo-128k`, `doubao/doubao-pro-32k`, `yuanbao/hunyuan-turbos-latest`
   - 环境变量：WENXIN_AK/SK, DOUBAO_API_KEY, YUANBAO_API_KEY

**Patterns to follow:**
- `src/agentkit/llm/providers/openai.py` — OpenAICompatibleProvider 模式
- `src/agentkit/llm/providers/anthropic.py` — 原生 API Provider 模式
- `src/agentkit/llm/providers/gemini.py` — 原生 API Provider 模式

**Verification:**
- 单元测试：鉴权流程、请求格式、响应解析、流式处理、错误处理
- 集成测试：通过 Gateway 调用各 Provider（mock 模式）

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#### U9: Ragas 评估管线

**Goal:** 集成 Ragas 评估框架，为 RAG 质量提供可度量的指标体系。

**Files:**
- Create: `src/agentkit/evaluation/__init__.py`
- Create: `src/agentkit/evaluation/ragas_evaluator.py`
- Create: `src/agentkit/evaluation/dataset_builder.py`
- Create: `tests/unit/test_ragas_evaluator.py`

**Approach:**
1. 实现 `RagasEvaluator`：
   - 指标：Faithfulness, AnswerRelevancy, ContextPrecision, ContextRecall
   - LLM Judge：使用配置的 LLM 作为 Judge
   - 评估流程：构建评估数据集 → 调用 Ragas evaluate → 返回指标 DataFrame
2. 实现 `EvalDatasetBuilder`：
   - 从 TraceRecorder 提取历史任务数据
   - 转换为 Ragas 格式：user_input, response, retrieved_contexts, reference
   - 支持人工标注 reference 的导入
3. Server 集成：
   - `POST /api/v1/evaluation/run`：触发评估
   - `GET /api/v1/evaluation/results`：获取评估结果
4. 评估触发策略：
   - 手动触发：API 调用
   - 定时触发：配置 cron 表达式
   - 进化触发：每 N 代进化后自动评估

**Patterns to follow:**
- `src/agentkit/core/trace.py` — 执行轨迹数据
- `src/agentkit/memory/retriever.py` — 检索结果数据
- `src/agentkit/server/routes/evolution.py` — API 路由模式

**Verification:**
- 单元测试：数据集构建、评估流程、指标计算
- 集成测试：端到端评估（使用 mock LLM Judge）

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#### U10: Agent 状态锁优化与配置热加载完善

**Goal:** 完善 Phase 4 U12 的 Agent 状态锁和配置热加载，修复已知问题。

**Files:**
- Modify: `src/agentkit/core/base.py`
- Modify: `src/agentkit/server/app.py`
- Modify: `src/agentkit/server/config.py`
- Modify: `tests/unit/test_base_agent.py`

**Approach:**
1. 状态锁优化：
   - 当前 asyncio.Lock 在高并发下可能死锁，改用 asyncio.Event + 超时
   - 增加锁状态查询 API（`GET /api/v1/agents/{id}/lock-status`）
2. 配置热加载完善：
   - 修复 `_on_config_change` 中 skill 配置变更不生效的问题
   - 增加配置变更审计日志
   - 增加配置回滚机制（保留最近 N 个配置版本）
3. 优雅滚动更新：
   - 等待当前任务完成后再应用配置变更
   - 新任务使用新配置，进行中的任务继续使用旧配置

**Patterns to follow:**
- `src/agentkit/core/base.py` — Agent 状态管理
- `src/agentkit/server/config.py` — 配置加载

**Verification:**
- 单元测试：锁超时、配置变更生效、配置回滚
- 集成测试：运行中任务不受配置变更影响

---

## Dependencies

```
U1 (CRAG) ─────────────────────────────────────┐
U2 (Contextual Retrieval) ──────────────────────┤
U3 (EpisodicMemory ORM) ───────────────────────┤
                                                ├──→ U9 (Ragas 评估)
U4 (Orchestrator) ──→ U5 (GEO Pipeline) ───────┤
                                                │
U6 (GEPA 种群) ──→ U7 (多目标适应度) ───────────┤
                                                │
U8 (国内 Provider) ────────────────────────────┤
                                                │
U10 (状态锁优化) ──────────────────────────────┘
```

- U1, U2, U3 互相独立，可并行
- U4 是 U5 的前置依赖
- U6 是 U7 的前置依赖
- U9 依赖 U1（需要 CRAG 的检索结果做评估）
- U8, U10 独立，可随时执行

## Test Strategy

### 新增测试文件

| Unit | 测试文件 | 预估用例数 |
|------|----------|-----------|
| U1 | test_rag_loop.py, test_relevance_scorer.py | 25 |
| U2 | test_contextual_retrieval.py | 15 |
| U3 | test_episodic_memory.py (更新), test_episodic_vector_search.py (更新) | 10 |
| U4 | test_orchestrator.py, test_shared_workspace.py | 25 |
| U5 | test_geo_pipeline.py | 15 |
| U6 | test_genetic_evolution.py | 20 |
| U7 | test_fitness.py | 15 |
| U8 | test_wenxin_provider.py, test_doubao_provider.py, test_yuanbao_provider.py | 30 |
| U9 | test_ragas_evaluator.py | 15 |
| U10 | test_base_agent.py (更新) | 10 |

### 验收标准

- 所有测试通过（0 failed）
- 总测试数 ≥ 1500（当前 1353 + 新增 ~180）
- 新增代码测试覆盖率 ≥ 85%

## Risk Assessment

| 风险 | 概率 | 影响 | 缓解措施 |
|------|------|------|---------|
| GEPA 进化效果不显著 | 中 | 中 | 保留 Phase 4 的逐任务优化作为 fallback |
| 多 Agent 编排死锁 | 中 | 高 | 超时机制 + 死锁检测 + 优雅降级 |
| 国内 Provider API 变更 | 低 | 低 | 抽象层隔离 + 配置化端点 |
| Ragas 评估成本过高 | 中 | 低 | 使用轻量模型做 Judge + 采样评估 |
| Contextual Retrieval 延迟 | 低 | 中 | Prompt Caching + 批处理 + 异步预处理 |