图编排与状态机：节点、边、条件路由与循环控制

一句话定义

图编排把控制流显式建模为有向图：State（共享状态对象）流过节点（处理函数或智能体调用），沿边（固定或条件路由）前进，在环上受递归上限与终止条件约束——它在数学上等价于一个带数据的状态机，是现代多智能体框架的主流控制抽象。

直观类比

地铁线路图 + 洪水追踪：列车（State）按轨道（边）行驶，道岔（条件路由）由信号规则决定去向，环线（循环）必须有「最多绕几圈」的规定，终点站（END）与起始站（START）明确标出。

为什么重要

把「LLM 之间怎么接力」从散落的代码 if-else 升级为显式图结构，换来四样工程能力：可视化（整张控制流一目了然）、可静态分析（能提前发现死路、孤节点）、可检查点化（每个节点边界都是保存点，直接通向 kp-018）、可复用（子图即团队，直接支持 kp-010 嵌套）。LangGraph 使其成为事实标准。

前置知识

kp-016（编排五职责——图是其代码化载体）；kp-013（State 是带更新规则的黑板）。

核心概念

• State（状态对象）：全图共享的结构化数据（字典/TypedDict），节点读入 State、返回更新；
• 节点（Node）：处理单元——普通函数、LLM 调用或工具执行；返回对 State 的增量更新；
• 边（Edge）：固定边（无条件跳转）与条件边（由路由函数根据 State 决定去向）；
• START / END：入口与出口的虚拟节点；
• 循环控制：递归上限（recursion limit）、终止条件（State 中的判定字段）、出口边；
• 子图（Subgraph）：图可嵌套图，对应分层团队。

原理与机制

最小实现骨架（LangGraph 风格伪代码）：

from langgraph.15 21 StateGraph, START, END

52 State(dict):
    75  # messages / findings / draft / retries 等字段

g = StateGraph(State)
g.add_node("planner", planner)     # 主管: 产出子任务
g.add_node("worker", worker)       # 工人: 执行并回写 State
g.add_node("reviewer", reviewer)   # 评审: 通过则 END

g.add_edge(START, "planner")
g.add_conditional_edges("planner", route_plan,
    {"dispatch": "worker", "done": "reviewer"})
g.add_conditional_edges("worker", check_result,   # 条件路由
    {"redo": "planner", "next": "worker", "ok": "reviewer"})
g.add_edge("reviewer", END)

app = g.compile()                   # 编译: 校验结构(死路/孤点)
result = app.invoke(goal, config={"recursion_limit": 25})

设计纪律四条：(1) 先画后写——白板上的节点/边图就是设计文档，节点数超过 10 个考虑拆子图；(2) 条件路由函数保持纯函数——只读 State 做判定，不产生副作用，否则图不可静态分析；(3) 每个环必须有出口——出口 = 终止条件字段 + 递归上限双保险（kp-022 的预算控制落点）；(4) State 更新走 reducer 约定——多来源写同一字段时的合并策略显式声明（追加、覆盖、自定义），是并发安全的静态基础（kp-019）。与经典状态机等价：节点 = 状态，边 = 转移，条件边 = 带守卫转移，State = 状态变量集——状态机的设计直觉（不可达状态检查、终态可达性）都适用于图编排审查。

图示

            ┌─────────┐  dispatch   ┌────────┐  ok   ┌──────────┐
START ────▶ │ planner │ ──────────▶ │ worker │ ────▶ │ reviewer │ ────▶ END
            └─────────┘             └───┬────┘       └──────────┘
                 ▲   ▲ done│            │redo / next
                 │   └─────┘            ▼
                 └──────────────(循环: recursion_limit=25 兜底)

实例或案例

把 kp-006 的主管-工人画成图：planner 节点（主管）与 worker 节点（工人池），check_result 路由函数检查工人回执的验收字段——不合格且重试数 < 3 回 planner 附缺陷，合格进 reviewer。整张图可在框架内渲染导出，评审会议直接对图讨论。

常见误区

• 误区一：节点里塞多件事。 一个节点 = 一个可检查点的最小单元，塞多个步骤会让检查点粒度过粗（kp-018）；
• 误区二：条件路由函数有副作用。 路由中顺手调工具或写库，重放与静态检查全部失效；
• 误区三：只设终止条件不设递归上限。 判定字段被写坏时，递归上限是唯一止损线（kp-020）。

与其他知识点的关系

每个节点边界是 kp-018 检查点的天然保存点；reducer 约定是 kp-019 并发写的前置；图结构本身是 kp-025 trace 树的骨架。

自测题

1. 图编排的五个基本构造与各自作用？

要点：State（共享数据）、节点（处理单元）、固定边/条件边（路由）、START/END（出入口）、递归上限（循环兜底）。

1. 为什么条件路由函数必须是纯函数？

要点：保证图可静态分析与可重放；副作用会破坏检查点恢复的一致性。

1. 「环必须有双保险」指什么？

要点：State 终止条件 + 递归上限；前者防正常不收敛，后者防判定字段本身出错。

延伸阅读

LangGraph 官方文档的 StateGraph 与 Persistence 概念页是本知识点的直接工程参考。