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4-2 架构与流程图解

所属项目：XH-202619 基于国产开源大模型的 AI Scientist 的研发与应用
方案定位：以多智能体分工协同与子智能体技能（Skill）解耦为框架，以阿里通义千问（Qwen）大模型为国产开源大脑，构建面向前沿科学研究的“自进化科研发现超级智能体”工程闭环。

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一、系统四层总体解耦架构图及图解

1.1 系统架构总览图 (System Architecture Diagram)

(高清图表保存路径：docs/01_system_architecture.png，替换原拥挤图：docs/architecture_diagram.png)

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1.2 四层架构组件与职能图解说明

系统自顶向下严格采用四层高内聚、低耦合的模块化设计，各层职责分明、数据流向清晰：

1. 第一层：交互表现层 (Presentation Layer)

• 双模式交互工作台：
  • 人在回路协同模式：提供 4 步渐进式卡片解锁流程（问题输入 ➔ 假说生成 ➔ 对抗审查 ➔ 报告导出）。支持人类专家在各阶段随时介入修改假设、注入先验指导意见。
  • 24/7 全自动无人值守发现流：面向长时间自主运行场景，后台自动完成多轮“检索-生成-审稿-修改”闭环。
• 暗黑极客流式控制台 (Terminal Console)：嵌入式实时终端，逐行渲染多智能体状态机底层日志、阶段耗时与思维链轨迹，配备打字机光标与 ANSI 高亮。
• 大模型流式对话视窗 (Dialogue Stream Box)：以双向气泡流形式，直观展现假说生成智能体与 Reviewer #2 审稿智能体之间的多轮流式对抗对话。
• 五维审查打分看板 (Metrics & Decision Dashboard)：动态渲染 50 分制量化指标条、各维度评分雷达以及最终学术判定 Badge（ACCEPT / REVISE / REJECT）。

2. 第二层：智能体核心层 (Autonomous Multi-Agent Core Layer)

• 引擎主调度控制器 (AIScientistEngine)：统筹管理整个科研发现生命周期的状态转移，驱动 Generator 事件流实时向前端推送，并调控自进化闭环学习循环（Learning Loop）。
• 四大专业解耦子智能体 (Skills)：
  • LiteratureMiningSkill（文献挖掘智能体）：解析科研问题深层语义，提取精准英文双引号学术短语，并发调度 arXiv 检索。
  • HypothesisGeneratorSkill（假说推导智能体）：基于真实文献证据，采用“归纳-演绎”双轨逻辑推理，单次生成 3 组候选假说，并在迭代中融合专家反馈。
  • HypothesisCriticSkill（对抗审稿智能体）：化身“Reviewer #2 魔鬼审稿人”，执行 5 维度 50 分制量化审查，并强制执行物理时间线锚定（消除外部最新成果的虚构误判）。
  • ResearchPlanWriterSkill（报告编纂智能体）：依据最终通过审查的最佳科学假设，自动编撰严格包含 10 个标准学术规范章节的完整研究计划报告。

3. 第三层：工具与知识增强层 (Tools & Augmentation Layer)

• arXiv 真实文献检索工具 (ArxivTool)：直连 arXiv 官方 XML API，实时检索最新论文元数据（Title、Abstract、Date、真实 DOI 唯一识别码），覆盖 AI、天文、量子、生物等跨学科领域。
• 通义 1024 维 Dense Vector Hybrid RAG 引擎 (SimpleRAGTool)：基于 NumPy 矩阵高速余弦相似度计算，结合 7:3 稠密向量与稀疏关键词混合重排融合算法（$S_{hybrid} = 0.7 \times S_{dense} + 0.3 \times S_{sparse}$），确保假说生成严格溯源至真实学术成果，从根源上消除大模型逻辑幻觉。
• NetworkX 知识图谱与 Mermaid 转换引擎 (KnowledgeGraphTool)：大模型驱动实体关系抽取 (NER/RE)，提炼 (Subject, Predicate, Object) 科学三元组建立 DiGraph 有向图，自动导出高质量 Mermaid 拓扑代码，直观呈现证据链。

4. 第四层：国产大模型基座层 (Foundation Model Layer)

• 阿里云百炼统一网关 (LLMClient)：基于 OpenAI SDK 兼容协议，具备标准 API 调用封装与原生 HTTP REST 优雅降级兜底机制。
• 阿里通义千问开源大模型矩阵（支持前端动态热切换）：
  • qwen3.7-max：负责深层复杂逻辑演绎、理论严谨性论证与终审对抗审查。
  • qwen3.7-plus：负责规范化学术文本撰写、实验方案周密设计与学科文献综合分析。
  • qwen3.8-flash / qwen3.6-flash：具备 100 万 Token 上下文窗口与毫秒级流式响应，负责摘要三元组提取与快速原型交互。
  • text-embedding-v3：通义官方配套向量模型，提供 1024 维高保真稠密语义嵌入。

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二、自进化科研发现闭环全流程图及图解

2.1 端到端闭环流程图 (End-to-End Workflow Diagram)

(高清图表保存路径：docs/02_workflow_pipeline.png)

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2.2 五大关键阶段执行流程与自进化控制机制

阶段 1：科学问题输入与环境配置 (Stage 01: Problem Input)

• 输入数据：自然语言科学难题 Query（例如：如何突破大模型长程推理中的逻辑幻觉问题）。
• 执行操作：
  1. 解析问题的科研领域与所属学科（如计算机科学、天体物理、量子物理、生物信息）；
  2. 配置对抗审查通过门槛分数（默认 35 分，满分 50 分）；
  3. 配置最大自进化迭代轮数（1-10 轮，默认 3 轮）；
  4. 选定本次推演所采用的通义千问底座大模型。
• 产出结果：标准化的科研问题配置对象与推演上下文环境。

阶段 2：文献深度挖掘与混合向量索引 (Stage 02: Literature Mining & Hybrid RAG)

• 调度组件：LiteratureMiningSkill + ArxivTool + SimpleRAGTool
• 执行操作：
  1. 智能抽取中英文精准学术关键词；
  2. 调用 arXiv API 检索最新真实学术文献；
  3. 解析提取标题、摘要、作者及可点击验证的真实 DOI 链接；
  4. 调用通义 text-embedding-v3 计算 1024 维高维向量嵌入；
  5. 采用 7:3 稠密-稀疏混合打分重排，提取 Top-K 最相关真实文献段落。
• 产出结果：真实文献元数据池 + Top-K 高相关学术证据切片。

阶段 3：知识图谱构建与拓扑验证 (Stage 03: Knowledge Graph Extraction)

• 调度组件：KnowledgeGraphTool + Qwen NER/RE 提示工程
• 执行操作：
  1. 利用大模型对文献摘要执行实体识别与关系抽取；
  2. 提取结构化三元组 (Subject, Predicate, Object, Evidence)；
  3. 写入 NetworkX 构建有向图拓扑网络；
  4. 遍历边集并自动导出为标准的 Mermaid graph TD 证据链路代码。
• 产出结果：学科知识拓扑图谱 + 可直接在前端和报告中渲染的 Mermaid 证据链路。

阶段 4：假说推导与对抗审稿闭环 (Stage 04: Hypothesis Generation & Review Loop)

• 核心协同：HypothesisGeneratorSkill ⇋ 对抗 ⇋ HypothesisCriticSkill
• 执行操作：
  1. 假说生成：结合真实文献上下文，采用归纳-演绎双轨推理，流式推导 3 组候选假说（含假设陈述、理论机制、验证路径、可证伪条件）；
  2. 物理时间线锚定：注入系统当前物理时间，强制模型对齐现实，消除截断幻觉；
  3. Reviewer #2 严苛量化审稿：从逻辑自洽性、文献支撑度、可证伪性、新颖性、实验可行性 5 个维度进行量化评分（单项满分 10 分，总分 50 分）；
  4. 自动裁决与自进化跳转：
     • 通过分支 (ACCEPT)：总分 \ge 门槛（默认 35 分），选定为“最佳科学假说”，直通阶段 5；
     • 修回/驳回自进化分支 (REVISE/REJECT)：总分未达标且当前轮数 t < N 时，系统自动捕获审稿人批注，将其作为惩罚性约束反馈注入 Prompt，触发下一轮假说自我纠偏（轮数 $t = t + 1$）；
     • 超时分支 (TIMEOUT)：达到最大轮数限制时，自动在历史各轮假说中选出综合得分最高者推进。
• 产出结果：经过同行对抗性严格检验的“最佳科学假说”与量化审查意见报告。

阶段 5：标准研究计划报告编纂与动态导出 (Stage 05: Research Plan Compilation)

• 调度组件：ResearchPlanWriterSkill（搭载 qwen3.7-plus）
• 执行操作：
  1. 深度整合最终通过的最佳假设、理论机制与审稿批注；
  2. 嵌入阶段 3 提炼的 Mermaid 知识证据链路图；
  3. 自动生成方法论架构流程图与 baseline 实验对照设计；
  4. 注入真实参考文献及可点击跳转的 arXiv DOI 链接；
  5. 严格按照 10 个标准学术规范章节编撰输出完整研究计划。
• 产出结果：《科学假设与研究计划报告》完整 Markdown 终稿，并支持前端一键下载与本地归档。