AI エージェント、オーケストレーション再考 〜 バズワードで終わらせないために



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Saito Mai  
合同会社 Futene Web Design

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## 目次
1. [はじめに](#はじめに)
2. [AIエージェントとは](#aiエージェントとは)  
   1. [自律性 (Autonomy)](#1-自律性-autonomy)  
   2. [高度な計画・推論 (Planning & Reasoning)](#2-高度な計画推論-planning--reasoning)  
   3. [大規模言語モデルの活用 (LLMs)](#3-大規模言語モデルの活用-llms)  
   4. [非同期的な動作 (Asynchronous Execution)](#4-非同期的な動作-asynchronous-execution)  
   5. [マルチステップ推論・行動 (Multi-step Reasoning)](#5-マルチステップ推論行動-multi-step-reasoning)  
   6. [状態管理 (State Management) とメモリ (Memory)](#6-状態管理-state-management-とメモリ-memory)  
   7. [継続学習 (Continual Learning) と強化学習 (Reinforcement Learning)](#7-継続学習-continual-learning-と強化学習-reinforcement-learning)
3. [AI エージェントのアーキテクチャ設計](#ai-エージェントのアーキテクチャ設計)  
   - [基本構成と主要コンポーネント](#基本構成と主要コンポーネント)  
   - [代表的なAIエージェント設計パターン](#代表的なaiエージェント設計パターン)  
   - [クラウドベース vs. エッジAI：アーキテクチャ動向](#クラウドベース-vs-エッジaiアーキテクチャ動向)  
   - [代表的な実装技術（言語・フレームワーク・プラットフォーム）](#代表的な実装技術言語フレームワークプラットフォーム)
4. [AIエージェントの応用例と設計ポイント](#aiエージェントの応用例と設計ポイント)
5. [AIエージェントのスキル](#aiエージェントのスキル)  
   1. [AIエージェントのスキルとは](#1-aiエージェントのスキルとは)  
   2. [手作り（ローカル）スキル](#2-手作りローカルスキル)  
   3. [APIベースのスキル](#3-apiベースのスキル)  
   4. [プラグインスキル](#4-プラグインスキル)  
   5. [スキル階層](#5-スキル階層)  
   6. [自動化されたスキル開発](#6-自動化されたスキル開発)  
   7. [スキル設計時の重要なポイント](#7-スキル設計時の重要なポイント)
6. [AIオーケストレーション](#aiオーケストレーション)  
   1. [はじめに 〜オーケストレーションの重要性〜](#1-はじめに-オーケストレーションの重要性)  
   2. [スキル選択](#2-スキル選択)  
   3. [スキルの実行とパラメータ化](#3-スキルの実行とパラメータ化)  
   4. [スキルトポロジー](#4-スキルトポロジー)  
   5. [計画](#5-計画)
7. [結び](#結び)

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## はじめに
近年、「AIエージェント」という言葉がバズワード化しつつある。生成AIの登場で対話型システムが急速に発展し、多くのプロダクトが「エージェント」を名乗るようになりました。しかし、これはかつての第一次AIブームで「If 文があればAI」と言われた時代とどこか似ていないでしょうか。

実際のところ、多くの「AIエージェント」は単にLLMのAPIを呼び出しているだけに過ぎず、本来のエージェントの概念とはかけ離れています。では、本当に「エージェント」と呼ぶにふさわしいシステムとは何か？ また、それらを複数統合し、タスクを実行可能な形にまとめる「オーケストレーション」とは何を指すのか？

本記事では、AIエージェントの本質を明らかにし、現在求められているアーキテクチャの潮流を解説していきます。エージェントの真価が発揮されるのは、単なるAPI呼び出しではなく、環境と相互作用しながら独自に意思決定を行い、複雑なタスクをこなす仕組みが整っている場合です。今、どのような技術が「本物のAIエージェント」を支えているのか、そしてオーケストレーションはどのように機能するのか。その最前線を探っていきます。

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## AIエージェントとは

「エージェント」は一言でいえば、自律的に環境とやりとりをしながら複数のステップを通じて目的を達成するソフトウェアです。言ってしまえば本質はソフトウェアアーキテクチャですね。より具体的にいうと以下のような特徴を持ちます。

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### 1. 自律性 (Autonomy)
自律性とは、システムが外部から細かく指示されなくても、自分の「目的」や「ゴール」に向けて判断・行動を行う能力を指します。従来のソフトウェアは「手順を決め打ち」しておき、それに沿って処理を行うものが主でした。  
一方、エージェントは、

1. 状況（環境）を観察する  
2. 次に何をすべきかを自分で考える  
3. 必要に応じて手段（スキルやAPIなど）を呼び出す  
4. うまくいかなかったら計画を修正する  

という流れを繰り返すことで、同じプログラムでも環境やデータ、ユーザーの要求変化に合わせて自律的に動き続けられるようになっています。

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### 2. 高度な計画・推論 (Planning & Reasoning)
自律的に動くためには、単に「推論モデル」があるだけでは不十分です。たとえば「ここからここまで移動せよ」という指示なら、単なる地図情報や経路探索アルゴリズムだけで済むかもしれません。しかし、より複雑なタスクでは、

- 複数ステップのタスクをどう分解・整理するか  
- 優先順位や依存関係をどう考慮するか  
- その計画に対して「実際に実行したらどうなるのか」をシミュレーションするか  

といったプロセスが必要になります。  
最近のエージェント技術では、大規模言語モデル（LLM） を「思考エンジン」や「計画アルゴリズム」の一部として利用することで、自然言語のタスク記述を読み取ってステップに分解し、自分で行動プランを立てる手法が活発に研究されています。

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### 3. 大規模言語モデルの活用 (LLMs)
エージェントの技術が花開いた大きな要因として、GPT-4 や Anthropic Claude、Llama などの「大規模言語モデル（LLM）」の進歩があります。

LLMが活躍するポイント:
- **自然言語理解**: テキスト情報を読み取って重要な要素を抜き出す・要約する  
- **対話的な応答生成**: ユーザーからの質問や追加リクエストに柔軟に答える  
- **タスク分解の補佐**: 「こういうゴールを達成したい」→「そのためには何をすれば良い？」といった思考を下支えする  

これによって、プログラム側は「自然言語での指示」や「説明文」を直接解析させる形でタスクを与え、タスクに応じたアクションを実行してもらうという仕組みを実現しやすくなりました。

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### 4. 非同期的な動作 (Asynchronous Execution)
従来のソフトウェアは、1つの処理が終わるまで次に行かない「同期的」なモデルが主流でした。しかし、外部のAPIを呼び出して応答を待つ処理や、人間からの入力を待つ処理は、待ち時間が発生します。この間はプログラムが停止してしまい、効率的ではありませんでした。

エージェントは、非同期に動作するような設計を取り入れることが多いです。つまり、待機中にも別のタスクを進めたり、新たな情報が入り次第リアルタイムで計画を更新したりします。

- 例: 大量のデータ処理を外部サービスに投げている間に、別の問い合わせやサブタスクに対応する。  
- 例: 新しいメールやチャットメッセージが来たら、すぐに応答文面を作って下書き保存しておく。

こうした並列処理やイベント駆動型の設計が可能になることで、柔軟でスピーディーな振る舞いが実現できます。

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### 5. マルチステップ推論・行動 (Multi-step Reasoning)
多くの場合、エージェントは「一回だけ答えて終わり」ではなく、複数回にわたるステップを踏むことが想定されます。

> 第1ステップで環境を観察 → 第2ステップで仮説を立てる → 第3ステップでAPIを使って情報収集 → 第4ステップで再度推論 → …という流れ。

これを人間が都度指示するのではなく、エージェント自らが繰り返すことで、ある程度の複雑さをもったタスクを自動化できます。

FAQチャットボットとの大きな違いはここにあります。FAQチャットボットは「質問→回答」の1ステップに特化している場合が多いですが、エージェントは「必要なら追加情報を自分で取りに行き、さらに別の手段で検証して結果をまとめる」といった複数の段階をまたいだ処理が可能です。

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### 6. 状態管理 (State Management) とメモリ (Memory)
エージェントが「今どこまでタスクを進めたか」や「過去に得た情報」などを上手く管理するには、状態管理とメモリの仕組みが不可欠です。

- **会話履歴**: チャット形式でやりとりする場合、これまでのやり取りを踏まえないと文脈がわからなくなる。  
- **外部知識ベース**: 必要に応じてDBやナレッジグラフにアクセスし、取得した情報を一時的または長期的に記憶しておく。  

メモリを保持しておくことで、過去の行動や計画の結果を踏まえながら、新たな意思決定を下せるようになります。これがエージェントの「継続学習」にもつながっていくわけです。

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### 7. 継続学習 (Continual Learning) と強化学習 (Reinforcement Learning)
エージェントが複雑な環境で長期間にわたって活動すると、事前に学習したモデルやルールだけでは不十分な場合があります。そこで、

- **継続学習 (Continual Learning)**  
  新しいデータや経験をもとに、運用しながら学習をアップデートしていく仕組み。既存の知識を捨てずに追加情報を覚えていく。  

- **強化学習 (Reinforcement Learning)**  
  「報酬」や「フィードバック」を与えることで、エージェント自らが試行錯誤しながら意思決定を最適化していく手法。エージェントが環境と対話的に学ぶ。

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## AI エージェントのアーキテクチャ設計
### 基本構成と主要コンポーネント
AIエージェントは一般に「認知→判断→行動」のサイクルで動作し、それを支えるいくつかの主要コンポーネントがあります。

- **知識ベース（Knowledge Base）**: エージェントが利用する情報の蓄積所です。構造化データベースやオントロジー、FAQなどの構造化情報だけでなく、テキストや画像などの非構造化情報も含まれます。推論に必要なルールやドメイン知識もここに格納され、エージェントの意思決定を支援します。例えば、eコマースのエージェントではユーザープロファイルや商品データを知識ベースから参照し、おすすめ商品を判断します。

- **推論エンジン・意思決定モジュール**: エージェントの頭脳に当たる部分で、与えられた知識と入力情報から最適な行動を選択します。

- **対話管理（Dialogue Management）**: ユーザと対話するエージェントの場合、会話の文脈を追跡し自然な応答を生成する対話管理システムが重要です。これはユーザの発言の意図を解析し（自然言語理解）、適切な回答や質問を生成し（自然言語生成）、対話の履歴をメモリとして保持します。対話管理は発話のタイミング制御やマルチターンの会話状態の管理を担い、ユーザにとって一貫性のあるインタラクションを提供します。例えば音声アシスタントは、このコンポーネントによりユーザの呼びかけに応じて会話を継続できます。

- **環境インターフェース（知覚・実行モジュール）**: エージェントが外界とやり取りするための機能です。外界からの入力を得るセンサー/知覚モジュールと、外界へ作用を及ぼすアクチュエータ/実行モジュールに分けられます。例えば物理ロボットでは、カメラやマイク、温度計などの各種センサーで環境情報を収集し、モーターやサーボといったアクチュエータで動作を実行します。ソフトウェア上のエージェントでも、APIやデータベースを介して外部システムと情報交換する部分が環境インターフェースに相当します。適切な環境インターフェース設計により、エージェントは現実世界の状況変化に追随し、ユーザや他システムと円滑にやり取りできます。

- **学習・適応モジュール**: 多くのAIエージェントには、自身の経験データから学習して性能向上する仕組みも組み込まれています。これは機械学習モデル（教師あり学習、強化学習、深層学習など）によって実現され、エージェントが継続的に知識ベースを更新したり、意思決定ロジックを改善したりします。例えば製造業の予知保全エージェントは、過去の機器データから故障パターンを学習し、将来の不具合を予測する精度を高めていきます。この学習モジュールにより、エージェントは環境の変化や新しい状況に適応できるのです。

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### 代表的なAIエージェント設計パターン
AIエージェントの内部アーキテクチャにはいくつかの設計パターンが提案されています。目的や性質に応じてアーキテクチャを選択・設計することで、エージェントの挙動を効果的に制御できます。

- **BDIアーキテクチャ（Belief-Desire-Intentionモデル）**: エージェントの心的状態を「ビリーフ（Belief: 信念）」「デザイア（Desire: 欲求）」「インテンション（Intention: 意図）」の3つに分けてモデル化する古典的な手法です。

- **マルチエージェントシステム（MAS）**: 複数の自律エージェントが相互作用しながら協調動作するアーキテクチャです。単一のエージェントでは対処しきれない複雑な問題を、役割の異なるエージェント同士が分担・連携して解決します。各エージェントは専門知識や機能を持ち、自然言語などで情報交換しながら共通の目標を達成するため協力します。マルチエージェントシステムでは分散型の意思決定が行われ、中央集権的な制御者は存在しません。そのため、エージェント間の通信プロトコルや調整メカニズム（タスク割り当てや競合解消のルール）が重要な設計ポイントとなります。  
  例えば、交通最適化のMASでは各車両エージェントが相互に通信し合い、全体の渋滞を緩和するよう経路を調整します。また、ドローンの群制御では個々のドローンが協調して編隊飛行し、配送や監視などの作業を分散実行します。MASアーキテクチャは柔軟性・拡張性が高く、システムにエージェントを追加することで機能拡張やスケール対応が容易です。

- **その他のパターン**: 階層型（Layered）アーキテクチャ、モジュール型アーキテクチャ、プロンプト設計とツール使用を組み合わせたエージェントなど。目的・ドメインに応じて適切なパターンを選択・組み合わせることが重要です。

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### クラウドベース vs. エッジAI：アーキテクチャ動向
エージェントをどこで実行・学習させるかという観点では、クラウドとエッジ（端末側）の使い分けが重要なトレンドです。近年はクラウドとエッジの双方の利点を活かしたハイブリッド構成も増えています。

- **クラウドベースAI**: 強力なクラウドサーバ上でAIの処理を行う形態。大量のデータ処理や大規模モデルのトレーニングに適しており、スケーラビリティやコスト効率に優れます。クラウドに知識ベースや学習モデルを集約することで、複数エージェント間で知見を共有しやすい利点もあります。

- **エッジAI**: ユーザ端末や現場の機器（工場のロボット、IoTデバイスなど）でAI処理を行う形態。ネットワーク不通時でも動作可能、自律性が高い、遅延が極めて小さいなどの利点があります。

- **ハイブリッドアプローチ**: 多くの実システムではクラウドとエッジを組み合わせた構成が採用されます。必要な部分だけクラウドで学習し、推論をエッジで行うなど、状況に応じて最適化が可能です。

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### 代表的な実装技術（言語・フレームワーク・プラットフォーム）
- **Python**: 機械学習・深層学習の主要言語であり、多くのAIエージェントがPythonで開発される。自然言語処理ライブラリや強化学習ツールも豊富。  
  - Rasa: Python製のオープンソース対話型AIフレームワーク  
- **Java**: エンタープライズ領域やエージェント指向プログラミングで用いられる。  
  - JADE（Java Agent Development Framework）: Java製のマルチエージェント開発フレームワーク  
  - Jason: 論理ベースのBDIエージェント言語  
- **対話ボット開発プラットフォーム**: Google DialogflowやIBM Watson Assistant、Microsoft Bot Frameworkなど。GUIでインテントやエンティティを定義し、チャットボットを簡単に構築できる。
- **大規模言語モデル（LLM）エージェントフレームワーク**: LangChain、CrewAIなど。LLMへのプロンプトや外部ツール使用をチェーンとして構築できる仕組みを提供。
- **ロボット制御・シミュレーション基盤**:  
  - ROS（Robot Operating System）: C++やPythonでロボットセンサー・アクチュエータを扱うミドルウェア  
  - Unity、Webotsなどのシミュレーション環境：強化学習やテストに活用  

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## AIエージェントの応用例と設計ポイント
- **対話型エージェント（チャットボット・バーチャルアシスタント）**  
  - 高精度なNLU・対話管理  
  - 会話履歴・ドメイン知識ベースの活用  
  - エスカレーションなどの運用設計  
- **自律ロボット・自動運転エージェント**  
  - リアルタイム性・安全性の要求が高い  
  - センサフュージョン・経路計画  
  - フェイルセーフ設計や車車間通信などの協調  
- **マルチエージェント協調によるシステム最適化**  
  - 交通最適化・スマートシティ・倉庫管理など  
  - エージェント間通信プロトコル・タスク割り当て戦略  
  - 競合解決・ゲーム理論  
- **専門分野に特化したエージェント**  
  - 医療、金融、製造などドメイン特有のルールやリスク管理を組み込む  
  - Explainability（説明可能性）や誤診防止策の設計  

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## AIエージェントのスキル

### 1. AIエージェントのスキルとは
AI エージェントは、ユーザーからの問い合わせに答えたり、情報を収集・分析したり、システムを制御したりと多岐にわたるタスクをこなします。ここで役立つのが「スキル」という考え方です。  
スキルは「AIエージェントがある目的を達成するために実行できる特定の機能・アクションのまとまり」であり、例えば以下のようなものが挙げられます。

- **計算スキル**  
- **テキスト翻訳スキル**  
- **ウェブ検索スキル**  
- **DB問い合わせスキル**  

スキルをモジュールとして管理することで、タスクを拡張・修正しやすくなるメリットがあります。

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### 2. 手作り（ローカル）スキル
**手作りスキル**は、開発者が直接コードを書いて実装する機能で、特定の動作を確実に行うための仕組みを提供します。

- **メリット**  
  - 精度と予測可能性が高い  
  - 完全な制御（細かなロジックや例外処理を自在に組み込める）  
- **課題**  
  - スケーラビリティが低い（機能が増えるほど維持コストが増大）  
  - 柔軟性に欠ける（仕様変更が頻繁なドメインでは大変）  
  - メンテナンス負担が大きい  

**例**: 単位変換、シンプルな計算、カレンダー操作、社内限定のDBアクセスなど。

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### 3. APIベースのスキル
外部サービスのAPIを呼び出して機能を拡張する方法です。  
**例**: 天気情報取得、クラウドの機械翻訳API、検索エンジンAPIなど。

- **利点**  
  - 新しい機能を迅速に拡張  
  - リアルタイムデータの取得が容易  
  - 高度なサービス（大規模モデル、クラウド分析など）を利用可能  
- **実装時の注意点**  
  - 信頼性・フォールバック（APIダウン時の対策）  
  - セキュリティ（APIキー管理、HTTPSなど）  
  - レート制限  
  - データプライバシー  

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### 4. プラグインスキル
**プラグインスキル**とは、あらかじめ用意されたライブラリやサードパーティ製プラグインを組み込んで使うスキルのことです。主要AIプラットフォームやオープンソースコミュニティから多種多様なプラグインが提供されるようになってきています。

- **特徴**  
  - 迅速な導入  
  - 大手プラットフォームのサポート  
  - エコシステムの恩恵（バグ修正やアップデートが速い）  
- **制限**  
  - カスタマイズ性は限定的  
  - プラットフォーム依存リスク  

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### 5. スキル階層
大規模システムではスキルを階層構造で整理すると管理しやすくなります。

- **メリット**  
  - 組織化が容易  
  - 競合・重複の回避  
  - 拡張性が高い  

**例**  
- カスタマーサポート系 → [アカウント管理サブスキル群 / テクニカルサポートサブスキル群 / 課金・請求系サブスキル群]  
- エージェントがユーザーの問い合わせを解析 → 適切な大分類 → サブスキルを呼び出す

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### 6. 自動化されたスキル開発
スキルを追加・改良する際に、AI自身がコードを自動生成する手法が注目されています。主なアプローチは以下の3つです。

1. **リアルタイムコード生成**  
   - 必要なときにAIが動的にコードを書いて実行  
   - **メリット**: 柔軟な適応性、高速な対応  
   - **リスク**: コード品質・セキュリティ、リソース消費

2. **模倣学習（Imitation Learning）**  
   - 人間のエンジニアや専門家の操作手順を学習してスキルを獲得  
   - **メリット**: 人間のノウハウを継承、ラベルデータを大量に用意する必要がない  
   - **課題**: 実演の質に依存、未学習状況への対応

3. **報酬からスキルを学習（強化学習）**  
   - 試行錯誤しながら報酬を最大化する行動を学習  
   - **メリット**: 自律性・探索力が高い、場合によっては専門家を超える成果  
   - **課題**: 報酬設計が難しい、学習に膨大な試行が必要

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### 7. スキル設計時の重要なポイント
1. **一般化と専門化のバランス**  
2. **堅牢性**（エラーや例外処理）  
3. **効率**（計算資源・応答速度）  
4. **スケーラビリティ**（同時アクセス・負荷分散）  
5. **セキュリティとプライバシー**（キー管理、認証、アクセス制御など）

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## AIオーケストレーション

### 1. はじめに ～オーケストレーションの重要性～
AIエージェントが複数のタスクや外部APIを組み合わせて大きな目標を達成する際に、**複数スキルの連携と依存関係管理**をどう行うかが大きな課題となります。  
この複数スキルを正しい順序で実行し、最終的に望む成果を返すための制御体系がオーケストレーションです。

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### 2. スキル選択
オーケストレーションの第一ステップは、**どのスキルを使うか**を動的に決定することです。

- **ジェネレーティブ スキル選択**  
  - LLMに「利用可能なスキルリスト」を提示し、文章生成で最適なスキルを決めさせる。
- **セマンティック スキル選択**  
  - 各スキルをベクトル化し、ユーザーの問い（タスク）も同様に埋め込み→最も近いスキルを検索。
  - スピードやスケーラビリティに優れる。
- **機械学習モデルによるスキル選択**  
  - 過去のタスク履歴・フィードバックを学習し、より精度の高いスキル選択を可能にする。

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### 3. スキルの実行とパラメータ化
スキル選択後、それぞれのスキルに適切なパラメータを与えて呼び出す必要があります。

1. LLMなどを用いて入力パラメータを生成  
2. パラメータが正しい形式か検証  
3. スキル呼び出し  
4. 結果をエージェントにフィードバックし、ユーザーへの最終出力を組み立てる  

実行中のタイムアウトやエラー処理、再試行ロジックなどの堅牢設計も重要になります。

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### 4. スキルトポロジー
複数スキルの構造的なつながり（フロー）を「スキルトポロジー」と呼びます。

- **単一スキル**  
  - 最も単純。タスクが単一機能で完結する場合に高速・容易。
- **並列スキル**  
  - 複数の情報源へ同時にアクセスして統合するなど。  
  - 結果結合やエラー制御が複雑になりがち。
- **チェーン**  
  - Aの結果をBが受け取り、さらにBの結果をCへ…と線形につなぐ。  
  - ステップ数が増えるほど実装難易度が上がる。
- **木 (ツリー)**  
  - 途中で分岐を伴うフロー。条件によって呼び出すスキルが変わる場合。  
- **グラフ**  
  - 分岐だけでなく再合流も起こり得る最も表現力の高い構造。無限ループや再帰に注意。

原則として、必要最低限の構造をまず導入するほうが管理やデバッグの面で無難です。

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### 5. 計画
トポロジーをどう使うかは、エージェントの**計画**（どの順番でスキルを実行するか）に依存します。

- **反復的な計画**  
  - 1ステップ実行 → 結果を見て次を決める（リアクティブ）。
- **ゼロショット計画**  
  - あらかじめタスク全体を見て一括で計画を立てる。  
- **文脈内学習（few-shot例）**  
  - 人間が用意した例を参考に計画を生成。
- **計画の適応 (ReAct, PlanReActなど)**  
  - 推論（Reason）と実行（Act）を交互に繰り返し、必要に応じて計画を修正する。

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## 結び
本記事では、**AIエージェントとは何か**という概念を技術的な視点から整理し、どのように構築・運用すれば実際に価値を生み出すかを考察してきました。本当に価値のあるエージェントとは、**環境との相互作用を通じて意思決定を行い、タスクを継続的に最適化できるもの**です。その実現の鍵は「**スキル設計・オーケストレーション・継続学習**」という3つの要素にあります。

現在、「AIエージェント」という言葉は広く使われていますが、その実態はピンキリです。単にLLMのAPIを呼び出すだけのものもあれば、複雑な意志決定や動的なタスク調整を行う高度なエージェントも存在します。こうした“バズワード”に流されるのではなく、**どのような課題・領域においてエージェントアプローチが最適解となり得るか**を見極めることが重要です。

AIを活用した問題解決には多様な手段がありますが、その中で“エージェント”というアプローチの強みと限界を把握し、バズワードを越えた真の価値を見出せるかどうかが、今後の技術活用の大きなポイントになるでしょう。本記事が、その判断の一助となれば幸いです。