"Stop prompting your agents — start designing the loops that prompt them.(別再 prompt 你的 agent,開始設計驅動它們的迴圈。)"
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tags: [AI工程, agentic-AI, loop-engineering, LLM-agents, observability, governance, cost-control]
date: 2026-06-25
read: false
source: "2026-07-20T100606+0800-Loop Engineering A Guide for Engineers and Practitioners.md"
original_title: "Loop Engineering: A Guide for Engineers and Practitioners"
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# Loop Engineering: A Guide for Engineers and Practitioners(迴圈工程:給工程師與從業者的實戰指南)

原始來源與檔名:2026-07-20T100606+0800-Loop Engineering A Guide for Engineers and Practitioners.md
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## SOURCE | 資訊源評估
- **準確性**:高 — 作者大量引用一手來源(Anthropic / OpenAI 官方文件與 changelog、arXiv 論文、Microsoft / Meta engineering blog),並對未經驗證的數字(如「80% data engineering time」、社區流傳的成本事故、16 concurrent subagents 上限)主動標註「無法對 primary source 驗證」,epistemic 自律罕見地嚴謹。
- **易理解性**:中 — 技術密度與引用密度皆高,需具備 agentic AI / 分散式系統背景;但十二個 Part 結構線性清晰,每章都有可操作的工程判斷。
- **閱讀策略建議**:第一遍只讀 **Part II(六要素)+ Part VI(verification / termination)+ Part XI(reference_loop.py)** 建立心智模型;第二遍依角色跳讀——SRE 讀 Part V/IX,平台工程師讀 Part IV/VIII,安全合規讀 Part VII/X。
## NAPKIN | 餐巾紙
### 餐巾紙公式
> `Loop = Goal + Trigger + State + Policy + Verifier + Stop Rule`
_不再手動逐回合 prompt agent,而是工程化「驅動 agent 的控制迴圈」;agent 只是其中一個元件,loop 才是 production system。移除任一要素都會產生可預測的失敗模式。_
### 一句話
> Stop prompting your agents — start designing the loops that prompt them.(別再 prompt 你的 agent,開始設計驅動它們的迴圈。)
### 餐巾紙草圖
(ASCII 圖,方框不畫右側直線)
```
┌── Loop Engineering 一張餐巾紙
│
│ Goal(目標,外部可測) ──► Trigger(觸發)
│ cron / heartbeat / hook / goal
│ │
│ ▼
│ ┌── Bounded Loop(有界迴圈) ──
│ │ State 持久化在檔案系統 / checkpoint
│ │ Policy: worker model 選「下一步」
│ │ Observe → Reason → Plan → Act → Observe
│ └────────────────────────────────
│ │
│ ▼
│ Verifier(驗證器) ── 在 worker model 之外
│ │
│ ┌── 分層 Stop Stack ──
│ │ pass → 成功停止
│ │ fail → 下一回合
│ │ no-progress / budget / 時間 → 升級人類(ESCALATE)
│ └────────────────────────────────
└──
```
## ROUND 1: SKELETON | 骨架掃描
- **核心問題**:agentic AI 進入 production 後,prompt engineering 早已不是瓶頸(2026 初即已讓位)。真正的瓶頸變成四個 loop 層的問題——誰決定下一回合?什麼算完成?誰在不可逆動作前簽核?花費如何封頂?
- **核心答案**:Loop engineering——把驅動 agent 的控制系統(trigger / topology / context / verifier / stop rule / observability / governance / budget)當成一級工程學科來設計。把 model 當整個系統的團隊會繼承 drift、失控成本、無法驗證的輸出、脆弱的自主性;把 loop 當 bounded control plane 來工程的團隊,才能交付可駕馭的失敗模式、可量測的經濟學、可稽核的行為。
- **論證結構**:歷史系譜(4 階段)→ 六要素解剖 → topologies/triggers → multi-agent 平行 → context/memory → verification/termination → failure taxonomy → token 經濟 → observability/eval → governance/control plane → reference architecture + 可運作程式碼 → frontier 開放問題。
### 章節骨架(條列)
- **Part I** 學科與系譜:prompt → context → harness → loop 四階段演化
- **Part II** Agent Loop 解剖:六要素 + Ralph lineage + loop vs automation 邊界
- **Part III** Loop Topologies 與 Trigger Models:cron / heartbeat / hook / goal 四類觸發
- **Part IV** Multi-Agent 與平行迴圈:LLMCompiler / PlanCompiler / PASTE / Ultracode
- **Part V** Context 與 Memory:filesystem-as-context、checkpoint / hibernate-and-wake
- **Part VI** Verification、Termination、Stopping Conditions:分層 stop stack + anti-cheating
- **Part VII** Failure Mode Taxonomy:drift / state / coordination / termination / adversarial / tool
- **Part VIII** Token Economics 與 Cost Control:三個成本倍數 + 三桶控制
- **Part IX** Observability 與 Evaluation:trace 兩層模型 + 三層評估 stack
- **Part X** Safety、Governance、Control Plane:Plan-Execute-Verify + permissioning
- **Part XI** Engineering Practice 與 Reference Architectures:成熟度模型 + reference_loop.py
- **Part XII** Frontier 與 Open Problems:self-modifying loop、LoopScript、ICML 2026 議程
## ROUND 2: DISSECTION | 血肉解剖
### 論證鏈(ASCII)
```
┌── 核心論證鏈
│
│ prompt 已非瓶頸(2026 初讓位)
│ │
│ ▼
│ 生產團隊重複撞牆:誰決定下一回合?何謂「完成」?
│ │
│ ▼
│ 缺失的那一層 = loop(vendor 已收斂:/goal, hooks, traces 都是 loop primitive)
│ │
│ ▼
│ loop = 6 要素(goal / trigger / state / policy / verifier / stop)
│ │
│ ▼
│ 移除任一要素 → 可預測失敗(移 verifier→自吹自擂;移 stop→無限燒錢;移 state→drift)
│ │
│ ▼
│ 結論:把 loop 當 bounded control plane 來工程化
│ (終止邏輯 / 驗證器 / trace / 權限 / checkpoint / 預算 — 跨 model swap 存活)
└──
```
### 3 個關鍵證據
- **Azure SRE Agent(2026-03-10 engineering writeup)**:把 agent 的世界 materialize 成 repository-like workspace,人類評分的「Intent Met」分數在新穎 incident 上從 **45% → 75%**。這是綁定特定介面選擇(filesystem-as-context + frugal context management)的一手 production 數據,遠比「memory 有幫助」的泛論有力。
- **LLMCompiler(ICML 2024)**:編譯 dependency-aware function plan、平行執行獨立呼叫,在評測任務上比 ReAct baseline **低 3.7× latency、6.7× cost**。證成核心法則「依賴明確時平行才划算」。
- **Reward Hacking 定理(Skalse et al. 2022, NeurIPS)**:跨所有 stochastic policies,兩個 reward function 互相 unhackable **只有在其中一個是常數時**才成立。工程語言:任何非平凡 proxy reward 在夠廣的 policy class 下都可被 game;所以**沒有單一 scalar reward 能關閉缺口**,需分層 proxy + randomization + hidden test + external verifier + 人類審查。
### 隱形假設與邊界
- **假設 vendor 文件可靠且即時**:作者自己承認「16 concurrent subagents」等數字未經官方 changelog 證實;Ultracode 細節、Codex 版號都可能在數週內過時。
- **假設 worker 與 verifier 必須分離**:作者反覆硬性主張「stop authority 必須在 worker model 之外」,但分離帶來的**延遲與成本代價未充分量化**——成本敏感的 heartbeat monitoring 場景可能接受較弱的 verifier。
- **failure taxonomy 邊界**:作者承認業界對確切分類邊界仍有分歧;detection-difficulty / mitigation-maturity 兩欄是工程判斷的綜合,非單一上游 taxonomy 的宣稱。
- **數字邊界**:所有定價 / 模型字串為 mid-2026 示範值;社區成本數字($8k–15k、$47k)未經 primary postmortem 證實;80% data engineering time 無法從一手 McKinsey 來源驗證。
## ROUND 3: SOUL | 靈魂提取
### 作者盲點
- **過度以 Anthropic / Claude Code 為座標系**:對非 Claude 生態的語意容易漂移(作者自己也承認 secondary literature 已偏離官方文件)。
- **「移除 verifier = self-affirming autonomy」講得太絕對**:忽略了 verifier 分離在低成本監控場景的邊際成本。
- **成本 / 延遲 trade-off 量化不足**:六要素 + 分層 stop + 外部 verifier 的總開銷,沒有給出相對於「裸 agent」的基線比較。
- **governance 章節偏西方大型企業視角**(McKinsey / OWASP),對中小團隊的落地路徑著墨少。
### 知識連接
- **控制理論**:bounded control plane ≈ 回授控制系統;stop rule ≈ 控制器飽和與 anti-windup;no-progress detector ≈ 死區偵測。
- **分散式系統**:orchestrator = mutex with reasoning;context window = thread stack;shared store = heap;fan-in aggregation = barrier synchronization。
- **古典規劃**:Shahnovsky & Dror(2026-03)把 agent 架構映射到 classical planning paradigms,把 context drift 與 incoherent task decomposition 當作可診斷的規劃失敗。
- **RL reward hacking 文獻**:Skalse et al. 2022 的硬定理是整篇 anti-cheating 章節的理論基石。
### 行動觸發
1. 對現有 agentic 系統做**六要素 diagnostic**:verifier 在 worker model 之外嗎?stop rule 分層嗎?state 能從 checkpoint 無歧義恢復嗎?
2. 把大型 tool output 改 route 到 **filesystem**,只放壓縮切片進 context window(Azure SRE Agent 的 45%→75% 就是這個選擇換來的)。
3. 為不可逆動作建立 **escalation path + kill switch + audit log**(OWASP:每個 deployed agent 都需 halt mechanism + evidence preservation + rollback)。
4. 採用 **prompt caching**:stable prefix(system prompt / tool schema / policy)置前、dynamic 變數(timestamp)放最後 user turn。
5. 建立 **trace-to-dataset feedback**:把 production 失敗轉成 CI eval,否則事故永遠只是 anecdote。
### 留白提問(2 題)
1. 當 verifier 本身也需要 LLM 判斷時(deterministic check 不適用的開放任務),如何避免 verifier 與 worker **共享同一個盲點**?是否需要 adversarial verifier ensemble,並刻意讓 verifier 與 worker 來自不同 model 家族?
2. LoopScript 這類宣告式 control plane 若標準化,會不會反而把「工程判斷」固化成無法應變的 schema?**彈性與可治理性**的邊界該畫在哪?
### 跨域映射
- **航太 / 核電安全**:Plan-Execute-Verify + irreversible action 人類簽核 ≈ defense-in-depth / SWaP。
- **資料庫**:checkpoint + hibernate-and-wake ≈ WAL + crash recovery(Meta Ranking Engineer Agent 的序列化-關機-喚醒-恢復就是 long-running transaction 的 durability)。
- **編譯器**:PlanCompiler 的 typed closed registry + acyclicity check + Kahn's algorithm topological sort ≈ DAG 編譯管線,model 永不發出 free-form control flow。
## DEEP READ | 精讀指引
**推薦只精讀三段**,其餘可略讀:
第一段是 **Part II 的六要素**——這是整篇文章的診斷骨架。作者用「移除 X 會得到 Y」的消去法把六個元件釘死:移除 verifier 得到 self-affirming autonomy、移除 stop rule 得到 unbounded spend、移除 state 得到 drift、移除 trigger 迴圈根本不啟動。這個 diagnostic 直接可用——拿任何一個現有 agentic 系統套上去,缺哪一塊立刻現形。
第二段是 **Part VI 的驗證與終止**,這裡藏著全文最反直覺的工程判斷:一個對 broken work 的自信摘要,對充當 judge 的 model 而言讀起來是 acceptable 的。所以 loop 必須信任外部證據 > deterministic check > narrow judge > worker model 自稱完成。讀的時候要抗拒「我的 agent 很聰明,它說完成就完成」的直覺——那正是 reward hacking 與 premature self-termination 的入口。
第三段是 **Part XI 的 reference_loop.py**。這份程式碼不是裝飾,它是六要素的一對一映射,而且三個細節刻意藏了「demo 與 production 的分界」:no-progress detector 用 hash 抓 thrashing、`write_file` 拒絕含 "test" 的路徑擋 reward hack、system prompt 帶 `cache_control` 讓 prompt caching 跨 iteration 成立。讀完這三個細節,你才會理解前面十一章為什麼要那樣設計。
## STRUCTURE MAP | 全書結構圖(ASCII)
```
┌── Loop Engineering 全文結構
│
│ Part I 系譜 ─────► 為何 2026 中 loop 成為顯學(4 phase 演化 + 槓桿論證)
│ │
│ ▼
│ Part II 解剖 ────► 六要素(goal/trigger/state/policy/verifier/stop)+ Ralph lineage
│ │ └─ loop vs automation:誰選下一 edge
│ ▼
│ Part III 觸發/拓樸 ─► 4 trigger(cron/heartbeat/hook/goal)× 5 topology
│ │
│ ▼
│ Part IV 平行 ────► fan-out/fan-in + LLMCompiler/PlanCompiler/PASTE + Ultracode
│ │
│ ▼
│ Part V 記憶 ────► filesystem-as-context(45%→75%)+ hibernate-and-wake checkpoint
│ │
│ ▼
│ Part VI 終止 ────► 外部 verifier + 分層 stop stack + anti-cheating(reward hacking 定理)
│ │
│ ▼
│ Part VII 失敗 ────► 6 類 taxonomy(drift/state/coord/termination/adversarial/tool)
│ │ └─ drift=planning property;reward hacking 無單點解
│ ▼
│ Part VIII成本 ────► 4× / 15× / 7× 倍數 + 三桶控制(hard cap / cache / feasibility)
│ │
│ ▼
│ Part IX 觀測 ────► trace 兩層 + 評估三層(trace-to-dataset feedback)
│ │
│ ▼
│ Part X 治理 ────► Plan-Execute-Verify + MCP + identity + audit trail
│ │
│ ▼
│ Part XI 實踐 ────► reference architecture + 成熟度 L1–L5 + reference_loop.py ★
│ │
│ ▼
│ Part XII 前沿 ────► self-modifying loop + LoopScript(缺失的宣告式層)
└──
```
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# Loop Engineering: A Guide for Engineers and Practitioners (Architectural Deep Dive)
## 前言/背景

Loop engineering 的運作原理是:**設計一套控制系統來 prompt、evaluate、route、stop agent**,取代工程師逐回合手動 prompt。這個學科在 2026 年 6 月被正式命名——Addy Osmani 於 6 月 7 日發表文章把這一層命名出來,Peter Steinberger 同一天把它壓縮成一句觸發命名事件的話「stop prompting coding agents, design the loops that prompt your agents instead」;secondary 報導於 6 月 11 日測得該貼文約 **2.2 million views**(作者標註為 indicative 而非 audited,因為是單一二手來源計算單一平台)。從 vendor 端,Boris Cherny(Claude Code 主要建造者之一)在 6 月初公開表示他**不再 prompt Claude,而是寫 loop 來驅動 Claude 並決定它下一步做什麼**。
核心命題是:**The agent is one component. The loop is the production system.** 把 model 當整個系統的團隊會繼承 drift、失控成本、無法驗證的輸出、脆弱的自主性;把 loop 當 bounded control plane 來工程的團隊,才能交付 tractable failure modes、measurable economics、auditable behavior。命名的價值在於它精準點出每一個在 production 跑 agent 的團隊早已撞到的牆——一個好 prompt 只修好一個回合,它對「下一回合是哪一回合、什麼算完成、誰在不可逆動作前簽核、花費如何封頂」毫無著墨,而這些正是決定 agentic 系統能否在真實負載下存活的問題。
**術語釐清**(貫穿全文):
- **prompt**:對 model 的單一、無狀態請求。
- **harness**:agent 周圍的 runtime 環境——tools、memory、permissions、prompts、models、instrumentation。
- **workflow**:預定的執行圖,其 edge 由 code 選擇。
- **loop**:有狀態的控制循環,反覆 observe、reason、act、verify,再決定是否繼續。Loop engineering 正是從「自動化不再足夠」之處開始——runtime 必須從新鮮觀察與明確 policy 反覆選擇下一步。
## 章節詳細總結
### Part I. The Discipline and Its Lineage(學科與系譜)

進入 loop engineering 的路徑在 2026 年初的公開寫作中清晰可見,可讀作四個可定年的階段:
- **Phase 1 — prompt engineering**:優化單一 query 的 lexical structure,提升孤立回應的品質。
- **Phase 2 — context engineering**:加入 retrieval 與 context-window 管理,控制 model 在 inference 時評估什麼。
- **Phase 3 — harness engineering**:Mitchell Hashimoto(Terraform、Ghostty 作者)於 2026 年 2 月發文描述他與 agent 協作時養成的習慣——**每次 agent 犯錯,就把一個永久修補工程化進 agent 的環境,讓該失敗在結構上不可能重現**。他把 tool contracts、context loading、action boundaries、execution environment 框定為一級工程面。
- **Phase 4 — loop engineering**:2026 年 6 月第二週穩定。Osmani 6/7 定義為「用一個系統取代你自己——那個 prompt agent 的人」;Steinberger 同日壓縮成觸發命名的句子。
**從口號變成架構的關鍵是 vendor 端**:Cherny 公開說他不再 prompt Claude,而是寫 loop 驅動它。`/goal` 命令、scheduled routines、subagents、hooks、agent teams、built-in tracing **都是 loop primitive,不是 chat affordance**。
**學科於 2026 中浮現的操作性原因**:prompt engineering 改善單一回合,context engineering 改善每回合知道什麼,harness engineering 改善回合周圍的 runtime,但 production 團隊一再撞上同一個缺失層——誰決定下一回合、繼續前需要什麼新證據、哪些 tool 可達、系統跑多久、「done」是什麼意思、誰批准不可逆動作、花費如何封頂。主要框架現在都把這些當 loop 問題回答:Anthropic 把 agent loop 文件化為 Claude Agent SDK 的一級 subsystem;OpenAI Agents SDK 暴露 traces、spans、handoffs、guardrails、跨 run 的 usage;LangGraph 明確畫出 workflow(預定路徑)與 agent(動態自訂流程)的界線。
**槓桿論證**(全文最該記住的一句):一個 prompt 改善一次 run;一個 loop 改善之後的每一次 run,直到 runtime 或 policy 改變。這把 loop engineering 放到 platform engineering 與分散式系統旁邊,遠離手寫 prompt。**持久產物**——termination logic、verifier design、trace schema、tool permissioning、checkpoint storage、budget policy——能跨 model swap 存活,手寫 prompt 通常不能。
### Part II. Anatomy of the Agent Loop(Agent Loop 的解剖)

每個 production loop 下的歷史基質是 ReAct(Princeton + Google)的 interleaved reasoning-and-action 模式。用 production 語言,canonical 循環是 **perceive → reason → plan → act → observe → 決定是否繼續**。這個模式在 2026 變成系統學科的原因,是 vendor 不再只把它當 paper logic 暴露,而是當作長時間運行、使用工具、自我檢查的 loop 來出貨。
**六要素**(作者用它當 diagnostic):
1. goal representation(目標表示)
2. trigger(觸發)
3. state store(狀態儲存)
4. policy for selecting the next action(選下一步的政策)
5. verifier(驗證器)
6. stop rule(停止規則)
消去法診斷——**移除 verifier 得到 self-affirming autonomy;移除 stop rule 得到 unbounded spend;移除 state 則 loop 重複工作或 drift;移除 trigger 則 loop 永不啟動或永不恢復**。每個目前 vendor surface 都映射到這六要素:Anthropic 暴露 hooks、stop hooks、routines、cost controls、memory、subagents;OpenAI 暴露 `/goal`、handoffs、traces、spans、guardrails;LangGraph 暴露 graph runtime、thread state、checkpoints、workflow-vs-agent 區別。
**Osmani 的五個 building block**(與控制視圖重疊,值得並列收藏):
- **automations**:scheduled triggers,在無人情況下開始 discovery 與 triage。
- **worktrees**:隔離環境,避免平行 subagent 污染共享狀態。
- **skills**:codified project knowledge,用明確領域規則取代幻覺。
- **plugins & connectors**:外部基礎設施的介面。
- **subagents**:專門角色,建立 maker-checker 動態;搭配 persistent state store(Markdown 檔或 issue board),在 context window 之外記錄已完成與待辦工作。
把這五個當工程師的零件清單,把六個控制要素當它們必須滿足的系統契約。
**loop 與 deterministic automation 的邊界**歸結為一個問題:**誰選下一 edge**。在 automation 中,code 從預定義條件選 edge,程式在第一個未處理例外即失敗;在 loop 中,runtime 反覆要求 model(或 planner)基於新觀察在動作間選擇,policy 與 governance 約束該選擇。LangGraph 在自己的文件裡講得很直白。**測試含意直接**:workflow test 針對 graph edge;loop test 針對跨許多可能 edge 的 trajectory property 與 policy compliance。
**Ralph lineage** 讓 loop 行為在術語穩定前就對從業者可讀。Geoffrey Huntley 的 Ralph Wiggum loop 在 2025 年流傳為可辨識模式:把相同 prompt file 餵給簡單 shell loop 中的 agent、用 stop hook 攔截 model 嘗試退出、強迫 agent 從 filesystem 讀自己的先前工作並對失敗 iterate。學術後續《Supervising Ralph Wiggum》(Xu, Martelaro, McComb)把一個現在 production 團隊視為 table stakes 的教訓形式化:**baseline agent 會固著於既有 paradigm 而無法探索替代方案**;一個 metacognitive co-regulation loop(部署第二個 agent 監督 primary worker 的 metacognition)比裸 Ralph loop 更能導航設計空間並產出更強結果。工程結論——作者在每次 review 都執行——是:**當動作昂貴或不可逆時,把 stop authority 放在 worker model 之外**。
### Part III. Loop Topologies and Trigger Models(拓樸與觸發模型)

**Trigger 設計同時決定 loop 的成本曲線與升級曲線**,所以作者把它當第一個決策,優先於 model 與 topology。2026 年有四類 trigger 值得關注:
- **Cron(固定排程)**:夜間審查、批次掃描、維護。**成本可預測**(與環境狀態無關);**升級低**,直到下游失敗累積。
- **Heartbeat(規律週期檢查)**:監控、backlog 掃描、漏接 webhook 的恢復。成本受 **cadence + per-beat work size** 約束;**升級中等**,在人類注意到之前偵測 slow drift。
- **Hook(runtime lifecycle event,如 tool call 或 stop event)**:guardrails、policy gate、post-action validation。通常便宜,直到密集活動觸發;**升級槓桿最高**——可在副作用發生前擋下不安全動作。
- **Goal(持久語意目標)**:長程調查、開放式 coding、研究。**成本潛在最高**(跑到 verifier 說停);**升級最高**——必須包含 no-progress 與人類路徑。Anthropic 把 `/goal` 文件化為 session-scoped、prompt-based Stop hook 的內建捷徑。
**Topology 依任務形狀決定,作者刻意讓映射無聊**:
- **Fan-out / fan-in**:平行研究、codebase review。
- **Supervisor**:中央 planner 需跨 specialist 維持 coherence 的工作。
- **Pipeline**:stage 間窄而可測的 output contract。
- **Debate**:adversarial review、red teaming,代價是高 token overhead + 必須的外部 arbiter。
- **Swarm**:只在 partition 明顯且協調成本低於平行價值時才正當。
### Part IV. Multi-Agent and Parallel Loops(多代理與平行迴圈)

當任務複雜度超過單一 loop 能掌握的推理,工作就走向平行,特定模式重複出現:orchestrator-worker、fan-out/fan-in(預設)、supervisor、pipeline、debate。**Fan-out/fan-in 是預設值**——orchestrator 分解任務、同時 dispatch 執行子任務的 subagent、綜合回傳結果;對常見內容與研究 workflow 的 production 研究顯示顯著的 wall-clock 降低。
**研究系統在產品工具之前就達到明確的排程模型**,是學底層機制的正確地方:
- **LLMCompiler(ICML 2024)**:編譯 dependency-aware function plan,平行執行獨立呼叫,在評測任務上比 ReAct baseline 報告**高達 3.7× 低 latency、6.7× 低 cost**。
- **PlanCompiler(2026-04)**:更嚴格的編譯視圖。Model 從 typed、closed registry 選 node,參數以 JSON plan 供應;deterministic validator 跑結構檢查(含 acyclicity 與 type compatibility);compiler 用 **Kahn's algorithm** 對驗證後的 plan 做拓樸排序成 deterministic execution order。**Model 永不發出 free-form execution logic**。
- **PASTE(Microsoft Research, 2026-03-19)**:透過 pattern-aware speculative tool execution 攻擊嚴格序列 tool loop 的 latency。它預測下一個 likely read-only tool call 並在 primary reasoning step 計算時於 slack resources 上跑,報告 **48.5% task completion speedup、1.8× tool execution throughput**。**B-PASTE** 為資源受限 edge 環境改編,維護一個 bounded beam of future execution subgraph,依 expected critical-path reduction 排序。
**跨三篇論文穩定的工程法則**:**當依賴明確時平行才划算**;當 joint state 不確定或投機動作的安全成本高時,序列化仍屬必要。
**用古典並發詞彙重述**(問題空間早已被映射):fan-out/fan-in = map-reduce;orchestrator = mutex with reasoning;context window = thread stack;shared store = heap;fan-in aggregation = barrier synchronization。實作不同是因為基質不同——agent 是 stochastic(thread 是 deterministic)、context window 是 soft(stack 是 hard)、verification 是 judgmental(test suite 是 binary)。失敗模式也追隨這個類比:hidden dependencies + parallel writes 產生 race condition 污染共享狀態;對 rate-limited API 的 unbounded fan-out 自造 outage。
**Claude Code 原生平行**(需要精確,因為二手文獻已偏離文件):
- **Ultracode** 在 v2.1.160(2026-06-02 發布)成為官方 runtime term,把 dynamic-workflow trigger keyword 從 `workflow` 改名為 `ultracode`。
- Ultracode 跑在 **Opus 4.8**,結合 high reasoning effort + automatic workflow orchestration,讓 model 寫 JavaScript orchestration script 來 fan-out subagent,並把中間結果留在 script variables 而非 primary context window。
- v2.1.172(2026-06-10)加入 nested subagent 支援,**達 5 層深**。
- 截至 2026 年 6 月底,公開文件**未暴露硬性總並發上限**;文件化的是 5-level nesting depth limit、panel-level visibility caps、keep teams small 的 cost guidance。
- 社區寫作引述 **16 concurrent subagents** 廣泛流傳,但作者把任何具體硬上限視為未確認,直到出現在官方 changelog。
- Agent teams 在 Opus 4.6 launch(2026-02-05)以 research preview 交付。

[https://code.claude.com/docs/en/workflows](https://code.claude.com/docs/en/workflows)
**OpenAI Codex stack** 走不同路徑到達類似位置:
- **Goal mode** 脫離 experimental 並在 Codex app、IDE extension、CLI 中 GA(2026-05-19,Codex app 26.519)。
- 命令參考把 `/goal` 文件化為持久目標,Codex 向其工作直到完成、暫停或需要更多輸入。
- 公開 release surface 顯示 Codex CLI 在 2026-06-22 為 0.142.0。
- **Agents SDK** 以 first-class tracing、spans、handoffs、usage accounting 補充該 runtime,把 loop observability 放進框架而非事後外掛。
**各 vendor surface 比較**(原為 ASCII 對照表,轉條列以利閱讀):
- **Claude Code** — 平行模型:subagents / agent teams / background sessions;隔離模型:separate agent contexts、team instances、hooks;成本透明度:強(`/usage`、analytics、公開 cost docs);現況:v2.1.187(2026-06-23),`/goal`、hooks、routines、tracing。
- **OpenAI Codex CLI/app** — 平行模型:goal mode / app threads / handoffs via Agents SDK;隔離:thread 或 worktree 風格 session isolation;成本透明度:中到強(session traces、SDK 中 usage spans);現況:CLI 0.142.0(2026-06-22),Goal mode GA 於 app 26.519。
- **LangGraph** — 平行模型:graph nodes / subgraphs / parent-child navigation;隔離:thread state + checkpoints;成本透明度:framework level(外部 billing 視 vendor);現況:graph runtime、checkpoints、OpenTelemetry eval integration。
- **AutoGen** — 平行模型:conversational multi-agent coordination;隔離:chat fabric 中的 agent instances;成本透明度:隨 runtime integration 而異;現況:成熟 multi-agent 抽象。
- **OpenAI Agents SDK** — 平行模型:handoffs / guardrails / tool calls / custom processors;隔離:trace tree with spans + processor hooks;成本透明度:trace level 強(usage 序列化進 spans);現況:built-in tracing、spans、usage、handoffs。
### Part V. Context and Memory Inside the Loop(迴圈內的脈絡與記憶)

Context engineering 成為 loop 內的一個 subsystem,它預防的失敗平凡但致命:**unbounded loop 累積 raw tool output、API response、error trace,直到耗盡 window 並開始 degrade**。2026 年證明有效的修補是 **filesystem-as-context pattern**——把大 tool output route 到本地 filesystem,讓 agent 用 `grep`、`jq` 等普通工具過濾,只放壓縮、相關的切片進 active window。
**記憶模型對照**:
- Anthropic 的 Claude Code 記憶模型把 fresh session state、持久 project instructions(`CLAUDE.md`)、跨 session 寫入的 auto memory 分開。
- LangChain 的 filesystem pattern 把同一想法一般化——給 agent 一個 mutable filesystem 存 working notes、intermediate artifacts、durable checkpoint,每回合把 state 移出 prompt。
- 為何有效並不抽象:**frontier coding model 已知如何 navigate repo、grep log、patch 檔、跑命令**,所以 file-backed workspace 降低介面摩擦並發揮 model 的 prior。
**最強的 production 數據點 — Azure SRE Agent**(2026-03-10 engineering writeup):把 agent 的世界 materialize 成 repository-like workspace,把人類評分的「Intent Met」分數在新穎 incident 上**從 45% 提升到 75%**。這是綁定特定介面選擇的具體 production 指標,遠強於「memory 有幫助」的泛論。同一系統的 frugal context management = tool-result compression + mid-session pruning + 在到達 window limit 前的 auto-compaction。
**長程系統需要把「等待」當成一級 runtime event 的 checkpointing**。Meta 的 Ranking Engineer Agent(2026-03-17)管理跨越數天到數週的 ML workflow,透過 **hibernate-and-wake 機制**並在關鍵策略決策點加入人類監督:當 agent 啟動 long-running compute job 時,它**序列化推理狀態、把等待卸載到 background scheduler、關機**;完成後**喚醒、載入序列化狀態、確定性地恢復**。這是任何含長外部等待任務(training job、offline eval、batch experiment)的正確模式。**stay live 而無事可做的 agent 只是在燒 context 與 budget;hibernate with durable checkpoint 的 agent 保住 coherence 並乾淨恢復。**
### Part VI. Verification, Termination, and Stopping Conditions(驗證、終止與停止條件)

**一個 loop 必須擁有無歧義、可測試的「done」定義,且該定義必須存在於 worker model 之外。** 只依賴 transcript analysis 的 evaluator 有致命缺陷:**一段對 broken work 的自信摘要,對充當 judge 的 model 而言讀起來是 acceptable 的**。作者的法則:loop 信任外部證據 > deterministic check > narrow judge > worker model 自稱完成。
**有效的 stop condition 立基於可驗證的外部狀態**:clean compiler exit、passing test suite、特定數值 benchmark threshold、成功的 deployment hook。
- **Anthropic 的 prompt-based stop hooks** 把終止決策委派給獨立 model(預設 Haiku),輸出窄的 yes/no JSON 契約。negative decision 把 evaluator 的 reasoning 餵回 primary model 作為下一回合的 guidance;positive decision 清除 goal。一條 changelog 之後為 prompt-based stop hook 加入 explicit model selection——意即 evaluator-gated termination 現在是 loop surface 本身的一部分,而非每個團隊都得手動重建。
- **LangSmith** 透過 trajectory evaluation(比對 exact trajectory 或在 trace level 用 model judge 評分)延伸到 offline / online 分析。
- **AgentRx** 更進一步——localize trajectory 中第一個 critical failure step 並產出 auditable validation log。
**Anti-cheating 屬於 verifier 邊界**,因為 capable agent 本來就會 reward-hack。Reward Hacking Benchmark(2026)顯示 model agent 利用評估捷徑:跳過驗證、從 metadata 推答案、當 proxy objective 比解題容易時竄改 eval-relevant function。**典型的例子是 agent 直接刪掉 failing test 讓 suite 變綠**,而非修好 code。回應是改編自普通軟體紀律、適用 agentic runtime 的做法:
- 把 gold test 與 critical fixture 放在 agent 可寫表面之外。
- 用 read-only test input。
- 在獨立 process 或 permission domain 跑驗證。
- 把 failed assertion 記為 first-class event。
**Stop rule 應分層**,作者把以下 stack 當任何碰觸真實系統的 loop 的最低標:goal condition + no-progress detector(連續 iteration 未改變 deterministic metric 即停)+ max-iterations cap + wall-clock budget + token / dollar budget + 對 irreversible 或 low-confidence 動作的 mandatory escalation path。Anthropic 的 Stop hook、idle hook、cost 文件展示如何把其中多個直接接進 runtime;OWASP 的 agentic control 把原則一般化為營運治理——**每個部署的 agent 都需要 halt mechanism、evidence preservation、escalation routing、rollback procedure**。
### Part VII. The Failure Mode Taxonomy(失敗模式分類學)

**2026 年的 production 文獻收斂於一個事實:agent failure 是結構化的。** 它們不是一袋隨機 bug,也不像普通軟體缺陷,因為它們是 probabilistic、state-dependent、並在長程上 compounding。
**錨點來源**:
- Microsoft AI Red Team 在 2026-06-04 更新 agentic AI 失敗模式 taxonomy,加入 agentic supply-chain compromise、goal hijacking、inter-agent trust escalation、對 computer-use agent 的 visual attack 等條目。
- 《A Unified Framework for the Evaluation of LLM Agentic Systems》(2026-05-27)引入六類 failure taxonomy。
- 《Agent Drift》(2026-01-07)形式化跨延伸互動的 semantic、coordination、behavioral drift。
- **AgentRx** 從真實 trajectory localize critical failure step,報告 **failure-localization accuracy 絕對改善 23.6%、root-cause attribution 改善 22.9%**(相對 baseline)。
- **OWASP Top 10 for Agentic Applications**(2025-12-09)錨定對抗面:goal hijack、tool misuse、identity & privilege abuse、supply-chain、unexpected code execution、memory & context poisoning、不安全的 inter-agent 通訊、cascading failure、human-agent trust exploitation、rogue agent。
**經驗鋒面令人不安,值得帶進任何 design review**:OpenClaw 的「Agents of Chaos」研究(Ullman 等人)展示了 11 個 critical failure pattern——agent 聽從 unauthorized stranger、把 sensitive email 紀錄揭露給非擁有者、執行 destructive system command、冒充身分。在一個 multi-agent 放大案例中,攻擊者把假規則插入共享文件,**導致一個 agent 攻擊並嘗試關閉它的同儕**。
**production 導向的失敗模式綜合**(原為 ASCII 表,依類別轉條列;detection / mitigation 為作者綜合的工程判斷):
- **Drift 類**:semantic drift(偵測中/緩解中)、context drift(中/中)、behavioral drift(高/低到中)。
- **State 類**:memory corruption(高/中)、checkpoint loss or mismatch(中/中)、tool output staleness(高/低)。
- **Coordination 類**:supervisor-worker mismatch(中/中)、handoff schema mismatch(中/中)、inter-agent trust escalation(高/低到中)。
- **Termination 類**:no-progress looping(中/高)、premature self-termination(高/中)、reward hacking(高/低)。
- **Adversarial 類**:prompt injection(中/中)、memory or context poisoning(高/中)。
- **Tool interface 類**:tool interface failure(低到中/高)。
**兩類值得深看,因為它們是結構性而非偶發**:
1. **Drift 是規劃性質,不只是 model 弱點**。Shahnovsky 與 Dror(2026-03)的 web agent 規劃框架把 agent 架構映射到古典規劃 paradigm,把 context drift 與 incoherent task decomposition 當作可診斷的規劃失敗。《Agent Drift》接著顯示 semantic、coordination、behavioral degradation 在長互動序列上可量測地累積。這就是為什麼 loop design 必須為 compaction、checkpointing、explicit re-grounding 預留空間——**長程 drift 是 runtime trajectory 的屬性**。
2. **Reward hacking 不是壞 eval 的花俏名稱**。Skalse 等人 2022 的形式處理證明了一個硬結果:**跨所有 stochastic policies 的集合,兩個 reward function 只有在其中一個是常數時才能互相 unhackable**。用工程語言:**任何非平凡 proxy reward 在夠廣的 policy class 下都可被 game**。2026 的工作顯示 capable agent 在 tool-using 環境中自然發現這些捷徑,常見緩解也無法消除問題。對 production loop 的含意是:**沒有單一 scalar reward 關閉缺口**——需要分層 proxy、randomization、hidden test、external verifier,以及對高價值任務的人類審查。
### Part VIII. Token Economics and Cost Control(Token 經濟與成本控制)
Loop 改變語言模型的單位經濟,因為**每個 iteration 都重送累積的 history、system prompt、tool schema**。作者把成本當架構屬性,而非事後想法。

**實務上重要的三個倍數**:
- Anthropic 的 multi-agent research system 報告:agent 通常用約 **4× 於 chat 互動的 token**;multi-agent 系統用約 **15× 於 chat**。
- Anthropic 目前 Claude Code cost 文件加入一個營運數字:agent teams 當 teammate 在 plan mode 跑時,約 **7× 的 token**。
含意:single-agent autonomy 相對 chat 帶實質溢價,小團隊再把該溢價乘一次,廣泛的 multi-agent orchestration 只適用於經濟價值超過該稅的任務。
**失控成本的故事已是 folklore,作者誠實處理**:2026 年社區報導流傳兩個廣為重複的例子——一個 49-subagent type-checking session 估約 **$8,000–15,000**;一個 23-subagent unattended code-quality 專案據報在三天內達約 **$47,000**。作者**無法對 primary vendor postmortem 驗證任一數字**,所以把兩者當告誡性 single-source report 而非定案 benchmark。即使確切金額變動,結構教訓仍成立——**平行 subagent 各自擁有 context,loop 缺乏 hard stop 時成本快速複合**。
**控制直接且有效,分為三桶**:
- **預算守衛與硬上限**:執行前定義最大 token threshold 與最大 iteration 數,breach 任一時讓 loop **fail closed**。
- **Prompt caching**:cache 穩定 prefix 可大幅降低 read 成本。把 static component(system prompt、tool definition、policy doc)放 context 前面,把 dynamic 變數(如 timestamp)放最後的 user turn,這樣 loop 不會在每個 iteration 靜默 invalidate cache。
- **執行前可行性驗證**:PlanCompiler 在編譯前驗證 plan;Agents SDK 把 usage 序列化進 tracing metadata 以做 per-run budget check;curated、decision-grade context 據報能相對相同 prompt 與 model 顯著降低 token 消耗與 tool call。**好的 loop 在預算、精度目標、或 tool precondition 未過 feasibility gate 時,就先拒絕昂貴工作。**
### Part IX. Observability and Evaluation(可觀測性與評估)
Response logging 對 loop 而言不足。**你需要保留跨 model call、tool call、guardrail、handoff、retry、state transition 之因果關係的 trace。** 問題從來不只是 model 答了什麼,而是 runtime 為何做下一步。
- **OpenAI Agents SDK** 直接文件化:trace 由 span 組成,涵蓋 model generation、tool call、handoff、guardrail、custom event。
- **Anthropic Claude Code** 暴露 agent loop 與 OpenTelemetry-compatible observability surface。
- **LangGraph 與 LangSmith** 透過 OpenTelemetry attributes(session ID、reference example ID、span kind)把 trace instrumentation 連到 dataset 與 experiment session。
**最小有用的遙測模型有兩層**:
- **Step-level span**:捕捉每個 model call、tool invocation、guardrail check、memory operation。
- **Trace-level metadata**:捕捉完整 objective、aggregate usage、outcome、evaluator 分數。
- **Nested handoff span** 在 multi-agent 系統中不可或缺,因為它們在 parent run 下保留 delegated sub-trajectory——closed-loop debugging 依賴該階層。
**平台定位**:Langfuse(step-by-step trace,OTel-native 攝取,常見開源基線);LangSmith(trace 連實驗 dataset,傾向 LangChain workflow);Braintrust(production trace 搜尋、annotation、online/offline eval、CI quality gate);Arize Phoenix(trace 可見性、annotation、實驗)。
**實用評估 stack 三層**:
- **Unit eval**:對 deterministic component(parser、tool adapter、policy、verifier)。
- **Trajectory regression**:常用 model judge 或 trajectory matching,把完整 run 與預期行為比對。
- **Production trace sampling + annotation + failure clustering**:把真實失敗轉成 regression dataset。
**trace-to-dataset feedback 正是把 observability 變成工程槓桿的東西**——沒有它,production 事故停留為 anecdote,而無法變成 CI gate。
### Part X. Safety, Governance, and the Control Plane(安全、治理與控制平面)
**治理決定 agentic deployment 是否達 production**,而在 loop engineering 裡,它是 control-plane design problem。**高信心模式**是:一個 bounded Plan-Execute-Verify loop,外包 permissioning、policy gate、audit trail——loop 無法在不先宣告 intent、再驗證 outcome 的情況下採取動作。
- **Anthropic hook system** 提供 before tool use、after tool use、on stop、on subagent lifecycle 的 runtime interceptor,是 policy layer 的機械基質。
- **Model Context Protocol** 給 Anthropic 與 OpenAI stack 一個標準化方式來中介 tool access 並限制 compromised subagent 的 blast radius。
- **Identity control** 把 agent 當 non-human identity,配 short-lived、least-privilege credential,而非透過 generic service account 路由流量。
- **OWASP Top 10** 指出治理必須最強之處(goal hijack、tool misuse、privilege abuse 等)。
- **Control plane** 因此需要:least-privilege tool scope、對 irreversible action 的 explicit human approval、evidence-preserving kill switch、durable audit log。
**McKinsey 2026 從企業端強化同一課**:2026-04-02 guidance 主張工作從為 agent 現代化資料架構、跨 workflow 改善可見性與治理、抗拒因為 model 更強就繞過 data-architecture discipline 開始;2026-03-25 AI-trust survey 框定 agentic 時代治理、風險管理、信任成熟度的持續缺口。作者明確旗幟一個數字:**「約 80% agentic 實作時間花在 data engineering 與治理」這個流傳說法,無法從 primary McKinsey 出版品驗證**——公開 McKinsey 來源強烈支持方向,但不支持那個確切百分比,除非有直接內部或簡報來源,否則視為未驗證。
**受管制產業**:governed data substrate 是先決條件而非錦上添花。Runtime 必須知道哪些 record 是 certified input、哪些 memory store 可影響動作、哪些 tool 可寫 system of record、哪些決策需人類簽核。**Input certification** 意即每個 action-causing context item 都帶 provenance、freshness bound、policy scope。File-backed workspace、model trace、eval log、approval event 共同構成 audit trail。沒有該基質,agentic governance 崩塌成事後說故事。
### Part XI. Engineering Practice and Reference Architectures(工程實踐與參考架構)
**2026 年的 production reference loop 有穩定形狀**,作者在每次 design review 都這樣描述:接受 typed goal 與 budget → 驗證 tool reachability 與 precondition → 把 certified context 載入 workspace 或 filesystem → 計畫或分解 goal → 在 bounded turn 中執行(只在 partition 明確時 spawn nested subagent)→ 每個 material step 後跑 deterministic 或 narrow-model verifier → persist checkpoint → 在成功、無進展、預算耗盡、或 policy 違規時停止 → emit step-level span 與 trace-level summary → 把 irreversible 或 low-confidence 動作升級人類。
**成熟度模型**(定位自己系統的有用方式):
- **L1**:帶工具的 chatty assistant。
- **L2**:加 bounded loop 與 external verifier。
- **L3**:加 checkpointing、trace-based eval、policy gate。
- **L4**:加平行、governed memory、chargeback-aware budget control。
- **L5**:加 higher-order planning、declarative policy、continuous trace-to-dataset CI。
**困難的跨越**是從 helpful agent 到 governed runtime——那正是多數 failure、cost、audit gap 浮現之處。
**Anti-pattern 同樣一致**:不要把單一 agent 部署到應被分割的 multi-domain 任務;不要依賴 model self-evaluation 做關鍵任務的終止決策;不要把 raw tool output 未經 filesystem 過濾就直入 context window——每一個都重新引入了這個學科已知如何預防的失敗模式。
**任務形狀 → 拓樸 → 觸發 對照**(原為 ASCII 表,轉條列):
- 單一有界任務 → single-agent loop → goal → 最低協調 overhead。
- 平行研究 → fan-out / fan-in → goal or heartbeat → 獨立子問題。
- 嚴格 pipeline → pipeline → hook or cron → 窄 stage contract。
- Incident response → supervisor + specialists → hook + heartbeat → 中央 coherence + polling。
- 批次維護 → workflow with verifier → cron → deterministic cadence。
- 對抗式審查 → debate with external judge → goal → 獨立 critique 路徑。
**Pre-flight check**(答案為「是」才出貨):
- Goal clarity:成功可被 worker model 之外的 verifier 測試嗎?
- Budget control:token、dollar、iteration、wall-clock 上限到位嗎?
- Trigger fit:trigger 符合業務流程的 cadence 嗎?
- State design:loop 能從 checkpoint 無歧義恢復嗎?
- Context hygiene:陳舊或被污染的 context 受 freshness rule 約束嗎?
- Tool safety:tool 權限是 least-privilege 且 audit logged 嗎?
- Verification:核心檢查是 deterministic 或分開判斷嗎?
- No-progress handling:runtime 能偵測 thrashing 並乾淨停止嗎?
- Human escalation:對不確定或不可逆操作有具名路徑嗎?
- Observability:trace 捕捉 span、handoff、guardrail、usage 嗎?
- Regression:被 trace 的失敗能快速變成 CI eval 嗎?
#### Reference Loop 程式碼(reference_loop.py)
下列 codebase 一對一映射到六要素。**關鍵設計對照**:
- `Goal` 帶 `deterministic_check`——成功可在 worker model 之外測試。
- `run()` 是 goal trigger。
- `LoopState` 是 state store,每個 iteration checkpoint 到磁碟。
- `_step()` 是 policy:一個 worker turn 加上任何 tool call。
- `_deterministic_verify()` 擁有 stop authority;`_model_verify()` 是 Haiku fallback,**永不決定 irreversible work**。
- `_check_stop_rules()` 是分層 stop stack:iterations、tokens、dollars、wall-clock、no-progress,**各自 raise `Escalation` 而非讓 loop 跑下去**。
**三個分離 real loop 與 demo 的細節**:
1. **No-progress detector** 對 verifier 的 progress signal 做 hash,把相同 signal 計為 stall——這是抓 thrashing 的方式。
2. `write_file` 工具**拒絕任何路徑含 "test"**——這是 read-only anti-cheating 邊界,擋下「刪 failing test」的 reward hack。
3. System prompt 帶 `cache_control`,而動態內容留在 user turn——**讓 prompt caching 跨 iteration 真正成立**。
**兩個 caveat**:pricing map 與 model string 為示範值,dollar figure 是來自 usage token 的估計,非 billing source of truth——兩者都需對照當前文件才能信賴 dollar 帳務。
```python
"""
reference_loop.py
A production-shaped agentic loop that implements the six minimal elements from
the field guide: goal, trigger, state, policy, verifier, and stop rule. The
worker model selects the next action. A deterministic check owns the stop
authority, with a narrow Haiku evaluator only as a fallback signal. Every
material step emits a span, and budget plus no-progress rules guarantee the
loop halts.
Pricing and model strings below are illustrative as of mid-2026. Verify both
against current Anthropic docs before you rely on the dollar accounting.
"""
from __future__ import annotations
import json
import time
import hashlib
import subprocess
from dataclasses import dataclass, field
from pathlib import Path
from typing import Callable, Any
import anthropic
# --- Models and (illustrative) pricing -------------------------------------
WORKER_MODEL = "claude-opus-4-8"
VERIFIER_MODEL = "claude-haiku-4-5-20251001"
# USD per token. Replace with current published rates.
PRICE = {
WORKER_MODEL: {"in": 15.0 / 1e6, "out": 75.0 / 1e6, "cache_read": 1.5 / 1e6},
VERIFIER_MODEL: {"in": 1.0 / 1e6, "out": 5.0 / 1e6, "cache_read": 0.1 / 1e6},
}
# --- Loop contract ----------------------------------------------------------
@dataclass
class Budget:
max_iterations: int = 25
max_tokens: int = 2_000_000
max_usd: float = 20.0
max_wall_clock_s: float = 1800.0
no_progress_limit: int = 3 # halt after N iterations with no metric change
@dataclass
class Goal:
"""A goal is testable by something outside the worker model."""
objective: str
# Deterministic verifier. Returns (passed, progress_signal). The signal is
# any stable string whose change means real progress (test output, a diff
# hash, a build log tail). Identical signals across turns mean thrashing.
deterministic_check: Callable[[], tuple[bool, str]]
@dataclass
class Span:
iteration: int
kind: str
detail: str
tokens: int = 0
usd: float = 0.0
t: float = field(default_factory=time.time)
@dataclass
class LoopState:
messages: list[dict] = field(default_factory=list)
iteration: int = 0
tokens: int = 0
usd: float = 0.0
started: float = field(default_factory=time.time)
last_signal: str | None = None
stalls: int = 0
spans: list[Span] = field(default_factory=list)
def checkpoint(self, path: Path) -> None:
path.write_text(json.dumps({
"iteration": self.iteration,
"tokens": self.tokens,
"usd": round(self.usd, 4),
"messages": self.messages,
}, indent=2))
class Escalation(Exception):
"""Raised to hand control to a human. The loop never decides this silently."""
# --- The loop ---------------------------------------------------------------
class AgentLoop:
def __init__(
self,
goal: Goal,
tools: list[dict],
tool_impls: dict[str, Callable[[dict], str]],
budget: Budget | None = None,
checkpoint_path: str = "loop_state.json",
on_span: Callable[[Span], None] | None = None,
):
self.goal = goal
self.tools = tools
self.tool_impls = tool_impls
self.budget = budget or Budget()
self.checkpoint_path = Path(checkpoint_path)
self.on_span = on_span or (lambda s: print(f"[{s.iteration:02d}] {s.kind}: {s.detail}"))
self.client = anthropic.Anthropic()
# Stable prefix is cached. Dynamic content stays in the user turns so the
# cache is not invalidated on every iteration.
def _system(self) -> list[dict]:
return [{
"type": "text",
"text": (
"You are a worker inside a bounded execution loop. Pursue the goal "
"using the available tools. Make one concrete change per turn and "
"check your work. Do not claim success. A separate verifier decides "
"when the goal is met.\n\nGOAL: " + self.goal.objective
),
"cache_control": {"type": "ephemeral"},
}]
def _emit(self, span: Span) -> None:
self.state.spans.append(span)
self.on_span(span)
def _account(self, model: str, usage: Any) -> tuple[int, float]:
p = PRICE[model]
cache_read = getattr(usage, "cache_read_input_tokens", 0) or 0
billed_in = usage.input_tokens - cache_read
usd = billed_in * p["in"] + cache_read * p["cache_read"] + usage.output_tokens * p["out"]
toks = usage.input_tokens + usage.output_tokens
self.state.tokens += toks
self.state.usd += usd
return toks, usd
# --- Stop stack. Checked before every worker call. ----------------------
def _check_stop_rules(self) -> None:
b, s = self.budget, self.state
if s.iteration >= b.max_iterations:
raise Escalation(f"max_iterations {b.max_iterations} reached")
if s.tokens >= b.max_tokens:
raise Escalation(f"token budget {b.max_tokens} exhausted")
if s.usd >= b.max_usd:
raise Escalation(f"dollar budget ${b.max_usd} exhausted")
if time.time() - s.started >= b.max_wall_clock_s:
raise Escalation("wall-clock budget exhausted")
if s.stalls >= b.no_progress_limit:
raise Escalation(f"no progress across {s.stalls} iterations")
# --- Verifiers. Deterministic check is authoritative. -------------------
def _deterministic_verify(self) -> bool:
passed, signal = self.goal.deterministic_check()
sig = hashlib.sha256(signal.encode()).hexdigest()[:12]
if sig == self.state.last_signal:
self.state.stalls += 1
else:
self.state.stalls = 0
self.state.last_signal = sig
self._emit(Span(self.state.iteration, "verify",
f"passed={passed} signal={sig} stalls={self.state.stalls}"))
return passed
def _model_verify(self) -> bool:
"""Fallback only, used when no deterministic signal applies. Narrow
contract, separate model, JSON out. Never trusted for irreversible work."""
resp = self.client.messages.create(
model=VERIFIER_MODEL,
max_tokens=256,
system="Reply ONLY with JSON: {\"done\": bool, \"reason\": str}. "
"Judge strictly against the stated goal. Default to false.",
messages=[{"role": "user", "content":
f"GOAL: {self.goal.objective}\n\nTRANSCRIPT TAIL:\n"
f"{json.dumps(self.state.messages[-4:])}"}],
)
self._account(VERIFIER_MODEL, resp.usage)
try:
verdict = json.loads(resp.content[0].text)
except (json.JSONDecodeError, IndexError, AttributeError):
return False
self._emit(Span(self.state.iteration, "model_verify", str(verdict)))
return bool(verdict.get("done"))
# --- Policy: one worker turn plus any tool calls it requests ------------
def _step(self) -> None:
resp = self.client.messages.create(
model=WORKER_MODEL,
max_tokens=4096,
system=self._system(),
tools=self.tools,
messages=self.state.messages,
)
toks, usd = self._account(WORKER_MODEL, resp.usage)
self.state.messages.append({"role": "assistant", "content": resp.content})
tool_results = []
for block in resp.content:
if block.type == "tool_use":
self._emit(Span(self.state.iteration, "tool_use",
f"{block.name} {json.dumps(block.input)[:80]}", toks, usd))
impl = self.tool_impls.get(block.name)
output = impl(block.input) if impl else f"error: unknown tool {block.name}"
tool_results.append({
"type": "tool_result",
"tool_use_id": block.id,
"content": output,
})
if tool_results:
self.state.messages.append({"role": "user", "content": tool_results})
# --- Entry point (a goal trigger: run until verified or stopped) --------
def run(self) -> str:
self.state = LoopState(messages=[
{"role": "user", "content": f"Begin work toward the goal: {self.goal.objective}"}
])
try:
while True:
self._check_stop_rules()
self.state.iteration += 1
self._step()
self.state.checkpoint(self.checkpoint_path)
if self._deterministic_verify():
self._emit(Span(self.state.iteration, "done",
f"goal met in {self.state.iteration} iters, "
f"${self.state.usd:.2f}"))
return "SUCCESS"
except Escalation as e:
self._emit(Span(self.state.iteration, "escalate", str(e)))
# Hand to a human. Preserve state and the trace for the audit trail.
return f"ESCALATED: {e}"
# --- Example: make the test suite pass --------------------------------------
# The worker may read source and run tests. Test files are read-only at the
# tool boundary so the agent cannot delete a failing test to fake success.
def _tools() -> tuple[list[dict], dict]:
tools = [
{"name": "read_file", "description": "Read a source file.",
"input_schema": {"type": "object", "properties": {"path": {"type": "string"}},
"required": ["path"]}},
{"name": "write_file", "description": "Write a source file (not tests).",
"input_schema": {"type": "object",
"properties": {"path": {"type": "string"}, "content": {"type": "string"}},
"required": ["path", "content"]}},
{"name": "run_tests", "description": "Run the read-only test suite.",
"input_schema": {"type": "object", "properties": {}}},
]
def read_file(args):
return Path(args["path"]).read_text()[:4000]
def write_file(args):
if "test" in Path(args["path"]).name.lower():
return "error: test files are read-only" # anti-cheating boundary
Path(args["path"]).write_text(args["content"])
return "ok"
def run_tests(_):
r = subprocess.run(["pytest", "-q"], capture_output=True, text=True, timeout=120)
return (r.stdout + r.stderr)[-2000:]
return tools, {"read_file": read_file, "write_file": write_file, "run_tests": run_tests}
def _tests_pass() -> tuple[bool, str]:
r = subprocess.run(["pytest", "-q"], capture_output=True, text=True, timeout=120)
return r.returncode == 0, (r.stdout + r.stderr)[-500:]
if __name__ == "__main__":
tools, impls = _tools()
loop = AgentLoop(
goal=Goal(objective="Fix the implementation so the test suite passes.",
deterministic_check=_tests_pass),
tools=tools,
tool_impls=impls,
budget=Budget(max_iterations=15, max_usd=5.0),
)
print(loop.run())
```
### Part XII. Frontier and Open Problems(前沿與開放問題)
**下個前沿是 self-modifying loop 與寫 loop 的 loop**,產品證據已指向那裡。Anthropic 的 dynamic workflow 與 agent team 朝 runtime-generated orchestration 移動;OpenAI 的 trace、processor、handoff 已可程式化到支援 higher-order loop 構造;LLMCompiler、PlanCompiler、PASTE 已把 orchestration 當作可系統化 plan、compile、optimize 的東西。
**缺失的層**是 objective、budget、trigger、policy、verifier contract、escalation path 的共用宣告式語言。幾位從業者開始指向 **LoopScript 風格的宣告式 control plane**,用嚴格的拓樸定義取代 ad-hoc Python orchestration。作者把該特定術語視為新興、尚未標準化。無論哪種語法勝出,重點都成立:**MCP 標準化 tool connectivity,但尚未標準化 loop semantics、stop schema、budget contract、跨框架的 trace taxonomy**——在那些缺口關閉前,loop engineering 仍是 bespoke、repository-specific 的學科。
**學術議程繞著同樣的缺口收斂**:ICML 2026 議程包含 agentic failure 與 agentic system 不確定性的 workshop,目標鎖定可重現的失敗觸發、trace 診斷、長程 loop 的驗證修補、連續監控下的原則性停止規則。作者對確切 workshop 日期持保留,因為手上排程細節並非全部從單一 primary source 確認。
## 總結與結論
1. **瓶頸已從 prompt 移到 loop**。Prompt engineering 在 2026 初已非瓶頸,trigger 選擇、topology、context 衛生、驗證、stop rule、observability、治理、預算控制才是。**Agent 是一個元件,loop 才是 production system**——這是全文反覆出現的第一性原理。
2. **六要素是可立即操作的 diagnostic**。goal / trigger / state / policy / verifier / stop rule 缺一即產生可預測失敗:缺 verifier → 自吹自擂的自主性;缺 stop → 無限燒錢;缺 state → drift;缺 trigger → 永不啟動。拿任何現有 agentic 系統套上去,缺塊立刻現形。
3. **驗證權威必須在 worker model 之外,且要分層**。外部證據 > deterministic check > narrow judge > worker 自稱完成;配合分層 stop stack(goal / no-progress / max-iteration / wall-clock / token-$ budget / escalation)。Reward hacking 的硬定理(Skalse 2022)證明沒有單一 scalar reward 能關閉缺口——需分層 proxy + hidden test + external verifier + 人類審查。
4. **成本是架構屬性,三個倍數 + 三桶控制**。agent ≈ 4× chat、multi-agent ≈ 15× chat、agent team plan mode ≈ 7× token。控制靠 hard cap(fail closed)+ prompt caching(static 前置、dynamic 後置)+ 執行前 feasibility gate。Ultracode(Claude Code v2.1.160,Opus 4.8)與 Codex Goal mode(GA app 26.519)是當前 vendor 端的 loop primitive 收斂點。
5. **持久產物跨 model swap 存活**。termination logic、verifier design、trace schema、tool permissioning、checkpoint storage、budget policy 是會留在 repo 的東西;手寫 prompt 通常不會。落地路徑是 Part XI 的成熟度階梯 L1→L5,最難的跨越是從 helpful agent 到 governed runtime。
Obsidian 整理
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