（控制科学与工程专业论文）虚拟组织最优角色匹配方法研究.pdf

摘要 摘要 随着计算机网络技术的发展，传统的固定的协作模式难被跨越组织界限的 虚拟组织所取代。通过非契约关系共享资源和围绕项目而组成的企业间暂时的 联盟被称为“虚拟组织”，本文定义参与其中的人、计算机和设各均为合作网络 巾的角色，_ j _ 二探索了以多主体技术为虚拟组织的动态联盟的解决方案。 席拟组织是目前广泛出现的电子系统的核心技术，例如电子商务、电子政 务、电子制造系统等等。在这种需要反复组织的动态系统中，难以用符号逻辑 来模式化地描述信息，因此本文采用了语义网技术，d a m l + o i i 。描述主体社会 的本体，使虚拟环境可以为机器理解，定义了特征向量，将图形化的语义描述 转化为数值化的向量描述，并开发了由d a m l 描述文件自动生成特征向量的解 析程序。 在虚拟组织这种动态大系统中，难以用符号逻辑形式来模式化地描述信念， 因此本文提出用模糊a r t 网络建立信念模型的方法，详述了基于神经网络中记 忆的历史合作信息，选择最佳合作者、工作质量评价、主体能力学习更新的过 程。该方法在a g e n t b u i l d e r 平台上实现，实验结果证明主体在动态环境中具有 了自适应能力、竞争能力、自组织能力和集聚能力。 鉴于目前组织模式中，较高智能的决策任务主要由人类决定，任务分解分 配的工作几乎完全由人完成，本文提出一种建立在语义网平台上的自动任务分 解分配方法，并讨论了针对总体目标协作的问题，咀支持基于多主体技术的动 态结盟，实现计算机支持的虚拟组织，提高目前组织的智能水平。仿真实验验证 了其有效性。 关键词：多主体，语义网络，自适应共振理论( a r t ) ，任务分解分配，动态规划 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y , t h e r ei sat e n d e n c yt h a tt h er i g i d a n df i x e dc o o p e r a t i o nm o d e si nt h et r a d i t i o n a lo r g a n i z a t i o n sa r e r e p l a c e db y v i r t u a l o r g a n i z a t i o n s ”t h e ”v i r t u a lo r g a n i z a t i o n ”i sat e m p o r a r ya l l i a n c ew h i c hi sb u i l tu p f o rap r o j e c ta n ds h a r e sr e s o u r c ew i t h o u t p r e d e f i n e dr e l a t i o n s h i p s t h i st h e s i s p r e s e n t sam u l t i a g e n tb a s e ds o l u t i o nt os u p p o r td y n a m i ca l l i a n c e so fa c t o r st h a ta r e a n 3 , i n d i v i d u a l so fh u m a n s ，c o m p u t e r so rd e v i c e si nav i r t u a lo r g a n i z a t i o nc o n n e c t e d v i at h ei n t e m e t t o d a y t h e a p p l i c a t i o n s o fv i r t u a l o r g a n i z a t i o n s c o v e rv a r i o u s e l e c t r o n i c a l l y s u p p o r t e da r e a s f r o me m a n u f a c t u r i n gt oe - b u s i n e s s f o rad y n a m i cc o m m u n i t ys u c h a sac r o s s - o r g a n i z a t i o n a le s y s t e m i ti sd i f f i c u l tt od e s c r i b ei n f o r m a t i o ni naf o r m a l f o r m a p p l i c a t i o n s o fs e m a n t i cw e bt e c h n o l o g yf o rt h ed i s t r i b u t e di n f o r m a t i o n d e s c r i p t i o ni se x p l o r e di nt h i st h e s i st h a ta p p l i e sd a m l + o i l t or e p r e s e n td i s t r i b u t e d k n o w l e d g ei nam a c h i n ei n t e r p r e t a b l ew a y a c c o r d i n g t oo n t o l o g yd e f i n i t i o n ，af e a t u r e v e c t o ri sf u r t h e ri n t r o d u c e da san u m e r i cr e p r e s e n t a t i o no ft h es e m a n t i c so fat a s k a p a r s e ri sd e v e l o p e dt oc o n v e r tk n o w l e d g er e p r e s e n t e di nd a m l t oaf e a t u r ev e c t o rf o r c o m p u t e r - a i d e dd e c i s i o nm a k i n g i nal a r g e - s c a l e d y n a m i cs y s t e m ，i t i so f t e n r e q u i r e d t om o d e lt h eb e l i e fo fa d i s t r i b u t e di n d i v i d u a li nt e r m so fi t s s u r r o u n d i n g s i nt h i st h e s i s ，t h e l o c a lb e l i e f m o d e l sa r ec o n s t r u c t e d b yu s i n gf u z z y n e u r a ln e t w o r kb a s e do nt h e a d a p t i v e r e s o n a n c et h e o r y ( a r t ) ，w h i c ht a k et h ea d v e r t i s e m e n t so fa c t o r sa si t si n i t i a lb e l i e f a n dl e a r na c t o r s a c t u a lc a p a b i l i t i e st h r o u g hi n t e r a c t i v ee x p e r i e n c e s e x p e r i m e n t sa r e c a r r i e do u to na m u l t i a g e n tp l a t f o r mo fa g e n t b u i l d e r t oi l l u s t r a t et h es e l f - o r g a n i z i n g a n d a d a p t i v ep r o p e r t i e so f t h ed y n a m i c a l l i a n c e i nt h e p r e s e n to r g a n i z a t i o n s ，t h ei n t e l l i g e n td e c i s i o n m a k i n g ，f o re x a m p l et a s k d e c o m p o s i t i o na n da l l o c a t i o n ，i sc a r r i e do u tb yh u m a n s t h ed y n m n i cp r o g r a m m i n g t h e o r y i s p r o p o s e d i nt h i st h e s i sf o ra c h i e v i n ga u t o m a t i ct a s kd e c o m p o s i t i o na n d a l l o c a t i o ni nt h es e m a n t i cw e b t h e d y n a m i c a l l i a n c e so ft h eo v e r a l ls y s t e mt oa c h i e v e ac o m m o n g o a l a r ed i s c u s s e df o r t e a v e a g e o fo r g a n i z a t i o n a l i n t e l l i g e n c e t h e e f f e c t i v e n e s so ft h ep r o p o s e dm e t h o di se v a l u a t e db ys i m u l a t i o n s k e y w o r d ：m u i l t a g e n t ，s e m a n t i cw e b ，a d a p t i v er e s o n a n c et h e o r y ( a r t ) ， t a s k d e c o m p o s i t i o n ，d y n a m i cp r o g r a m m i n g 】l 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的e i j 届r j 本和电子版 本；学校有权保存学位论文的e r j 席r l 本和电子版，并采用影e 1 j 、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者, p j l 构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：戋丹阳 加工年月矽日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 年月日年月日 同济大学学位论文原创性声明 木人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人仓u 作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名：关冉 日 讪哆年每月妒日 第1 章绪论 1 1 引言 第1 章绪论 随着计算机和网络技术的飞速发展，人类的生产和生活方式不断地更新变 革。新的观念和方法不断涌现，传统的经营观念和技术面临着新的机遇和挑战。 传统的食业运作模式正在向自动化、网络化、信息化和智能化的方向发展。 1 9 9 1 年，一份名为2 l 世纪的生产研究：工业决定未来l j j 的报告中首先提 出“虚拟组织”的概念，此后，该概念得到发展并日益受到一大批学者的重视和 研究。虚拟组织是一个交叉学科的概念，涉及社会学、经济学、管理学、计算机、 人工智能等多个学科。目前理论界对虚拟组织的定义还没有一个统一、完整、明 确的界定，根据已有的研完成果，虚拟组织的定义可归为两大类：( 1 ) 从信息网 络的角度来定义虚拟组织，即企业组织无形化，通过信息网络加以联结，如网上 商店、网上银行等；( 2 ) 从组织的角度来定义，虚拟组织指为了达到预期目标， 通过应用信息网络技术，由两个或两个以上的企业组成的临时性网络组织；在合 作过程中各成员彼此互不干涉，且共同分担风险，共同分享利益，当预期目标达 到之后，此组织即解体。 m o w s h o w t i z 2 】于旨出：虚拟组织最本质的特点是以种不依赖于它的实际存在 方式而进行的目标导向作业的管理，虚拟公司通过输入最佳的组合来实现所需实 现的任务。虚拟组织中的成员可以遍布在世界各地，以相互信任的方式行动，组 织中没有固定的组织层次和内部命令系统，企业界限明显趋于淡化和模糊，是一 种外放式的组织结构。虚拟组织以一种链网的形式存在，各成员企业之问无t 下 隶属关系，完全是一种富有弹性的伙伴关系，使得链中企业的资源能够共享，获 得优势互补的整体效益。网络的发展推动了虚拟组织的发展，推动了各个领域中 合作的了 ：展和众多虚拟组织的形成。 在这短短的十年问，已有许多企业利用虚拟组织在市场中获得了成功，如 d e i l 、a m a z o n 、c i s c o ，以及早期的i b m 、n i k e 和m o t o r o l a 。d e l l 以其虚拟集成的 组织方式使其在竞争激烈的i t q j ：业中个人电脑销售额连续三年第一；a m a z o n 是最 大最成功的网上图书销售公司，提供了一个虚拟图书销售场所；c i s c o 是近年来 第1 章绪论 崭露头角的网络公司，借助虚拟组织使其网上销售己达到1 8 亿。正如d e l l 的首 席执行官m j c h a e l d e l 所说：不借助于虚拟集成的策略，d e l l 不可能在短短1 3 年罩创造出资产j2 亿的公司。 有人预言，随着信息技术的发展、竞争的加剧和全球化市场的形成，没有- 家企k _ i - , j 以单枪匹马地面对全球竞争。因此，由常规组织过渡到虚拟组织阶段是 必然的，虚拟组织日益成为公司竞争战略的核心工具。虚拟组织有着广泛的的应 用前景，这种组织形式有着强大的生命力和适应性，它可以使企业准确有效地把 握住稍纵即逝的市场机会，赢得更多的利益和成功。 本文主要讨论第二种虚拟组织，即通过非契约关系共享资源和增值利润、用 绕项目而组成的企业间暂时状态的联盟。在拥有较充分信息的条件下，由些独 立企业( 制造商、分销商、供应商) 、科研机构或竞争对手出于某种战略考虑，以 各自相对具有的优势，本着自愿互利原则通过竞争招标或自由选择等方式组成某 种松散型的网络合作关系。 1 2 国内外研究现状及趋势 在一个虚拟组织中，地理位置分散的成员利用各种网络来支持产品的异地管 理，从这个角度来看，实施这些功能必须具有良好的通信基础设施。目前世界上有 许多国家在这方面已经取得成效，如美国的n i i i p 、欧共体的d i e c o m 、p r o d n e t 、 v e g a 和我国正在研制的c i m s n e t 。如何将分散的、异构的成员节点有效地组织起 来实现共享也是当今研究的一个热点网格技术。网格的目的是利用互联网把 分散在不同地理位置的电脑组织起来，实现计算、存储、数据、软件、知识、专 家等资源的全面共享以解决动态的、分布式的的虚拟组织所遇到的问题口j 。 这些都是建立虚拟组织的前提，而虚拟组织要成功运作还必须具备良好的内 功，如选择合适的合作伙伴、组织架构的设计、任务分解分配与协调等。本论文 将语义网络和主体技术引入以互联网为环境的虚拟组织中，为虚拟组织提供知识 描述和理解的基础和分布式协作的解决方案。 下面将阐述本文中所使用的相关技术的研究现状及其发展状况。 1 2 1 语义网络 语义网络f 2 7 】最早是由t i mb e r b e r s l e e 在1 9 9 8 年作为第二代网络的概念提出 第1 章绪论 来的。语义( s e m a n t i c ) 的意思是机器可处理的( m a c h in ep r o c e s s a b l e ) 。简单说 来，语义网就是机器可理解的信息，是数据网或全球性的数据库。语义网络是一 种有效的数据表示方式，遵循规范定义的数据能够进行机器的自动处理，n j 以代 替人类的手工操作，提高工作效率。图1 1 显示了语义网络的结构框架： 图1 1 语义网络的结构框架 r d f 层：利用x m l 语言的r d f r d fs c h e m a 描述了网络上的资源和资源的属性， 并且每一个资源都有一个u r i 来标识。 o n t o o g y 层：描述了资源之间或资源属性之间的关系。 l o g i c 层：在基于o n t o l o g y 层次的资源或资源间关系的描述的基础上，可以 进行一定的逻辑推理。 p r o o f 和t r u s t 层：在逻辑层之上，可以通过团体和团体之间的相互信任机制 来进行各种验证和信任处理。 b e r b e r s l e e 描述道，语义网致力于开发“以计算机可处理形式表示信息的 语言”。标记语言带来了一种构建文档的新方法，为文档提供了致性和可验证 性。同时标记语言不断改进以实现语义网络，标记语言的发展过程也是语义网络 的发展过程。h t m l 为第一代网络的标记语言，x m l 是第二代网络即语义网络的起 点，从r d f 、d a m l 一直发展到现在的o w l 。 i x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) x m l 的诞生源自h t m l 的局限性：h t m l 的元素标记和文档类型都是固定的，这 使得h t m l 不容易扩展；h t m l 的标记集基本上只是定义了数据的外部表现格式，而 不能体现数据的实际含义及其相互关系：h t m l 不能定义数据模型。 为了克服h t m l 语言的上述局限，因特网联盟w 3 c ( w o r i dw i d ew e bc o n s o r t i u m ) 设计t x m l 语言，它是基于s g m l ( s t a n d a r dg e n e r a l i z e dm a r k u pl a n g u a g e ) ，标 准通用标记语言的一种自描述语言，是一种元语言。元语言是一套可以用来定义 第1 章绪论 其它更专门性的表示语言的通用规则。x m i 具有很强的数据描述能力，可以描述 结构化和半结构化的数据。这些特性对于动态信息的发布非常重要，有利于分粕 式数据的处理，同时也是w e b 这_ 样的分布式计算环境所需要的数据表示方法。 x 札以普通的文本方式而不是以二迸制的数据格式，来描述任意复杂的结构， 由于每一种甲台上的程序都能够以某种方式处理文本，这使得x m l 实际上具有跨 平台的特性。x m l 文档具有自描述性，在于其标记的名字可以与文档所描述的现 实世界中所涉及的某项具体内容密切相关。在标记中，还允许有特定的属性。它 们为所描述的元素提供附加信息。同时，可以使用x m ls c h e m a ( 可扩展标记结构 语言) 自由定制标记和词汇符号，并在一定领域内共享它们，使其具有良好的可 扩展性。x m l 通过样式表x s l 的处理，可以支持各种数据显示方式，实现数据显示 与数据处理相分离。x m l 内置对u n i c o d e 这种国际的语言编码标准的支持，使其能 用世界上任何一种常用语言来编写x m l 文档 当今，很多w e b 服务的接口、请求、应答数据都是通过x m l 描述的，d a m l 、o w l 也是在x m l 基础上发展起来的。所以，x m l 构成了语义网络的基础。 x m l 和x m ls c h e m a 定义了数据的格式和语法，但并不能赋予数据以语义，即 数据的含义和各种数据之间的联系。资源描述框架r d f 是描述文档与其他资源之 间关系的一条途径，通过定义概念之间的关系使数据能够自我描述，这项标准建 立了“计算机可读( 懂) 数据”的环境。 r d f 资源描述框架( r e s o u r c ed e s c r i p t i o nf r a m e w o r k ) 也是一种用于描述元 数据的通用机制规范。r d f 提供了一种描述资源( r e s o u r c e ) 的模型。r d f 将任何可 由u r i ( u n i f o r mr e s o u r c ei d e n t i f i e r ) 唯一标识的对象定义为资源，与资源相关 的属性由属性类型所定义，属性类型则具有相应的属性值。r d f 中数据的基本单 位是三个一组，由主语( 资源标议符) 、谓语( 特性、属性或关系) 和宾语( 另 一个资源或文字数据) 组成。一个三元组中的每一个元素用一个u r l 表示。资源 和属性值通过属性类型相互联系。在r d f 中，属性值可以是元数据的类型( 如字符 串，数字等等) ，也可能是其他的资源，这些资源可以有其自己的属性。指向同 一资源的所有属性的集合称为对这个资源的一个描述( d e s c r i p t i o l l ) 。 r d f 的核 心就是建立了一种对资源及其属性的描述，这种描述是和特定领域无关的。 r d f 定义了一种简洁有效的描述资源的模式。为了存储这种模式生成的实例， 第1 章绪论 并可使这些实例是机器可读的，r d f 规定了x m l 作为其语法规则。这样同时保证了 r d f 对语义表达的一致性要求。在不同的领域之间消除语义表达的歧义是非常蘑 要的。有r 寸，同样的属性类型在不同的领域罩其所要表达的信息可能是有区别的。 为了防l e 这样的情况出现，r d f 利用x m l 命名域( n a m e s p a c e ) 机制定义了一套属性 类型作为标准。x m l 命名域通过确定明确的单词表示无歧义的表达语义。 与x m ls c h e m a 十h 同的作用，r d f s 定义了描述知识本体语义的元语集合，例如 “r d f s ：c l a s s ”“r d f ：p r o p e r t y ”。r d f s 关于知识概念的定义，除了语法信息 又包含了语义信息。应用程序可以通过r d f s 的定义来了解其语义，从而可以进行 基于语义的信息处理。r d f s 是一种通用的表达知谚 的手段，它本身的定义也是用 r d f s 来描述的，h p r d f s 是自描述的。 i i i d a m l + o j l 要让信息系统能够处理并懂得数据和它们之间的关系，就必须借助于本体 ( o n t o l o g y ) 来定义相关概念，统一用词，建立参照系统将有关的概念联系在一起。 逻辑推理、证明和信任这些最高层次的技术必须依赖于本体的建立。d a m l + o i l 是一种表达能力很强、描述本体的标记语言。 o i l ( o n t o l o g y jn t e r c h a n g el a n g u a g e ) 可以看成是对r d fs c h e m a 的一个扩 展，主要是为了构建一个逻辑层。使用r d f 的三元组的结构可以定义任何结构。 o i l 的目的是把基于框架的描述语言的优点和严格的具有逻辑表达能力的语高结 合起来。本体将在网络上具有举足轻重的作用，无论是数据处理还是知识共享。 d a m l + o i l 用更丰富的模型元语，扩展了x m l 和r d f 使用的表达能力有限的语义 标签，增加了关系描述和自明的规范，使得对象及对象关系的描述变得丰富和精 确。d a m l 具有很强的自治性，它的语句有明确的语义特征：通过一系列d a m l 语句， 能够达到某一结论性d a m l 语句。这种语言能够允许各个团体根据自己的需要扩展 底层的本体知识；同时达到对没有明确表达的语义推理的功能。 d a g l + o i l 是对以前的标记语言的一次重大的改进，它使人们在x n l l 语法级互 操作的基础上达到语义级互操作，方便了语义信息的获取、共享和重用，使信息 真l f 成为“机器可读”的。 1 v o w l ( w e bo n t o l o g yl a n g u a g e ) o w ld l 本体语言概述推荐标准由w 3 c 组织发表于2 0 0 4 年2 月，是语义网络发展 第l 章绪论 的最新技术的代表。o w l 本体语占通过提供更多具有形式语义的词汇，使之在w e b 内容的机器可理解性方面要强于x m l 、r d f 和r d fs c h e m a 等所能达到的程度。o w l 标准的核心是一整套对描述本体的语言的要求。这些要求体现出本体在方法上是 集知识模型构造、数据库技术、标记语言为一体的产物，它的具体内容包括：( 1 ) 每个本体本身是一个目标实体( d i s t i n c to b j e c t ) ，因而该语言必须提供独特的 标识，如u r i ( 统一资源标识) ；( 2 ) 本体中的每个词必须要有独特的u r i 来参照； ( 3 ) 该语言必须能够清楚无误地扩展当前的本体库，这个性能在通过再利用已经 定义的概念和特性来加入新概念时特别重要；( 4 ) 本体中概念的定义是由特定条 件和应用范围来决定的，所以对这些条件和范围必须有清晰明了的定义；( 5 ) 每 个本体必须伴有元数据来说明它的制作者，出版时间等；( 6 ) 提供版本信息；( 7 ) 概念定义基本单元要具有能够表达复杂概念定义的能力；( 8 ) 特性定义，包括特 性、领域、范畴限制、传递性及反向特性；( 9 ) 该语言要提供标准的数据类型； ( 1 0 ) 要能够表达同级类的等同关系和个别类的等同关系；( 1 1 ) 具有表达其它关于 概念的类型、复杂数据类型、最大值和最小值的限制的能力；( 1 2 ) 支持多语种的 字符标准如国际码( w 3 c ，2 0 0 1 ) 。 1 2 2 多主体技术 随着计算机网络、计算机通讯等技术的发展，对主体以及多主体系统的研究 已成为分布式人工智能的一个研究热点。一般认为，分布式人工智能分为分布式 问题求解( d p s ，d i s t r i b u t e dp r o b l e ms o l v i n g ) 和多主体系统( m a s ，m u l t i a g e n t s y s t e m ) 。在人工智能研究中，主体概念的回归不单单是因为人们认识到应该把 人工智能各个领域的研究成果集成及成为一个具有智能行为概念的“人”，更重 要的原因是人们认识到人类智能的本质是一种社会性的智能。在研究人类智能行 为的过程中发现：人类绝大部分的活动都涉及多个人构成的社会团体，大型复杂 问题的求解需要多个专业人员或组织协作完成。人最重要的和最多的智能是在有 众多个体构成的社会中进行各种活动时体现出来的。“协作”、“竞争”、“协商” 等是人中智能行为的主要表现形式。要对社会性的智能进行研究，构成社会的基 本构件“人”对应的“主体”理所当然地成为人工智能研究的基本对象，而“社 会”列应的“多主体系统”也成为人工智能研究的基本对缘。 1 9 9 2 年，c h a i b d r a a 等人从多主体系统的社会智能的角度指出应从如下三个 方向来进行研究1 4 j ：多主体组织、动态性和社会能力。目前对主体和多主体系统 6 第1 章绪论 的研究主要集中在以下几个方面：主体和多主体的理论、主体的体系结构和组织、 主体语言、主体之间的协作和协调、通信和交互技术、多主体学习以及多主体系 统应用等。 在多主体系统中，人们关心如何将已有主体组织起来，共同完成单个主体无 法胜任的工作。因此，一个多主体系统可以出如下几部分构成：多个已存在的辛 体；多主体间的联合意图，即多个主体联合参与 ? 动以完成共同承诺的行为；常 识，即主体间的公共知识；公共行为规范，规定了多主体在实现系统的联合意图 丑寸应该或将要采取的行动；主体赖以生存的环境，如与多主体进行交瓦的用户等。 上个世纪9 0 年代n 2 1 世纪初，国内外很多人工智能研究者纷纷投身该领域的 研究工作，相继开发了一批应用系统并用于实际工程，侈o o u l j u n b e r g 等人丌发完 成并在实际中应用的o a s i s 智能机场管理系统佯j ，由l u x ，s t e i n e r 开发的自动驾驶 控制系统 1 3 j ，j e n n i n g 开发的多主体工业协作系统在分布式电力管理领域取得良 好的效果 2 1 】。e t z i o n i 研究开发的基q ：i n t e r n e t 的智能信息检索系统【5 】，中科院 计算技术研究所开发的全景电子商务平台等【1 ”。 综上所述，主体和多主体是一个具有广泛参与面、生机勃勃的研究领域。已 经有几个国际会议专门面向主体理论和多主体系统，例如：国际多主体会议 i c m a s ( i n t e r n a t i o n a lc o n f e r e n c eo nm u l t i a g e n ts y s t e m ) 、亚太地区多主体国 际会议p r i m a ( p a c i f j cr i mi n t e r n a t i o n a lw o r k s h o po dm u l t j a g e n ts y s t e m s ) 、 中东欧多主体国际会议m e e 姒s ( m i d d l ea n de a s t e r ne u r o p ei n t e r n a t i o n a 1 3 本课题的研究意义及目的 它们为主体技术的发展起到了巨大的推 自上个世纪九十年代以来，虚拟组织受到来自不同领域不同学科的关注，也 成为人工智能关注的焦点之一。人工智能领域的前沿技术不断被应用到虚拟组织 的分布式环境中，并且从这些研究中又激发了无数新的理论和技术的出现，例如 网格技术的出现，极大地推动了虚拟组织的发展和应用。 社会经济的迅速发展和专业分工的加剧使企业决策所涉及的专业领域的广 度和深度都大大增加，导致生产管理的复杂性和难度明显加大。虚拟组织通过非 契约关系共享资源，围绕项目而组成的企业间暂时状态的联盟，可以有效利用资 吼 曲鸭 。 撕黼动 第1 章绪论 源，带给企业更多的利润，带给人们生活更多的方便。虚拟组织的实现不仅依赖 于经济学管理学的指导、底层计算机通讯网络的支持，更多的是中间层组织和高 层协作的实现。 语义网络的发展日趋成熟，标记语言被赋予了更多的语义和自明的规范，距 离“机器可理解的”目标越来越近。将语义网络的研究成果引入虚拟组织，为组 织成员搭建了统一的知识平台，机器能够准确地理解人类及其他机器的意图，奠 定了交流和合作的基础，同时也可以减少人类的参与，让机器自主地完成更多的 决策和任务。 目前理论界做了大量研究，而以多主体为基础的虚拟组织方面的研究仍处于 基础阶段，本文在这一领域作了进一步的探索。确定环境下，主体的心智模型可 以用主体语言描述，并进行基于符号的推理，而在虚拟组织这种动态大系统中， 则难以用符号逻辑形式来模式化地描述信念，因此本文提出用神经网络建立信念 模型，以完成动态系统的反复组织。同时，引入语义网络完成虚拟组织中概念的 描述和动态规划的基础建立，以支持个体间的沟通和合作，开拓了语义网络在动 态组织方面的研究。目前的组织模式中，较高智能的决策任务主要由人类决定， 任务分解分配的工作几乎完全由人完成，本文提出一种建立在下一代互联网一 语义网络平台上的自动任务分配方法，以支持基于多主体技术的动态结盟，实现 计算机支持的虚拟组织，提高目前组织的智能水平。 1 4 本文工作 本文以一个项目开发的团队组织为实例，研究了语义网络环境下虚拟组织中 最优角色匹配所涉及的理论与技术，并用d f i m l + o i l 和j a v a 语言，在a g e n t b u i l d e r l b j 主体开发平台上实现了相关技术，完成了虚拟组织中的角色自动匹配过程。 本文分析了虚拟组织中“角色”的概念、功能和结构，并将主体技术应用到 角色中。详细讨论了虚拟组织中的主体结构、主体通讯和主体运行等问题，并详 述了在a g e n t b u i l d e r 平台上构造整个虚拟组织的实现步骤。 在以互联网为环境的虚拟组织中引入语义网络技术，用d a m l - o i l 语言捕述本 体，为社会中的主体提供相同的知识描述背景。定义了基于广告的特征向量和语 义距离，将图形化的语义描述转化为对应的数值化向量描述，并在j d o m 的基础上， 编写了由d a m l 描述文件自动生成特征向量的解析程序。将虚拟组织中分配任务、 第1 章绪论 寻找合作者的行为，转化为任务特征向量和能力特征向量的匹配过程，为信息处 理中一些成熟的优化、识别技术提供了应用基础。 详述了以f u z z ya r t 网络构建主体的心智模型的方法和实现细书，完成了选 择最佳合作者、工作质量评价、主体能力更新的过程，使主体在动念环境中具有 了自适应能力、竞争能力、自组织能力和聚类能力。 本文定义了虚拟组织中分解任务的指标，借鉴动态规划的思想，提出了针对 总体任务的通过对整个社会两次动态扫描实现最佳角色匹配的方案，同时讨论了 主体间如何针对总体目标的协商协作。 本文进行了大量相关内容的的实验，实验结果说明了本文所提方法的有效 性，采用语义网络描述的虚拟组织，能够自动分解分配任务，根据a r t , l 智模型 自动适应环境变化，找到最合适的角色完成组纵任务，使虚拟组织可以表现出一 些人类社会才具有的诸多特征，如：适应性、竞争性、学习能力等。 第2 章虚拟组织中的角色和主体 2 1 角色 第2 章虚拟组织中的角色和主体 随着i n t e r n e t 技术的发展及协作生产需求的增加，虚拟组织需要将分散的工 作团队组织到一起以完成在整个产品生产周期中的协作。不同的团队有各自的本 地信息，并使用通常在地理上分散的、相互独立的工具来完成各自的任务。面向 角色的分布式管理结构【2 0 j 可以给予虚拟组织更多的适应性和互操作性。 虚拟组织中的角色可以是包含在生产管理、制造和客户服务环节中的任一简 单要素。通常，角色是任务相关的，例如驱动电路的设计师、邮件管理的程序、 甚至是生产中的一个位置传感器。这样每个角色的本地知识和关系的复杂性简化 了很多，构建一个特定角色的组织也更容易，因为每个角色可以清楚地知道自己 的信息和自己可以提供给别人的服务，而无需把握整个世界的所有信息。可以适 当地构建信息和服务模块，并引入具有心智模型和通讯能力的智能主体，赋予角 色智能、自治的特性，完成其在虚拟组织中的任务。 一个角色的结构如图2 1 所示。每个 角色都包含本地知识模块，作为在社会中 提供本地服务的依据。本地知识可以由配 置信息和服务接口获得。配置信息定义了 一个角色具有的本地知识的种类，并记录 了主体配置信息和社会配置信息，提供了 和其他角色合作协调的接口。服务接口连 配置信息 7 主体配置 主体 服务接口心智模型 通信蹲 本地知识 。 接口 主体操作 幽2 1 角色 接了配置信息和本地知识模块，由事件驱动提供服务给其他角色。主体配置记录 了主体自身i p 、端口等信息，并负责合作过程的建立、配置、分解。主体操作实 现服务接口定义好的服务。心智模型定义了主体的信念( b e l i e f ) 和承诺 ( c o m m j t m e n t ) ，对主体如何行动提供了解释。通讯接口是角色间信息交互、合作 的接口。有关主体的部分将在后文中详细介绍。 0 第2 章虚拟组织中的角色和主体 虚拟组织中的每个角色都可以承担两种不同的任务：作为某一子社会中的 服务提供者和作为另一子社会中的服务需求者，从而沟通不同的子社会并实现 虚拟企业的延伸。作为服务提供者，角色在社会中描述并广播自己的能力，使 自己被其他正在寻找合作伙伴的角色发现；作为服务需求者，角色能将任务分 解为一系列子任务，根据自己关于社会的信念模型找到胜任的合作者。如图2 2 所示，彼次不相同的却由角色相连而重叠的社会，被称之为“子社会”。在虚拟 组织的社会中，一个角色为其他角色提供本地服务，同时每个角色连接了不同 的子社会形成一个大社会。这样，在合作期间虚拟组织的联盟由一系列的子社 会组成，例如图2 2 中决策层、管理层，一直到技术层、作业层，甚至可以继 续延伸下去。在每个子社会 都有许多角色，他们有相同 或相近的职能，可以提供同 决策崖 一层次的服务，例如管理层 子社会中的角色，都具有管 理能力或经验，可以带领一 定的团队完成任务；作业层 子社会中的角色，都是很好 的执行者，可以实现某个具 体的任务或服务。 2 2 智能主体系统介绍 营理窿 技术联 作韭盛 图2 2 虚拟组织的社会结构 2 2 1 主体的概念 一种定义人工智能的方法是：“人工智能是计算机科学的一个分支，它的目 标是构造能表现出一定的智能行为的主体( a g e n t ) 。”可见，主体“既是人工智能 最初的目标，也是人工智能最终的目标” 。主体技术提供了一种新的计算和问 题求解范型。 主体又称为智能主体。一般认为，主体是一种处于一定环境下包装的计算机 系统，为了实现设计目的，它能在复杂动态环境下灵活地、自主地活动”。著名 学者h e w i t t 曾指出：在面向主体计算领域回答“什么是主体”这一问题，就像在 第2 章虚拟组织中的角色和主体 人工智能领域回答“什么是智能”一样令人困惑和为难。虽然主体被广泛地使用 在相关领域中，却很难找到一个大家都能接受的定义。目前主体研究领域争论 和探讨的热点问题之一，也是主体研究者和应用者最为关心的问题是“究竟什么 是主体，它有哪些特性”。很多著名学者对此阐述了自己的对主体定义的观点： “智能主体持续地执行3 项功能：感知环境中的动态条件：执行动作影响环 境条件；进行推理以理解感知信息，求解问题，产生推断和决定动作”。著名人 工智能学者、美国斯坦福大学的h a t e s t o t h 坚持认为，主体应在动作选择过程中 进行推理和规划”“。 “自治或自主主体是指那些存在于复杂动态环境中，自治地感知环境中信 息，自主采取行动，并实现一系列预先设定的目标或任务的计算机系统。”主体 研究的先驱者之，美国的m a e s h 在其定义中增加了“自主自治性”，现在这一 项被公认是，主体理论中居核心地位的关键要素。 “主体是一个具有下述性质的基于硬件或( 更经常) 基于软件的计算机系统： 自主性，社会能力，反应性，能动性等”。这是著名主体理论研究者、英国的 w o o l d r i d g e 博：t z 年n j e n n i n g s 教授给出的主体定义【l ”。该定义允许在更宽泛的环境 中设计主体，而月明确提出主体的社会性，增加了通信要求。 w o o l d r i g e 和j e n n i n g s 在总结了前人在主体领域的一些工作后认为，可以从狭 义和，“义两个方面去理解主体的特性i i “。 主体弱概念 这是从广义的角度来规定主体的特性。几乎所有被称为主体的软件或硬件系 统都具有以下的特性： 自治性( a u t o n o m y ) ，主体运行时不直接由人或者其它东西控制，它对它们自 己的行为和内部状态有一定的控制权。 社会能力( s o c i a la b i l i t y ) 或通信性( c o m m u n i c a b i l i t y ) ，主体能够通过某种主体 通信语言- ( a g e n t c o m m u n i c a t i o nl a n g u a g e ) 与其它主体进行信息交换。 反应能力( r e a c t i v i t y ) ，即对环境的感知和影响。无论主体生存在现实的世界 中( 如机器人、i n t e m e t 上的通讯主体、用户界面主体等) 还是虚拟的世界中( 如虚拟 商场中的主体、交互式游戏中的主体等) ，它们都应该可以感知他们所处的环境， 并通过行为改变环境。一个不能对环境做出影响的物体不能被称为主体。 自发行为( p r o a c t i v e n e s s ) ，传统的应用程序是被动地由用户来运行的而且机 械地完成用户的指令：而主体的行为应该是主动的，或者说自发的。主体感知周 第2 章虚拟组织中的角色雨l 主体 围环境的变化，并做出基于目标的行为。 在这种定义下，最简单的主体就是具有上述特性的一个计算机进程，这个进 程可以简单到只是个具有某种智能的子程序，能够与别的主体交换消息。m a r v i n m i n s k y 从多主体系统的社会智能的角度给出主体的一个定义：“这些进程我们称 之为主体，每个主体本身只会做一些简单的事情，但当我们用特定方法将这些主 体组成一个主体群( s o c i e t y ) 时，就产生了真正的智能1 1 7 】。这也是- - t e e 广义定义。 主体强概念 对某些研究者，尤其是人工智能研究者来说，主体除了应具有上面这些特性 以外，还应该具有某些通常人类的特性。例如知识、信念、意图、承诺等心智状 态。有的学者甚至提出了有情感的主体。 当前对强概念主体的研究主要集中在理论方面。例如，s o h a m 提出的丽向主 体编程( a g e n t o r i e n t e dp r o g r a m m i n g ) 使用了强概念主体定义：“一个主体是这 样一个实体，它的状态可以看作是由信念、选择、承诺等心智构件组成【i 8 ”】。 2 2 2 主体的属性 主体的最基本的特性包括：反应性、自治性、面向目标性和针对环境性。每 个主体都应该具备这4 条基本特性，然后再根据其应用情