（计算机应用技术专业论文）基于agent的网络教学系统设计与实现.pdf

摘要 针对目前网络教学系统存在的缺陷，论文提出了一种基于a g e n t 技术的网络教学系统。该系统以建构主义为理论基础，结合多a g e n t 技术和移动a g e n t 技术，克服了当前网络教学系统个性化、智能化程 度低的缺点。 论文介绍了系统的总体结构，分析了各静态a g e n t 的功能和结 构，从分类、迁移路由、移动行为三个方面阐述了移动a g e n t 的设计 思想。针对现有学生模型侧重反映学生知识能力和学习历史而对多级 认知能力反映不足的缺点，构造了一个能够反映认知能力的学生模 型，提出了评估认知能力、记录学习进度、估算学习偏好的方法。在 知识表示方法上，为了对学科内容提供全局的认识，采用树结构来组 织知识点；通过对知识点属性赋值建立知识点之间的语义联系，为有 效控制教学序列提供依据。提出了基于错误诊断的强化学习策略，通 过分析测试答案找出学生的知识缺陷，结合知识表示模型，推导出需 要加强的合理学习路径，达到能对学生进行有针对性的强化教学的目 的。 基于a g e n t 的网络教学系统分析学生的学习情况，动态构建学生 模型，并根据学生的个性化特征制定和调整相应的教学策略，为学生 提供个性化的教学指导，增强了系统的智能化、个性化程度；采用移 动a g e n t 技术实现a g e n t 之间的通信，提高了用户与系统的交互性。 关键词移动a g e n t ，学生模型，知识表示，强化学习路径 a b s t r a c t a i m i n g a tt h ef l a w so f t h ec u r r e n tn e t w o r kt e a c h i n gs y s t e m s ak i n d o f n e t w o r kt e a c h i n gs y s t e mb a s e do nt h ea g e n tt e c h n o l o g yi sp r o p o s e d t h i ss y s t e mi sb a s e do nt h ec o n s t r u c t i v i s mt h e o r y , a n da p p l i e st h em u l t i - a g e n tt e c h n o l o g y a n dt h em o b i l e - a g e n tt e c h n o l o g y i to v e r c o m e st h e s h o r t c o m i n go f t h ec u r r e n tn e t w o r kt e a c h i n gs y s t e m sw h o s ep e r s o n a l i t y a n di n t e l l i g e n c ed e g r e ei sl o w t h ew h o l es t r u c t u r eo ft h i ss y s t e mi si n t r o d u c e d t h ef u n c t i o na n d s t r u c t u r eo fe a c hs t a t i ca g e n ti sa n a l y z e d t h ed e s i g ni d e ao fm o b i l e - a g e n ti se x p o u n d e df r o mt h r e ea s p e c t so fc a t e g o r i e s ，t r a n s f e r r i n gr o u t e a n dm o v i n gb e h a v i o r a i m i n ga tt h es h o r t c o m i n go ft h ee x i s t i n gs t u d e n t m o d e l s ，w h i c hs t r e s sr e f l e c t i n gs t u d e n tk n o w l e d g ea b i l i t ya n ds t u d y h i s t o r y , b u tl a c k sr e f l e c t i n gm u l t i - l e v e lc o g n i t i v ea b i l i t y , as t u d e n tm o d e l t h a tc a nr e f l e c tc o g n i t i v ea b i l i t yi sc o n s t r u c t e d t h em e t h o do f e v a l u a t i n g c o g n i t i v ea b i l i t y , r e c o r d i n gs t u d yp r o g r e s sa n dc o m p u t i n gs t u d yi n t e r e s ti s p r o p o s e d i na s p e c to fk n o w l e d g ee x p r e s s i o n ，i no r d e r t oo f f e rt h eo v e r a l l v i e w o fd i s c i p l i n ec o n t e n tt h et r e es t r u c t u r ei su s e dt o o r g a n i z e k n o w l e d g en o d e s b ys e t t i n gs o m ek n o w l e d g en o d ea t t r i b u t et h es e m a n t i c r e l a t i o nb e t w e e nk n o w l e d g en o d e si se s t a b l i s h e dt oo f f e rt h eb a s i st o c o n t r o lt e a c h i n gs e q u e n c ee f f e c t i v e l y as t r e n g t h e n e ds t u d ys t r a t e g yb a s e d o nf a u l td i a g n o s i si sp r o p o s e d t e s tr e s u l t sa l ea n a l y z e dt of i n ds t u d e n t s k n o w l e d g ef l a w s ，a n da c c o r d i n gt ot h ek n o w l e d g ee x p r e s s i o nm o d e la p r o p e rs t u d yp a t hn e e d e dt ob es t r e n g t h e n e di sd e d u c e dt oa c h i e v et h e g o a lt op r o v i d ep e r t i n e n ts t r e n g t h e n e dt e a c h i n gf o rs t u d e n t s t h i ss y s t e ma n a l y z e ss t u d e n t s s t u d ys i t u a t i o n ，c o n s t r u c t sd y n a m i c l y s t u d e n tm o d e l ，a n da d j u s t st e a c h i n gs t r a t e g i e sa c c o r d i n gt os t u d e n tm o d e l 8 0 弱t op r o v i d ep e r s o n a l i z e dt e a c h i n gt u t o r i n gf o rs t u d e n t s t h e r e f o r e ， t h ep e r s o n a l i t ya n di n t e l l i g e n c ed e g r e ei ss t r e n g t h e n e d b ya p p l y i n gt h e m o b i l e - a g e n tt e c h n o l o g yt oa c c o m p l i s hc o m m u n i c a t i o nb e t w e e na g e n t s ， c o m m u n i c a t i o nd e g r e eb e t w e e nu s e r sa n ds y s t e mi se n h a n c e d k e yw o r d s m o b i l e - a g e n t ，s t u d e n tm o d e l ，k n o w l e d g ee x p r e s s i o n ， s t r e n g t h e n e ds t u d yp a t h i i i 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名；j 筵邀日期：衅月m 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位 论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论 文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签名：鲰导师签名： 日期： l 年工月堑日 硕士学位论文 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 近年来，随着网络技术的日趋成熟，网络教学逐渐成为人们研究的热点，世 界各国都在积极地对网上教学平台进行研究和开发“ 2 1 现代网络教学以大量的 数字化教学资源为支撑，通过“学生一计算机”之问的交互活动达到教学目的。 突破了传统教育的时空限制，解决了异地教育的问题，体现了不可比拟的优越性。 现代教育理论强调，教师的主要任务是导学，即指导学生自主学习然而就目前 而论，大多数网络教学系统仍然存在着许多弊端州，概括起来大致如下： ( 1 ) 缺乏先进的学习理论的指导。多数系统仍然以行为主义的刺激一反应理 论为指导，系统的设计遵循“呈现学习材料一学生反应信息反馈”的方式，学 习效果不是很理想。 ( 2 ) 系统缺乏一定的智能性。对不同认知水平的学生和不同的教学内容采用 相同的教学策略，难以实现因材旌教。 ( 3 ) 现有的系统多以呈现材料为主，缺乏有效的交互手段。系统呈现文字材 料、图片、视音频素材，配合一定的测试，学生基本上还是以被动的接受知识为 主，以通过系统最后的测试为知识掌握的标志。 ( 4 ) 由于采用超文本的方法组织教学材料，且由学生掌握学习的主动权，在 学习的过程中容易出现迷航现象且存在一定的认知困难，学生容易偏离学习目 标。 ( 5 ) 学生学习过程中缺乏协同性和及时有效的支持。学习活动本身就是依据 一定的情景进行的，必须提供同他人协同处理问题的机制，提供及时的支持。 现在的网络教学系统之所以存在这么多问题，究其原因主要有两点： ( 1 ) 技术方面：由于基于w 聊的课件使用方式和运行环境的特殊性，传统的 智能课件开发方式不太适合于开发网上的智能型课件，必须采用新的技术和方 法。随着分布式人工智能研究的深入而发展起来的智能代理技术则是解决网上软 件智能性的有效方法。代理( a g e n t ) 技术提供了一种网络智能程序设计的方法， 多代理( m u l t i - a g e n t ) 系统则放松了对集中式、规划、顺序控制的限制，提供 了分散控制和并行处理”“”。因此，网络教学系统多用户和并发访问的特点很适 合于用多代理技术解决。 ( 2 ) 理论方面：网络教育应用系统的设计没有先进的认知理论作指导。多数 课件仍以行为主义的刺激反应理论为指导，课件的设计仍然遵循“呈现学习材料 一学生反应一信息反馈”的模式，甚至只有呈现学习材料一个步骤，学习效果很差。 硕士学位论文 第一章绪论 近年来，随着心理学界对认知理论研究的逐渐深入，其主要分支建构主义的学习 理论和教学理论逐渐流行，并愈来愈显示出强大的生命力。由于i n t e r n e t 的网 络环境和多媒体技术所具有的多种特性特别适合予实现建构主义的学习环境，所 以随着i n t e r n e t 网络教育应用的发展，建构主义理论逐渐成为网络教育应用系 统的坚实理论基础。 1 2 国内外研究现状 国外在智能代理方面的研究“2 ”1 要比国内成熟得多，并且已经有投入到实际 应用的模型和系统。m i c r o s o f ta g e n t 是大家最熟悉的一种口1 1 ，它最早出现在 o f f i c e 9 5 中，主要用于o f f i c e 的帮助，微软称之为“o f f i c e 助手”，1 9 9 7 年微 软推出a g e n t l 5 版，从界面上彻底脱离了o f f i c e 9 5 中代理现实的窗口限制，变 得非常形象生动，语音合成、语音识别等技术也应用到a g e n t 中来。这样a g e n t 就转变为会说能听的智能界面。 比较著名的教学代理系统还有美国u s c 信息科学所高级技术研究中心开发 的两个教学代理：s t e v e 嘲和a d e l e 以及n o r t hc a r o l i n a 州立大学多媒体实验 室开发的两个代理：h e r m a nt h eb u g 和c o s m o ”1 。下面介绍国外教学代理 ( p e d a g o g i c a la g e n t ) 研究的一些实例。 1 e v a n d r o 和p e r k u s i c 的多代理学习环境模型 e v a n d r o 和p e r k u s i c 在文献 2 6 中提出了一个多代理学习环境模型，如图 卜1 所示。 l 墨里堡竺卜圆圆 卜砷 陬甄司 图卜1 多代理学习环境模型 该模型定义了代理的结构以及代理之间的通信协议，对代理之间的交互过程 进行了描述。该模型中代理之间的交互过程：首先，一个代理试图解决一个问题， 当它能够独立解决时，就独立解决，否则通过代理的社会机构，即教学代理自身 的社会模型选择一个或多个能够解决任务的代理。一旦这个选择完成，代理之间 开始一个合作协议。模型还定义了代理之间进行交互时的语法。 该模型详细定义了独立的教学代理，为独立的教学代理赋予了很强的功能和 复杂的结构。但是，这种定义的复杂性为系统的实现带来难以预料的困难。作者 试图将单个教学代理设计成既能胜任教学工作，有教学知识的教师，又有很强社 2 硕士学位论文 第一章绪论 会能力的外交家，每一个教学代理都处于平等的地位。这种设计不可避免的带来 系统的复杂性。 2 蒙特利尔大学c l a u d ef r a s s o n 等人的“行动者”模型 c l a u d ef r a s s o n 在文献 2 7 中提出了一种“行动者”( a c t o r ) 的教学代理 模型，并赋予“行动者”以反应、指导、适应和认知能力系统由多个“行动者” 组成，利用“行动者”来实现教学策略以及测定哪种策略更适合于某个特定的学 生 “行动者”包括两个层次：知识层，它包括各种教学知识类型的表现；认知 层，支持“行动者”的学习能力，即自我增进能力另外内部视域和外部视域分 别用于感知“行动者”的自身内部状态和外部环境。知识层包括三个模块：理解、 行动和控制。理解模块识别“行动者”能介入的典型情况。它的作用是探测介入 的机会。行动模型包括在特定情况下被激发的反应活动。控制模块是根据情况分 析作出决定认知层主要由支持“行动者”自我学习能力的认知任务构成。它结 合机器学习技术，从对学生不同情况下行为的分析获得更多的经验。 该模型采用混合型代理体系结构，支持推理和反应两种行为模式，模型的最 大优点是其开放性，通过策略编辑器来扩充系统的策略。由予作者试图将该模型 设计成一个通用的模型，因而使得模型的设计忽视了不同种类专业知识的特殊 性，不同的专业知识要求采用相应的教学策略。该系统对“行动者”之间的通信 以及交互没有给出定义，这也是该模型的缺陷，由于模型中各模块耦合太紧，很 难定义模块之间的通讯协议。 3 j e a n - f r a n c o i sm o r i n 等人的教学a g e n t 模型 j e a n - f r a n c o i sm o r i n 在文献 2 8 中对问题解决领域中的智能导师系统提出 了一种面向代理的模型。该文的基本思想是：在问题解决领域，只是可以分为领 域知识和问题解决知识，而学生的学习可以分为学习新知识和验证旧知识。根据 知识和学习的不同类型可以将教学知识分为四类，即四种不同的教学策略。即为 了实现教学过程中策略的调整采用代理技术，每一种教学策略由一个代理模块实 现。该文还讨论了代理之间的交互种类。 表i - 1 教学知识分类 n 生目标 学习新知识验证旧知识 知识类壶 域陈述模式：学生向系统询问一域评估模型：系统提醒学生增进域元 领域知识 些领域理论性元素，系统通过传素，学生表达他对该元素的理解。 送要求的信息或知识反应。 示范模式：学生要求系统解决一 练习模型：系统提示学生解决一个实 问题解决知识 个实际问题或当他解决这类问际问题，学生一步步解决，显示他对 题时给出一个解决步骤。相关域知识和问题解决知识的理解。 3 硕士学位论文第一章绪论 该文并没有提出一个完整的代理模型以及系统的体系结构，只是提出了一种 思想，即将教学策略模型化为教学代理。系统对代理的设计和实现没有涉及到。 4 国内研究现状 国内对于智能代理的研究比较早，并且提出了自己的理论”蚓。有人提出通 过a g e n t 之间的协作帮助学生完成共同的学习任务，学生可以委托自己的学生 a g e n t 替他寻找最佳的合作伙伴，被请求的学生a g e n t 会考虑自身的时间状况、 资源状况、双方的友好程度以及双方的心智状态和情感状态等来决定是否接受协 作请求；有人提出将a g e n t 应用于用户兴趣建模，用户行为采集a g e n t 负责收 集用户请求，跟踪用户的行为，并将采集的数据传送到用户信息数据库，兴趣分 析a g e n t 则根据这些原始数据结合用户兴趣数据库采用b p 神经网络算法进行个 性分析，以此作为系统完成个性化教学的依据；还有人提出一种在i n t e r n e t 上 学生a g e n t 搜索教师a g e n t 的高效搜索算法“”，老师和学生都有自己的网上代理， 学生a g e n t 以教师a g e n t 的可信度作为估价函数采用启发式搜索算法搜索合适的 教师a g e n t 。 1 3 本文研究内容 本文针对现有网络教学系统在软件方面存在的弱点，汲取其原有的优点，结 合多a g e n t 技术和移动a g e n t 技术，设计了一个基于a g e n t 的网络教学系统。与 传统网络教学系统相比，该系统更侧重考虑每个学生的个别情况，针对不同的学 生提供不同的教学指导，真正实现因材施教。 本文主要进行了以下几方面的研究： 1 系统设计 将系统划分为三层模型，即用户层、中间通信层和服务层；详细分析了用户 层和服务层各个静态a g e n t 的功能和结构设计；中间通信层采用移动代理技术实 现用户层与服务层的a g e n t 之间的通信，从分类、迁移路由、移动行为三方面阐 述了移动a g e n t 的设计思想。 2 知识表示模型的研究 对知识点的分类和知识点之间的关系进行了研究，并在此基础上构建了反映 知识点之间组织关系的专业知识树，同时通过对知识点属性的赋值建立知识点之 间的依赖关系。 3 智能教学策略的研究 通过专业知识树、教学知识树、学生知识树的动态映射实现知识的动态调度 和教学规划。根据学生模型中学生的个性化特征信息，结合系统知识表示模型， 4 硕士学位论文第一章绪论 推导出适合于学生的教学序列。提出基于错误诊断的强化学习策略，针对学生的 知识缺陷进行强化教学 4 学生建模的研究 在对目前常见学生模型研究的基础上，构造了一个能够反映认知能力的学生 模型，并从学习进度的描述，认知能力的评估、学习偏好的估算三个方面详细阐 述了该模型实现的方法。 1 4 本文的主要贡献及组织结构 i 论文主要贡献 ( 1 ) 构造了一个能够反映认知能力的学生模型。针对目前学生模型存在的缺 点，即侧重于反映学生的知识能力和学习历史，而对多级的认知能力反映不足， 本文构造了一个能够反映认知能力的学生模型，通过对测试结果的分析来评估学 生的多级认知能力和总体学习能力。对学习偏好的估算，结合采用了三种方法， 即显式询问用户的兴趣，跟踪用户兴趣的变化，通过学习效果的好坏判断适合于 用户的兴趣倾向，这样既考虑了用户自身的感受，又具有一定的指导功能。 ( 2 ) 提出基于错误诊断的强化学习策略。系统通过对测试答案的错误分析， 找出学生没有掌握的知识点集合，在满足知识点之间依赖关系的前提下，推导出 需要加强的知识点学习路径，并以此作为指导学生进一步学习的依据，对学生进 行有针对性地强化训练。 ( 3 ) 采用移动a g e n t 技术实现a g e n t 之间的通信，提高了系统的交互性。移 动a g e n t 携带用户请求动态地移动到服务器端执行，无需经过网络传输这一中间 环节而直接同服务源进行交互，对网络的依赖性更小；允许网络连接中断，克服 了网络延迟，减少了网络占用时间，提高了网络的利用率；能够快速地响应用户 的交互请求，实现了真正意义上的学习的及时性和交互性。 2 论文组织结构 全文共分为六章，各章的内容如下： 第一章绪论。介绍了智能教学系统的研究背景、国内外研究现状、本文的 研究内容及主要工作。 第二章相关理论与技术。对建构主义的学习理论和教学理论、a g e n t 技术、 多a g e n t 技术以及移动a g e n t 技术进行了分析研究。 第三章基于a g e n t 的网络教学系统设计。构造了一个基于a g e n t 的网络教 学系统模型，描述了系统总体结构和学习流程；设计了客户端和服务器端各 a g e n t 的功能和结构，包括教师a g e n t 、学生a g e n t 、管理a g e n t 、分析a g e n t 、 教学a g e n t 和考试a g e n t ；采用移动a g e n t 实现a g e n t 之间的通信，分析了移动 5 硕士学位论文第一章绪论 a g e n t 的种类、迁移路由和移动行为。 第四章个性化策略研究。在对常见学生模型研究的基础上，给出了一个基 于认知理论的学生模型，并详细分析了学生模型是如何记录学习进度、评估认知 能力和估算学习偏好的；分析了通过知识树的映射实现教学策略的过程；给出了 基于错误诊断推导出强化学习路径的方法；给出了知识表示模型的构建方法。 第五章系统的实现。在研究a g l e t 开发平台的基础上实现一个系统原型， 包括数据库的设计和管理a g e n t 、分析a g e n t 、考试a g e n t 和移动a g e n t 的实现。 第六章总结和展望对本文所做的工作进行总结，指出了工作中的长处和 不足，并对下一步要做的工作进行探讨。 6 硕士学位论文 第二章相关理论和技术 2 1 建构主义理论 第二章相关理论和技术 近年来，随着心理学界对认知学习理论研究的逐渐深入，其重要分支建构主 义的学习理论和教学理论逐渐流行起来，并愈来愈显示出强大的生命力由于 i n t e r n e t 的网络环境和多媒体技术所具有的多种特性特别适合于实现建构主义 的学习环境，所以随着网络教育应用的发展，建构主义理论逐渐成为网络教育应 用系统的坚实理论基础 2 1 1 建构主义的基本观点 建构主义心理学家皮亚杰认为，个体是在与周围环境相互作用的过程中，逐 步建构起来关于外部世界的知识，从而使自身认知结构得到发展。个体与环境的 相互作用涉及两个基本过程：“同化”与“顺应”。同化是个体把外界刺激整合 到自己的认知结构( 也称“图式”) 内的过程；顺应是在外部环境的变化不能被 已有的认知结构同化时所引起的个体认知结构发生改变的过程。认知个体就是通 过同化与顺应这两种形式来达到与周围环境的平衡。当认知个体能用现有的图式 去同化新信息时，它是处于一种平衡的认知状态，当现有图式不能同化新信息时， 平衡即被破坏，而修改或创造新图式的过程就是寻找新的平衡的的过程。个体的 认知结构就是通过同化与顺应过程逐步建构起来，并在“平衡 新的平衡” 的无限循环中得到不断的丰富、提高和发展，这就是建构主义的基本观点。 2 1 2 建构主义的主要理论 建构主义理论主要包括学习理论和教学理论两部分。 1 建构主义的学习理论 建构主义学习理论的基本内容可从“学习的含义”( 即关于“什么是学习”) 与“学习的方法”( 即关于“如何进行学习”) 这两个方面进行说明。 ( 1 ) 关于学习的含义“”：建构主义认为，知识不是通过教师传授的得到的， 而是学生在一定的情景即社会文化背景下，借助学生获取知识的过程中其他人 ( 包括教师和学习伙伴) 的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而 获得。由于学习是在一定的情景即社会文化背景下，借助其他人的帮助即通过人 际间的协作活动而实现的意义建构过程，因此建构主义学习理论认为“情境”、 7 硕士学位论文第二章相关理论和技术 “协作”、“会话”和“意义建构”是学习环境中的四大要素或四大属性。 ( 2 ) 关于学习的方法：建构主义提倡在教师指导下、以学生为中心的学习， 也就是说，既要强调学生的认知主体作用，又不忽视教师的指导作用，教师是意 义建构的帮助者、促进者，而不是知识的传授者与灌输者。学生是信息加工的主 体、是意义的主动建构者，而不是外部刺激的被动接受者和被灌输的对象。 2 。建构主义的教学理论m 1 建构主义认为，在教学过程中，教师要成为学生建构意义的帮助者，就要从 以下几个方面发挥指导作用： ( 1 ) 激发学生的学习兴趣，帮助学生形成学习危机； ( 2 ) 通过创设符合教学内容的情景，帮助学生形成新旧知识之间的联系以有 助于对新知识的意义建构； ( 3 ) 组织学生之间的协作式学习，控制学生之间的讨论，将学生对知识的理 解引向深入； ( 4 ) 要启发引导学生自己发现规律、自己去纠正错误和补充方面的认识； ( 5 ) 将控制调度学习过程的职能逐步地、精心地移交给学生自己，以利于培 养和提高学生的元认知技能。 2 2 a g e n t 技术 近几年来对a g e n t 技术以及m u l t i a g e n t 技术的研究已成为分布式人工智能 ( d a i ) 研究的一个热点，一些文献称a g e n t 技术是软件领域里一个意义深远的 突破。基于智能代理的思想，人们提出了一种新的人工智能定义“钉：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智能行为的代理。美国 s t a n f o r d 大学计算机科学系的h a y s r o t h 在i j c a i 9 5 特邀报告中谈到：“智能 的计算机代理既是人工智能最初的目标，也是人工智能最终的目标。 2 2 1a g e n t 的概念与特性 1 a g e n t 的概念 到目前为止，许多研究者提出了各自对a g e n t 的定义，但至今没有一个被多 数人认为统一的a g e n t 定义，不同研究领域的学者考虑各自领域的技术特点。对 a g e n t 给出的典型定义大致有两种“6 “”。 第一种定义：a g e n t 是驻留于环境中的实体，它可以解释从环境中获得反映 环境中所发生事件的数据，并执行对环境产生影响的行为。 这一定义出自f i p a ( f o u n d a t i o nf o ri n t e l l i g e n tp h y s i c a la g e n t ) ，它是 8 硕士学位论文 第二章相关理论和技术 一个致力于a g e n t 技术标准化的组织在这个定义中，a g e n t 被看作是一种在环 境中“生存”的实体，它既可以是硬件，也可以是软件 第二种定义；由软件a g e n t 研究者作出的，即智能软件a g e n t 是能为用户执 行特定的任务、具有一定程度的智能以允许自主执行部分任务并以一种合适的方 式与环境相互作用的软件程序。 2 a g e n t 的特性 智能a g e n t 技术能代理用户完成某项任务，并能从经验中不断积累，提高处 理问题的能力，这就是a g e n t 的代理特性智能a g e n t 主要有四方面的特性嘲： ( 1 ) 自主性：a g e n t 具有属于自身的有限计算资源和局部与自身的行为控制 机制。它能在没有人类或其它a g e n t 的直接干涉和指导的情况下持续进行，并能 根据其内部状态和感知到的环境信息决定和控制自身的状态和行为。自主性是 a g e n t 区别于其它抽象概念如过程、对象的一个重要特征。 ( 2 ) 反应性：a g e n t 能够感知所处的环境( 可能是物理世界与它进行交互的 其它a g e n t 等等) ，并能对环境中发生的相关事件( 如a g e n t 之间的交互和通讯) 作出适时反应 ( 3 ) 社会性：a g e n t 可能处于由多个a g e n t 构成的社会环境中，a g e n t 拥有 其它a g e n t 的信息和知识，并能通过某种通讯语言与其它a g e n t 实施灵活多样的 交互和通讯，实现与其它a g e n t 的合作和协调等，以完成其自身问题求解或者帮 助其它a g e n t 完成相关的活动。 ( 4 ) 自发性：a g e n t 并不是简单的对环境中的事件作出反应，而是表现出某 种目标指导的行为。也就是说，a g e n t 的行为是为了实现其内在的目标，在某些 情况下，a g e n t 能够主动的产生目标，继而采取主动的行动。 2 2 2 多a g e n t 技术 多a g e n t 系统是由多个a g e n t 组成的一个较为松散的多a g e n t 联邦旧剐，这 些a g e n t 成员之间相互协同，相互服务，共同完成一个任务。各a g e n t 成员的活 动是自制和独立的，其自身的目标和行为不受其它a g e n t 成员的限制，它通过竞 争或磋商的手段协调和解决各成员a g e n t 的目标和行为之间的矛盾和冲突。 多a g e n t 系统的数据和资源是分散的，每个a g e n t 对于所要完成的任务拥有 不全面的信息或能力，不存在全局的控制系统，任务的执行和计算是异步的。多 a g e n t 系统主要研究整个多a g e n t 系统活动中各a g e n t 之间的相互作用如何产 生、每个a g e n t 成员的推理和行为决策如何考虑系统或环境中其它a g e n t 的存在、 a g e n t 成员的目标和行为之间可能的冲突监测和协调以及任务和资源的划分、分 配和管理等。 9 硕士学位论文第二章相关理论和技术 单个a g e n t 的能力是有限的，但可以通过适当的体系结构把a g e n t 组织起来， 从而弥补各个a g e n t 的不足，使整个系统能力超过任何单个a g e n t 的能力。因此， 某些系统中可能存在多个相互作用的a g e n t ，而构成m u l t i - a g e n t 系统。这样的 系统表示一个应用领域或一个问题需要多个问题求解实体，这种系统具有传统分 布、并发问题求解的优点，同时具有复杂的交互模式。 2 3 移动a g e n t 2 3 1 移动a g e n t 的概念 简单的说，移动a g e n t 是一个能在异构网络中自主地从一台主机迁移到另 一台主机，并可与其它a g e n t 或资源交互的程序，实际上，它是a g e n t 技术与 分布式计算技术的混血儿“”传统的r p c 客户和服务器之间的交互需要连续的 通信支持；而移动a g e n t 可以迁移到服务器上，与之进行本地高速通信，这种 本地通信不再占用网络资源。移动a g e n t 迁移内容既包括其代码也包括其运行 状态。 移动a g e n t 技术是新兴的技术，至今对它的定义还没有一个统一的标准，这 里只刻画它的一些基本特征吼“1 ； ( 1 ) 移动a g e n t 必须具有一定身份，并代表用户的意愿。 ( 2 ) 移动a g e n t 必须可以自主地从一个节点移动到另一个节点，这是移动 a g e n t 最基本的特征。 ( 3 ) 必须保持在不同的地址空间中连续运行，即保持运行的连续性，也就是 在移动到另一个节点上运行时的状态必须是上一节点挂起的那时刻的状态。 移动a g e n t 不同于远程执行，移动a g e n t 能够不断地从一个网络位置移动 到另一个位置，能够根据自己的选择进行移动。移动a g e n t 也不同于进程迁移， 一般来说进程迁移系统不允许进程选择什么时候和迁移到哪里，而移动a g e n t 带有状态，所以可以根据应用的需要，在任意时刻移动，移动到它想去的任何地 方。移动a g e n t 也不同于a p p l e t ，a p p l e t 只能从服务器端向客户端单项移动， 而移动a g e n t 可以在客户和服务器之间双向移动。 移动a g e n t 技术通过将服务请求a g e n t 动态的移到服务器端执行，使得此 a g e n t 较少依赖网络传输这一中间环节而直接面对要访问的服务器资源，从而避 免了大量资料的网络传输，降低了系统对网络带宽的依赖。移动a g e n t 不需要 统一的调度，由用户创建的a g e n t 可以异步在不同节点上运行，待任务完成后 再将结果传送给用户。为了完成某项任务，用户可以创建多个a g e n t ，同时在一 个或若干个节点上运行，形成并行求解的能力。此外，它还具有自治性和智能路 1 0 硕士学位论文第二章相关理论和技术 由等特性 移动a g e n t 要具有智能性就必需有其相应的知识库，要具有社会性就要有 其相应的社区成员表，要具有移动性就要有相应的导航表，因此移动a g e n t 的 形式化定义可描述如下： a g e n t o k g e n tn a m e ： s t a t u s a 定义其属性和局部数据 s o c i t y 定义其社区成员衫 k n o w l e d g e b a s e a 定义规则集以形成知识库 p r o c e s s o n d o a tp r i o r i t y * 定义触发处理过程( i ) 的事件； 定义对处理过程( i ) 的具体操作； 定义处理过程( i ) 的优先级 a c t i o n 。 p r o c e s s o r 定义创建移动a g e n t 主机地址书 n a v i g a t i o n s a 定义其移动依据宰 2 3 2 移动a g e n t 的体系结构 移动a g e n t 系统由移动a g e n t 和移动a g e n t 服务设施( 或称移动a g e n t 服务 器) 两部分组成。移动a g e n t 服务设施基于a g e n t 传输协议( a g e n tt r a n s f e r p r o t o c 0 1 ) 实现a g e n t 在主机间的转移，并为其分配执行环境和服务接口。a g e n t 在服务设施中执行，通过a g e n t 通信语言a c l ( a g e n tc o m m u n i c a t i o nl a n g u a g e ) 相互通信并访问服务设施提供的服务。 硕士学位论文 第二章相关理论和技术 图2 - 1 移动a g e n t 的结构模型 如图2 一l 所示移动a g e n t 体系结构州可以定义为以下相关联的模块：安 全代理、环境交互模块、任务求解模块、知识库、内部状态集、约束条件、路由 策略及其外部环境。下面分别介绍： ( 1 ) 安全代理：是a g e n t 与外界环境通信的中介，执行a g e n t 的安全策略， 阻止外界环境对a g e n t 的非法访问。 ( 2 ) 环境交互模块：是a g e n t 感知外部环境的手段，作用于外部环境的媒 介。在这个模块中，实现了a c l 语义，保证使用相同的a c l 的a g e n t 和服务 设施之间的正确通信和协调，而通信内容的语义与a c l 无关。 ( 3 ) 任务求解模块：包括a g e n t 的运行模块及a g e n t 任务相关的推理方法 和规则。 ( 4 ) 知识库：a g e n t 所感知的世界和自身模型，并保存在移动过程中获取的 知识和任务求解结构。 ( 5 ) 内部状态集：a g e n t 执行过程中的当前状态，影响a g e n t 的任务求解 过程，同时a g e n t 的任务求解又作用于内部状态。 ( 6 ) 约束条件：a g e n t 创建者为保证a g e n t 的行为和性能而做出的约束， 如返回时间、站点停留时间及任务完成程度等，一般只有创建者拥有对约束条件 的修改权限。 ( 7 ) 路由策略：可能是静态的服务设施列表( 简单、明确任务的求解) ，或 者是基于规则的动态路由以满足复杂非确定性任务的求解。 ( 8 ) 服务设施约：它为移动a g e n t 提供基本服务( 创建、传输、执行等) ， 移动a g e n t 的移动和任务求解能力很大程度上决定于服务设施所提供的服务。 一般来讲，服务设施应包括以下基本服务： 1 2 硕士学位论文 第二章相关理论和技术 生命周期： 事件服务： 事件传递。 目录服务： 安全服务： 应用服务： 务的服务接口 2 4 本章小结 实现a g e n t 的创建，移动，持久化存储和执行环境分配 包括a g e n t 传输协议和a g e n t 通信协议，实现a g e n t 问的 提供定位a g e n t 的信息，形成路由选择 提供安全的a g e n t 执行环境。 任务相关的服务，在生命周期服务的基础上提供面向特定任 本章阐述了建构主义的基本观点、学习理论和教学理论；研究了a g e n t 的概 念与特点和多a g e n t 技术；从概念、体系结构和安全模型三个方面对移动代理技 术进行了探讨。 1 3 硕士学位论文 第三章基于a g e n t 的网络教学系统设计 第三章基于a g e n t 的网络教学系统设计 3 1 系统总体结构 为了给学生提供一个个性化和智能化的学习环境，本文以建构主义理论为指 导，将智能a g e n t 技术应用于网络教学中，设计了一个基于a g e n t 的网络教学系 统。 3 1 1 系统结构 为了方便用户与教学服务器之间交互，系统引入三层模型的概念，将移动代 理技术应用到系统中以实现代理间的通信。该三层模型包括用户层、中间通信层、 服务层。 系统的总体结构如图3 - 1 所示； 用户层中间通信层服务层 al 用户a g e n t 堡翌垒型 b 用户a g 伽t | 一 一 多 代 翱 _ lj 理 集 c 霹j p a g e n t 卜 a g ：l 图3 - 1 系统结构图 三层模型的具体情况如下： ( 1 ) 用户层：负责为用户提供友好的交互界面，跟踪和收集用户行为，在适 当的时候为用户提供帮助和指导，根据用户请求创建并派遣移动a g e n t 到服务层 执行相应的任务。 ( 2 ) 中间通信层：采用移动a g e n t 技术实现用户层与服务层之间的通信。移 动a g e n t 携带用户请求到服务层，并将获取的资源或指导返回给用户。 ( 3 ) 服务层：负责收集整理用户信息和教学资源，为用户提供信息和个性化 教学服务，通过分析用户行为建立和更新用户模型，维护系统数据库。 1 4 硕士学位论文第三章基于a g e n t 的网络教学系统设计 系统面向三类用户，分别为： ( 1 ) 学生。可以查看和修改个人信息，还可以通过用户层创建的移动a g e n t 从教学站点上获取需要的学习资料或者得到个性化的学习指导 ( 2 ) 教师：可以通过浏览器访问教学站点。添加、修改教学资源，为学生提 供在线指导和答疑 ( 3 ) 管理员：主要是对整个系统进行管理和协调，以提供良好的网络环境 3 1 2 学习流程 本系统设计的最终目的就是要为学生创造一个个性化的学习空间，其基本的 学习流程如图3 2 所示。 学生在登录以后，选择要学习的知识点和学习难度，系统就会根据学生的请 求创建移动a g e n t ，并将其派遣到教学服务器上执行指定的任务，在获取到需要 的资料后，移动a g e n t 会携带资料信息返回用户端，并通过学生a g e n t 将具体的 学习内容呈现给学生。在学习完知识点后，学生可以做一些相关练习巩固所学知 识，然后进行测试。 、y yj r i 建立学生信息库l i ! i 根据学生请求创建移动a g e n ti | 移动到教学服务器端执行，并获取教学资源l l 呈现教学资源l 参y 记录本次学习情况 图3 - 2 学习流程图 硕士学位论文 第三章基于a g e n t 的网络教学系统设计 3 2 系统设计 3 2 1 用户a g e n t 的设计 系统主要是针对学生和教师两类用户，因此这里重点介绍学生a g e n t 和教师 a g e n t 的功能和结构设计 1 学生a g e n t 学生登录后，由系统自动生成一个学生a g e n t 。学生a g e n t 具有以下几个功 能： ( 1 ) 负责学生与教学系统的交互，为学生提供友好的界面 ( 2 )