（计算机科学与技术专业论文）基于多agent的高校排课系统的设计和实现.pdf

基于多a g e n t 的高校排课系统的研究中文提要 基于多a g e n t 的高校排课系统的设计和实现 中文提要 a g e n t 技术是近年来备受人们关注的软件开发技术。由于他的众多有用属性如自 治性、自主性、自适应性等特性，使得人们对它的研究越来越多。基j ：a g e n t 的这些 技术和理论优势，结合作者单位排课系统的实际需求，提出了“基于多a g e n t 的排课 系统的设计与实现”研究题目。经过三年多的努力，主要取得的成果包括如下几个方 面： 1 ) 研究a g e n t ：目e 排课系统中的机理及相关内容，包括a g e n t 的原理，实现，通信 等； 2 ) 设计基于多a g e n t 的高校排课系统，包括：系统分析，设计与实现等内容； 3 ) 对系统的结果进行了分析测试，并给出了相应的评估计算方法。 当然，本文的工作还很初步，不少工作需要进一步研究细化，比如多a g e n t 之间 的通信的优化，多人排课等。但作者相信，随着这些工作的进一步完成，该系统会 取得良好的社会效益和经济效益。 关键词：代理人；排课；协调：协作 作者：陶文林 指导老师：李凡长 垒! 竺 堡壁型型型墅垡蚴堕塑! 型壁型竺些些燮 t h e d e s i g na n dr e a l i z a t i o no f t h ec o l l e g el e s s o nd i s t r i b u t i o ns y s t e m b a s e do nm u l t i - a g e n t a b s t r a c t a g e n tt e c h n i q u ei st h es o f t w a r ee x p l o i t i n gt e c h n i q u ec o n c e r n e db yp e o p l ei n r e c e n ty e a r s p e o p l eg i v em o r ea n dm o r er e s e a r c ho ni tf o ri t sn u m e r o u su s e f u l p r o p e r t i e ss u c ha ss e l f - g o v e r n m e n t , s e l f - d e t e r m i n a t i o n ，a n ds e l f - a d a p t a t i o n b e c a u s eo f t h e s et e c h n i q u e sa n dt h e o r ys u p e r i o r i t yo f a g e n t ，t h ea u t h o rp r e s e n t s t h er e s e a r c hr i f l ea b o u t “t h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no f t h e c o l l e g el e s s o nd i s t r i b u t i o n s y s t e m w h i c hi sb a s e do nm u l t i - a g e n t ”，w i t ht h ep r a c t i c a ln e e do ft h e a r r a n g i n g l e s s o n ss y s t e mi nt h ea u t h o r ss c h 0 0 1 t h e r ea r es o m em a i np r o g r e s s e sa st h e f o l l o w i n ga s p e c t sa f t e rt h r e ey e a r s h a r dw o r k ： a r e s e a r c h e s a g e n t a b o u tt h et h e o r ya n dr e l a t e dc o n t e n ti nl e s s o nd i s t r i b u t i o n s y s t e m ，i n c l u d i n ga g e n t st h e o r y ，r e a l i z a t i o na n dc o m m u n i c a t i o n b d e s i g n st h ec o l l e g el e s s o nd i s t r i b u t i o ns y s t e mw h i c h i sb a s e do nm u l t - a g e n t ， i n c l u d i n gs y s t e ma n a l y s i s ，t h ec o n t e n ta b o u td e s i g n i n ga n dr e a l i z a t i o n c c a r r i e so nt h ea n a l y z i n gt e s to nt h es y s t e m sr e s u l ta n dg i v e st h e c o r r e s p o n d i n g t h em e t h o do fe v a l u a t i o na n dc a l c u l a t i o n t h ew o r ko ft h ea r t i c l e ，h o w e v e r , i sq u i t ep r i m a r y m o r ej o b sa r en e e d e dt o r e s e a r c hf u r t h e rf o re x a m p l et h eo p t i m i z a t i o na m o n gt h em u l t i - a g e n tc o m m u n i c a t i o n ， l e s s o nd i s t r i b u t i o nf o raf e wp e o p l ea n ds oo n b u tt h ea u t h o ro ft h i sa r t i c l eb e l i e v e s t h i ss y s t e mw i l lg a i nf i n es o c i a la n de c o n o m i cp r o f i t sw i t ht h ef u r t h e ra c c o m p l i s h m e n t o fa b o v ej o b s k e yw o r d s ：a g e n t ；l e s s s o nd i s t r i b u t i o n ；c o o r d i n a t e ；c o o p e r a t e w r i t t e nb y t a o w e n l i n s u p e r v i s e db yl i f a n c h a n g l i 3 33 如蚕硼蕾 9 5 6 7 0 8 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权声明 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所 取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体已经发表或 撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材 料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人承 担本声明的法律责任。 研究生签潮遂日 期：三移，2q 学位论文使用授权声明 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论文合作部、中国 社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采 用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论 文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大学学位办办理。 研究生签驻逸日期：煎：z 生 导师篓 日期 基于多a g e n t 的高校排课系统的研究第一章引言 1 1 研究背景与动机 第一章引言 开课和排课二项工作是任何一个学校每学期的首要例行性业务，学校中所有的 教学活动都是由此二项业务开始所扩展而来，其中的排课业务则又是教务处排课人 员的最大的工作负担；原因在于其牵涉到的不同资源相当多如上课的大楼，教室， 实验室，校区，课程，教师，班级，学生及上课器材等，而如何避免资源的冲突使 用则是一项困难的工程，甚至，课表可能每一星期都有所不同。再加上学校本身的 其它相关行政规定所构成的排课规定，可以看出要进行能同时满足这些因素和限制 条件排课业务，是非常复杂和困难。正由于其复杂和困难而且没有结构的特性，排 课问题很难以量化模式描述而难将其以计算机化来处理，因此会耗费大量的人力与 时间来处理该项业务。 1 1 1 排课需要考虑的因素 先对排课的概念进行简单描述。 定义一：“时刻表( t i m e t a b l e ) ” 我们日常生活中的所谓“时刻表( t i m e t a b l e ) ”是指一群事件和其发生时间所形 成的表格。而一个时刻表的存在是要满足某一些特殊领域的需求，如运用到铁路运 输方面的时刻表即为火车时刻表，用在医院中护士的轮值顺序则为护士排班表，用 于运动比赛则为赛程表，而发生在教育机构中则为课表。 定义二：“排时刻表( t i m e t a b l i n g ) ” “排时刻表( t i m e t a b l i n g ) ”是指所有关于产生时刻表的活动。 而在教育机构中产生课表的活动即为排课。 建立一个时刻表时需要考虑的下面几个方面的问题 口时刻表的目的为何? 口该时刻表所需满足的限制条件为何? 口何种质量的时刻表方能令人满意? 口是否有可行的时刻表存在? 第一章引言基于多a g e n t 的高校排课系统的研究 口时刻表会影响到哪些人? 口会有那些资源可用? 口产生该时刻表会花多少时间? 定义三：“排课” 参考了大量文献后，本文把排课定义为： “排课是一个将许多时间片段和空间分配给许多教师和教学活动，并且要同时满 足可用教室的容量和地点，可用时问以及教师的考虑和特定课程问的关系的问题。” 排课在定义上虽然是由时间、空间和课程等元素所组合而成，但是在实际应用 时却还需要引进有其它相关元素或是将某一元素分解成更细的元素才能建构一个实 际可行的应用。排课主要牵涉到以下因素： 1 课程( c o u r s e ) ，课堂( c l a s s r o o m ) 一般的研究所探讨的排课问题大都是以解决以星期为基础的周期性课表为主， 有的研究更加考虑到特定课程在特定授课场所的问题，如设备或是使用教室种类或 不同授课教师。 2 班级( c l a s s ) 或学生群组( s t u d e n t g r o u p ) 在高校里，同一班级的不同课程的上课学生可能都不相同。 3 授课教师( t e a c h e r ) 在大学里，会有专职，兼职或者是专职教师兼职行政职务或其它情况。 4 教室、地点和其设备 实际授课场所可能是教室或可能在某一地点如操场，实验室等，教室不可能同 时间被二门课所使用而体育馆或操场或游泳池等地点却可以同时被二门以上课所使 用。 s 授课时段 这是处理排课问题每一次连续授课的时问片段，日常我们习惯称为节次。 6 总课时 所有学制的教学活动必须在规定总课时内完成。 具体到高校，排课任务主要是在给定的总课时和教室中安排每门课程内上课的 场所和教师。并且在高校内常常有不同班的学生会一起上同一门的课程。另外高校 2 基于多a g e n t 的高校排课系统的研究第一章弓l 言 里的教室安排并不固定与班级捆绑。 1 1 2 现有的排课方案的不足 我校教务处的排课人员为1 2 人，工作量极大。虽然在开学前能排出全部课表， 然而开学头两周，仍然会出现大量问题，导致课表被频繁二次改动，而课表的修改 极易引起连锁反应，从而一个捧课因素的变更，就要引起课表的大幅度改动。虽然 学校规定开学第一周不能调课，但仍有不可避免的矛盾出现而必须改动课表，况且 第一周结束后依然有大量的调课要求待处理。 通过作者长期在教务处实地考察，总结出了排课难的主要症结在于： 1 ) 捧课人员掌握教师信息的不足： 2 ) 排课人员与教师沟通效率的低下； 3 ) 摔课人员掌握的排课资源信息的不足： 4 ) 排课的手段未实现高度自动化。一般是先人工排课然后用软件检查冲突情况， 效率太低。 因此作者想通过设计一个高度信息集成的自动化捧课软件来解决我校的排课问题。 查询了许多排课软件，如“相似排课”、“排课大师”、“启迪智能排课”、“排课高 手”等，感觉这些排课解决方法虽然各有其独特的长处，但这些排课系统多不能完全 满足我校的实际情况，且多属于教务处的单机封闭作业，其排课策略大多只求排出 满足若干限制条件的课表，少有提供教师直接对系统表达排课偏好的途径。特别是 国内各大学院校中，教师的职称、考核等指标表面上是由个人的教学质量，学术研 究和行政服务三种因素所决定，但是学术研究成果往往高于被排在首位的教学因素 之上，导致在多数教师对其授课之余的空闲时间相当重视。因此目前的很多排课系 统即使在课表用电脑排出来之后仍需要由行政人员和教师的多次沟通以协调出大家 都可接受的授课时段。 有些“网页式排课系统”即能以i n t e r n e t 环境为活动领域的排课系统，让教师能通 过浏览器与排课系统互动，并开放权限供教师直接对系统表达排课偏好。此“网页式 排课管理系统”为排课过程的民主化与人性化考虑迈出革命性的一大步，然而其提供 教师表达排课偏好的方式与不同教师间冲突发生时的处理方式仍有很大的改善空 第一章引言 基于多a g e n t 的高校排课系统的研究 间，“网页式排课管理系统”可能产生的问题分述如下： 1 ) 教师为了向排课系统表达自己的排课偏好，必须将所有个人的排课期望事 先告知到教务处的排课人员，因此部分教师某些排课期望如“张教授不希望兼夜校 周一、二的课”、“周五为了回老家需要坐长途车，故周五下午不希望排课”、“星期 三放学后有安排球类活动，故希望星期三最后一节不要捧课”、“尽量把授课时段分 开、集中或不要连捧三节”、“尽量排在上午、下午或尽量排、不排下午第一节”等，这 些较隐密的理由可能不希望直接告知排课人员。这样就很难尽量满足教师个人偏好 与人性化考虑的。 2 ) 当不同教师的排课期望导致时段冲突丽无法全部达成时，系统就直接将教师 优先权较低或排入后所得权值较小的教师期望忽略，而且对于被忽略的教师并没有 做成历史纪录或任何有效的补偿机制，因此仍可能造成部分教师的排课期望一再的 被系统忽略而部分教师的期望却凑巧全部实现，而无法达到公平正义的排课原则。 3 ) 当排课时段冲突无法解决或因公私事病请假而有课程调动需求时，系统需通 知教师重新自行编辑上课时问表，而无法由计算机排课系统自动搜寻可行的调代课 方案供使用者选择。 综上所述，针对学校排课实际问题，本文引用a g e n t 技术，结合本单位的排课实 例，提出设计“基于多a g e n t 的高校捧课系统”。 1 2 研究目标和内容安排 1 2 1 研究目标 引用a g e n t 技术，在系统中构建不同功能的a g e n t ，利用a g e n t 的自主性，自适应 性等特性，通过a g e n t 自身的活动及相互之间的协作，能模拟排课员的活动及其与教 师之间的沟通协调，从而最终替代排课人员完成排课任务。 初步设计理念如下： ( 1 ) 由特殊的a g e n t 代替排课人员实现自动，高效的排课。 ( 2 ) 由相应的a g e n t 完成教师之问，教师和排课人员之间的沟通协调。 基于多a g c n t 的高校捧课系统的研究第一章引言 ( 1 ) 由特殊的a g e n t 代替排课人员实现自动，高效的排课 通过特别设计的排课a g e n t ，将代表排课人员全权处理所有排课事宜，包括课程 先后顺序的选择，选择最适合的任课教师，完成捧完所有课程的任务，并能和排课 人员实现互动。 ( 2 ) 由相应的a g e n t 完成教师之间，教师和排课人员之间的沟通协调校方及授课 教师分别将其欲达成的任务委托其对应的a g e n t 处理，该a g e n t 为了达成委托人的任 务而与其它相关的教师a g e n t 沟通协调，教师a g e n t 问只传递沟通协调所需的相关信 息给相关的教师a g e n t ，再将协调结果通知校方的a g e n t ，如此该位教师便不需将排 课期望的信息传递给校方的a g e n t ，免除教师个人排课偏好曝光的顾忌。 1 2 2 研究内容及安排 首先引入a g e n t 榜 念，分析a g e n t 的特性机理，然后进一步研究确定使用的a g e n t 技术，并构建系统框架，之后再依此框架进行系统设计与程序开发工作，同时进行 样本数据的收集，也就是课表的产生和教师时段偏好的收集。系统完成之后则开始 进行系统测试，待确认系统符合原设计目标后则进行本研究的最后阶段，也就是依 样本数据进行仿真与并进行测试评估。 本文第一章为引言，概述了有关排课的相关概念和本文的研究目的。第二章是 全文的理论基础，研究系统开发所用到的理论和技术。第三章开始构建系统框架及 逻辑设计。第四章把设计思想转换成代码。第五章进行测试和评估。第六章是总结。 第二章理论基础 基于多a g e n t 的高校排课系统的研究 第二章理论基础 2 1 软件a g e n t 技术 2 1 1a g e n t 的概念 a g e n t 技术起源于a e t o r 摸型，这个模型设计了能自行控制行为、相互作用和并 行运算的对象，它具有封装内部状态，并且能由传递信息来达到与其它a c t o r s 通讯和 并行运算的能力。 w o o l d r i d g e & j e n n i n g s ( ) 1 定义a g e n t 是： a g e n t 是处于某个环境中的计算机系统，该系统有能力在这个环境中自主移动 以实现其设计目标。图1 表示a g e n t 与环境之间的关系，可以看出a g e n t 利用感应器 接收从环境中传来的信息，并产生动作来作出回应，通常这互动是一个连续不断 的过程，而在一个复杂的环境中，a g e n t 口- i 能会有执行相同的动作二次而有不同的 结果出现。 动作输出 图2 1 ：a g e n t 的抽象图 感应器输入 本文中的。a d 等表示引用自“参考文献”中该文献的捧列序号，下刷。 6 基于多a g e n t 的高校排课系统的研究 第二章理论基础 而f e r b e r 也对a g e n t 提出了以下的定义，同时定出其特征： a g e n t 是一个实际或虚拟的软件或硬件，具有下列特征： 1 能够于环境中活动。 2 有直接与其它a g e n t 沟通的社会能力。 3 由一些特定的目标或生存函数来驱动。 4 拥有自己的资源。 5 能够有限度地感知与响应它所处的环境。 6 只有某一部份环境的描述。 7 拥有某些技能并提供特定的服务。 8 可以自我复制。 9 以其知觉和外界沟通，在考虑可用资源的情况下，努力达到既定目标。 2 1 2 软件a g e n t 2 1 2 1 软件a g e n t 的分类 软件a g e n t 就是用软件实现的a g e n t 。软件a g e n t 有许多种分类的分式，有依机动 性( m o b i l i t y ) 来分类，也有依属性( a t t r i b u t e s ) 来分类，也有用多种维度( m u l t i d i m e n s i o n ) 来分类，通过了解各种软件a g e n t 的分类，更有助于明了软件a g e n t 的特性与功能。 依机动性( m o b i l i t y ) 来分类，则软件a g e n t 分为两种：停驻a g e n t ( s t a t i o n a r ya g e n t ) 及移动a g e n t ( m o b i l ea g e n o 皿a n g e o s h i m a ，1 9 9 8 ) ，也有学者称s t a t i o n a r ya g e n t 为s t a t i ca g 锄t ( 静态a g e n t ) ( 要) 。 停驻a g e n t 只能在当初其开始执行的系统里执行，不能移往其它系统执行，若需 要其它系统的信息或想与其它系统的a g e n t 沟通，则必须仰赖传统的沟通技术如 r e m o t ep r o c e d u r ec a l l i n g ( r p c ) 。移动a g e n t 则不会局限于当初开始执行的系统里， 它可以将自己移转至网络上其它系统来执行，取得其它系统所需要的信息或和其它 系统的a g e n t 沟通。 依a g e n t 的移动性( m o b i l i t y ) 的分类而言，在目前企业都是分布式信息系统与因特 网盛行的今日，显然只单纯使用停驻a g e n t 的商业用途并不大，故运用移动a g e n t 的 第二章理论基础 基于多a g e n t 的高校排课系统的研究 技术于企业的分布式组织与信息系统较能适合企业本身的需求。 依属性( a t t r i b u t e s ) 来分类，w o o l d r i d g e j e n n i n g s 廷) 认为所有软件a g e n t 都有 三种特性：自主性( a u t o n o m y ) 、学习性( l e a m i g ) 及合作性( c o o p r e a t i o n ) ，故依这 三个特性来分类，共分成四类：同时拥有三种特性的为精明a g e n t ( s m a r ta g e n t ) ， 拥有自主性及合作性二种特性多于学习性者谓之为合作a g e n t ( c o l l a b o r a t i v e a g e n t ) ，拥有学习性及合作性二种特性多于自主性者谓之为合作学习 a g e n t ( c o l l a b o r a t i v el e a r n i n ga g e n 0 ，拥有自主性及学习性二种特性多于合作性 者谓之为接i a g e n t ( i n t e r f a c ea g e n t ) 。 2 1 2 2 软件a g e n t 的应用 w o o l d r i d g e 垣) 认为软t e l ：a g e n t 的应用分为两个主要的方面： 分布式系统( d i s t r i b u t e ds y s t e m s ) ：分布式系统中的a g e n t 都变成处理节点 ( p r o c e s s i n gn o d e ) ，此系统强调的重点在于多重a g e n t ( m u l t i - a g e n t ) 系统里“多重”两字 的概念，着重于a g e n t 与a g e n t 之问的协同合作。 个人软件助理( p e r s o n a ls o f t w a r ea s s i s t a n t s ) ：a g e n t 积极地扮演应用系统中使 用者( u s e r ) 助理的角色，此处强调个体( i n d i v i d u a l ) a g e n t ! “个体”两字的概念，着重 于a g e n t 可自主地代表使用者作者处理事务。 w o o l d r i d g e 认为软件a g e n t n - i 应用在许多不同的领域：( 1 ) m 作与商业流程管 理( w o r k f l o wa n db u s i n e s sp r o c e s sm a n a g e m e n 0 ，( 2 ) 分布式感应( d i s t r i b u t e d s e n s i n g ) ，( 3 ) 信息提取与管理( i n f o r m a t i o nr e t r i e v a la n dm a n a g e m e n t ) ，( 4 ) 电子商务 ( e l e c t r o n i cc o m m e r c e ) ，( 5 ) 人机界面( h u m a n c o m p u t e ri n t e r f a c e s ) ，( 6 ) 虚拟实境 ( v i r t u a le n v i r o n m e n t s ) ，( 7 ) 社交模拟( s o c i a ls i m u l a t i o n ) ，( 8 ) 工业系统管理( 1 n d u s t r i a l s y s t e m sm a n a g e m e n t ) ，( 9 ) 宇宙飞船控制( s p a c e c r a f tc o n t r 0 1 ) ，( 1 0 ) 空中交通管制 r a i 卜t r a f f i cc o n t r 0 1 ) 等。 由上述得知，软件a g e n t 可应用的领域可以说是非常之广泛。而历年来学术界 多人也编写论文探讨应用在各行各业中的方式，如多重a g e n t 应用在旅行者安排旅 游行程上，多重a g e n t 应用在银行的客服4 ) , ( c a l lc e n t e r ) 上，多重a g e n t 应用 在建筑业建筑物的设计与旌工上，多重a g e u t 应用于制鞋公司的全球性运筹上， 包括采购、供应、生产与制造，智能型a g e n t 应用于工业仓储上( i n d u s t r i a l 基于多a g e n t 的高校排课系统的研究第二章理论基础 w a r e h o u s i n g ) ( i d 等。 2 1 2 3 移动a g e n t 的优点： l a n g e o s h h n a ( 1 乃认为使用移动a g e n t 有下列七个理由： 1 降低网络负载( r e d u c et h en e t w o r kl o a d ) ：移动a g e n t 可迁移至远程另一主机 去执行，当有大量的数据在远程需要处理，只需将处理结果传回原先主机或由移动 a g e n t 携带回原主机，如此便可以降低网络通讯的次数，节省频宽的使用，如图所 示。 h o s t a 即c - b a s e da 艄踟 h o s tb m o b i l e a g e n t - b a s e da p p r o a c h 图2 2 ：移动a g e n t 的原理 资料来源：l a n g e o s h i m a ( 1 9 9 8 ) p r o g r a m m i n ga n dd e p l o y i n g 1 a v am o b i l ea g e n t sw i t h a g l e t s 2 克服网络延迟( o v e r c o m en e t w o r kl a t e n c y ) ：实时系统需要实时响应环境中的 改变，监控流程可能因网络不可避免的延迟而造成无法实时监控的问题，解决方式 9 第二章理论基础 基于多a g e n t 的高校排课系统的研究 是发送移动a g e n t 至控制主机上做实时监控。 3 异步且独立自主的执行( e x e c u t ea s y n c h r o n o u s l ya n da u t o n o m o u s l y ) ：移动装 置( m o b i l ed e v i c e ) 在连接网络存取数据时，数据处理的时间因网络仍在联机中，故当 然还在计时收费，显然并不经济，利用移动a g e n t 发送至主机处理数据时，与移动装 置先行断线，等处理完毕再联机回移动装置并传回数据，如图所示 h o s t ah b s t b 图2 3 ： 移动a g e n t 的发送和回传 资料来源：l a n g e o s h i m a ( 1 9 9 8 ) ，p r o g r a m m i n ga n dd e p l o y i n gj a v am o b i l ea g e n t sw i t h a g l e t s 4 封装通讯协议( e n c a p s u l a t ep r o t o c o l s ) ：在分布式系统中交换数据，必须考虑 每一台主机不同的通讯协议，来做为处理资料的转换的依据，利用移动a g e n t 专属的 通讯协议来封装不同的通讯协议，可以不用再考虑通讯协议的问题。 5 动态调整( a d a p td y n a m i c a l l y ) ：移动a g e n t 能察觉到执行环境的改变而自主性 地响应改变。 6 具异质性( n a t u r a l l yh e t e r o g e n e o u s ) ：无论从硬件或软件的角度来看，网络计 1 0 回回 ，lt，、 基于多a g e n t 的高校排课系统的研究 第二章理论基础 算基本上是异质性的，由于移动a g e n t 通常与计算机、传输层无关，只与其执行环境 有关，故可提供最佳的条件做为无接缝式( s e a m l e s s ) 的系统整合。 7 坚固且容错( r o b u s ta n df a u l t - t o l e r a n 0 ：移动a g e n t 可以面对不可预期的状 况做出响应，例如某一主机要被关机之前，所有在其上执行的a g e n t 将会被警告， 并给予一段时间移往其它主机继续执行任务。 根据上述分析，本文将用移动a g e n t 的概念来设计排课系统。 2 1 2 4 移动a g e n t 系统和j a v a 在德国学者r o t h e r m e l 所构建的网站上提供一份移动a g e n t 系统名单( t h e m o b i l ea g e n tl i s o ，总共列有包括a g e n t s p a c e 、a g l e t s 、a r e 、c o n c o r d i a 、o d y s s e y 、 v o y a g e r 等6 6 个移动a g e n t 系统；而由i n t e l l i o n et e c h n o l o g i e s 公司所提供名 单中则将移动a g e n t 系统分为商业产品及学术研究两种用途凹，两份名单虽不尽相 同，但基本上大同小异。本文以二十个较为人知的移动a g e n t 系统，按其名称、开 发者以及所使用的程序语言排列如下表所示。 表2 1 ：移动a g e n t 系统一览表 n o n a m e d e v e l o p e rl a n g u a g e 1 a g l e t s i b m ，t o k y o j a v a 2 a g l e t s p a c e i e h i r os a t o o u j a v a 3 a g l e t s p a c e a l b e r t os y l v a j a v a 4 a g e n t t c i & g r a y u d a r t t c l t k 5 a j a n t a m i n o s e t au j a v a 6a r auk a i s e r s l a u t e r n c ，c + + ，t c l ，j a v a 7c o n c o r d i am i t s u b i s h ie i t j a v a 8j a t i r es t a n d f o r du j a v a 9k a f k a r u j i t s ul a b j a p a n j a v au n i xb a s e d 1 0k a l is c h e m en e cr e s e a r c h1 s c h e m e 1 lk n o w b o t sc n r i p v t h o n 1 2 m e s s e n g e r s u c i c ( m e s s e n g e r - c ) 1 3m o a o p e n g r o u p ，u k j a v a 1 4m o l e s t u t t g a r tu g e r m a n y j a v au n i xb a s e d 1 5o a as r ii n t e r n a t i o n a l ，a i c ，c - l i s p ，j a v a ，v b 第二章理论基础 基于多a g e n t 的高校排课系统的研究 1 6 o d y s s e y g e n e r a lm a g i c t e l e s e h p t , j a v a 1 7 p l a n g e n t t o s h i b ac o r p o r a t i o nj a v a 1 8t a c o m a n o r w a y c o m e l l c u n i x b a s e d 1 9t h e t u b ed a v i dh a l l s ，u ks c h e m e 2 0 v o y a g e ro b j e c t s p a c e j a v a 资料来源：h t t p ：w w w a g e n t b u i l d e r c o m a g e n t t o o l s i n d e x h t m l 由上表得知，许多大公司及研究机构都投入人力开发移动a g e n t 系统，可见其市 场潜力，其中所使用开发的语言以j a v a 为最多，其次是c ；众所都知，j a v a 是面向对 象( o b j e c t o r i e n t e d ) 程序语言，且极为适合用来开发因特网相关应用程序，j a v a 具有 下列几项特性，使其成为开发移动a g e n t 系统的最佳程序语言凹。j a v a 的优点： 与平台无关( p l a t f o r mi n d e p e n d e n t 曲 j a v a 是被设计运行在不同平台中的程序语言，因为其编译器将j a v a 编译成字节 码而非机器代码，因为字节码是与执行平台无关的，只和j a v a 的j v m ( j a v av i r t u a l m a c h i n e ) 有关，这使得我们在发送移动a g e n t 至另一部主机执行时，可以无需知道主 机的类型。 安全的执行( s e c u r ee x e c u t i o n ) 由于j a v a 是被设计运行在因特网的程序语言，因而安全的机制很重要，j a v a 没 有c 的p o i n t e r ，内存的存取都必须在j a v a 的控制之内，j a v a 不允许不合法的数据类型 转换，j a v a 有s e c u r i t ym a n a g e r 去检查所有不安全的操作，如文件存取及网络联机， 这样的机制可以使主机阻挡无法信任的a g e n 谜入主机内执行或存取私有的信息。 动态类加载( d y n a m i cc l a s sl o a d i n g ) 此机制可使j v m 在执行期间加载和定义类别( c l a s s ) ，提供一保护的名称空间给每 一个a g e n t ，使得a g e n t 之间的执行可以安全且独立。 多任务能力( m u l t i t h r e a dp r o g r a m m i n g ) a g e n t 能乘l 其它a g e n t 在同一部主机中执行，a g e n t l 天| 其自主性的特性，彼此必须 是独立执行而互不干扰，而j a v a 提供多任务的能力，刚好可以满足此点，同时j a v a 提供支持同步( s y n e h r o n i z a t i o n ) 的能力，可使a g e n t 之问在互动更加顺利。 对象序列化( 0 b j e c ts e r i a l i z a t i o n ) 移动a g e n t 有一重要的特性便是他们要能被序列化( s e r i a l i z e d ) 及反序列化 基于多a g e n t 的高校排课系统的研究第二章理论基础 ( d e s e r i a l i z e d ) ，j a v a 提供内建序列化机制，使得对象的状态能够完整保留，且在重新 产生新实例或其它对象要使用此对象的状态时，还原此对象的状态。 映射( r e f l e c t i o n ) j a v a 通过使用映射，能够在执行时期决定加载类所提供的字段( f i e l d ) 、方法( m e t h o d ) 及构造方j 去( c o n s t 邝c t o r ) ，这使得a g e n f 可以很容易地了解其它a g e n t 所提供的功能。 由上述j a v a 语言本身的特性得知，j a v a 可以提供移动a g e n t 系统的最佳开发基 础，而在使用j a v a 为开发移动a g e n t 的各个系统之中，又以i b ma g l e t s 最广为被企业 界及研究机构所采用，本文将采用i b ma g l e t s 做为系统设计的平台，而i b ma g l e t s 的介绍及运行方式将在下一节来阐述。 2 1 4 多a g e n t 系统( m u l t i - - a g e n ts y s t e m ) 多a g e n t 系统是a g e n t 技术中比较新的分枝，从2 0 世纪的8 0 年代开始有人研究， 一直到2 0 世纪的9 0 年代中才得到广泛的认同，其是一种通过由下面上的方式所形成 的一种分布式人工智能系统网络，从问题的局部概念出发来探讨一群在逻辑上或实 体上分离的a g e n t 之间的行为协调，而各个a g e n t 间具有一定的独立解决问题的能力， 而这些a g e n t 则是通过彼此之间的协商以共同完成比较复杂的任务。由于其可处理单 目标的能力，也可以处理多目标问题的能力，因此可将其运用于解决生产流程程或 排时刻表等最佳化的问题上。s y c a r a 等人描述了多a g e n t = 具有下列特性： 1 每一个a g e n t 具备不完整的信息，或不完整的问题解决能力，因此每一个a g e n t 被限制在其特别的领域。 2 不具备整体的系统控制能力。 3 数据是分散的。 4 是异步的运算 然而多a g e n t 系统是一个高度交叉的研究领域，它吸取了不同领域的内容，如经 济学、哲学、逻辑学、生态学和社会科学等，因此这方面研究的主要方向主要偏重 在用a g e n t 来模拟人类的理性行为，去面对不断变化的环境，在这样不断变化的环境 中除了要保持对环境的反应同时还要使用一定的策略来对自身的行为作出规划，进 而预测未来的状态以及通过通讯语言来与其它a g e n t 协商与协作。 第二章理论基础 基于多a g e n t 的高校排课系统的研究 2 1 5a g e n t 技术的系统观点 w o o l d r i d g e 认为在面对多a g e n t 领域，最重要的是理解发生在这些a g e n t 之间的 互动的类型。同时在建立系统之前首先要能了解和建立多a g 钮t 系统观点，而多a g e n t 的系统观一般可分成下列四个方面所组成： 1 a g e n t e ) i ：对应的对象 由于使用a g e n t 对应实际物理系统中的什么对象决定了整个多a g e n t 系统的性质 和其行为模式，使用不同的对应方案基本上所代表的是也就是不同的多a g e n t 系统的 技术方案。 2 a g e n t 的内部结构 不同角色或作用的a g e n t 的内部结构之问是有所差别的，但是在于自主性，独立 性和通讯性等a g e n t 的基本要求上是一致的。 3 多a g e n t 的整体结构 指的是a g e n t 之间的拓扑关系，a g e n t 所对应的对象不同会导致这个整体结构上 的差异。 4 a g e n t 之_ 问的协商策略 a g e n t 之间的协商模型代表了一种系统关系结构，主要是资源a g e n t 和任务a g e n t 之问的对立统一关系。一旦建立起多a g e n t 系统，如何在没有第三方的介入之下使得 这些自主的a g e n t 之间能够达成一致，就是一项问题：因此，个别a g e n t 必, 须具备有 主动与其它a g e n t 达成一致的能力，而协商的能力则是要达成一致的重要关键。而协 商则必须受某一种特定机制或协议所支配，因此，如何设计a g e n t 协商协议以使得个 另i j a g e n t 能够使用一个策略以最大化自身的利益便是一个重要问题。 s a n d h o l m 认为一个协商协议会包含下列几种性质叻， 1 能确保最后能够成一致。 2 可获得最大社会利益。 3 具有p a r e t o 效率：不存在其它协商结局，使至少有一个a g e n t 更好而没有使其 它a g e n t 更差，称这个协商结局具有p a r e t o 效率。 4 个体理性：能保证协商参与者的最大利益，此为最重要的一点，因为没有个 基于多a g e n t 的高校捧课系统的研究第二章理论基础 体理性就没有参加协商的动机。 5 稳定性：这使得所有的a g e n t 都有按照特定方式移动。 6 简洁性：使参加者可以很容易地决定最佳策略。 7 分散性：要使a g e n t 之间的通信量达到最少。 在多a g e n t 领域中主要是应用竟权、协商来取得a g e n t 三f 间的一致。 2 2i b m a g l e t s 介