（计算机科学与技术专业论文）面向agent软件建模语言与环境.pdf

国防科学技术大学研究生院学位论文 摘要 在过去= 1 年软件工程发展中趣关键作用的因素之一。是越米越强大和自然的高层抽象 机制的发展，使得复杂系统能够被建模、分恚野和开发。近年来，a g e n t 技术被广泛认为代表 了使数据擒象和操作抽象谶步统一的发展方向。面向a g e n t 的软俘开发方法学酶研究开 始为人们所关注。本文提出以c a s t e 概念为中心的多a g e n t 系统建模方法c a m l e ，包括一 个建棱过疆、一种鞠形纯建模语言帮一个支稔环境。 此建模方法基于形式化规约语言s l a b s 中定义的概念模型。建模过程包含一系列有 穿翁透我的步骤，g | 导设诗学镬弼辫形纯建模语言邋过在塞躐晨次黟徽理层次主分别分辑 信息系统的全局属陛和系统中各a g e n t 的行为特性，商序地构造面向a g e n t 的软件模型。建 模语言提供了通过兰枣 视图撼述软馋壤型的语言规制，用一鳃子模型分别从结擒、协作和 行为方面在不同抽象级别上刻画多a g e n t 系统。c a m l e 模型的各个予模型构成层次结构， 反漱建模过程中对多a g e n t 系统进行的层次分解。为保证一个系统横趔中多个视图问以及 多个抽象鼷次闽的一致性，c a m l e 语言形式地定义了模螫备视点之阉静一致经约束条件， 并实现了建模环境对模型的一致性枪查功能。为了将图形化模型的直观易用与形式化规约 鑫勺可分辛厅验证静铙点挺结台，本文掇密了麸c a m l e 蓬形纯模羹妥s l a b s 形式诧裁缝戆 自动转换规则和算法，并实现了建模环境的自动生成形式化规约的功能。 本文套绥c a m l e 建模环境戆设诗与实瑗，莠遴过寨铡分提说爱建援方法、语言黟支 持环境的应用。该环境的主要功能包括：横型的创媲和编辑，从模型的已有视点自动生成 冀 也视点下躲部分模型：模型一致蛙约鱼动捡查：从用户剁建的图形化模型自魂生成 s l a b s 形式化规约。 关键词：面向a g e n t 软件并发方法掌逡模方法建横过程图彩纯建模语言支持环境 籀i 页 a b s t r a c t o n eo ft h ek e yf a c t o r st h a tc o n t r i b u t et ot h ep r o g r e s si ns o f t w a r ee n g i n e e r i n go v e rt h ep a s t t w od e c a d e si st h ed e v e l o p m e n to f i n c r e a s i n g l yp o w e r f u la n d n a t u r a lh i g h - l e v e la b s t r a c t i o n sw i t h w h i c h c o m p l e xs y s t e m s a r e m o d e l l e d ，a n a l y s e da n dd e v e l o p e d i n r e c e n t y e a r s ，i tb e c o m e s w i d e l yr e c o g n i s e d t h a t a g e n t sr e p r e s e n t a na d v a n c ei nt h i sd i r e c t i o nt h a tc a nu n i f yd a t a a b s t r a c t i o na n do p e r a t i o na b s t r a c t i o n t h i st h e s i s p r e s e n t s am e t h o d o l o g yo fa g e n t o r i e n t e d s o f t w a r ee n g i n e e r i n gb y p r o p o s i n gam o d e l l i n gl a n g u a g ec a l l e dc a m l e a n dr e p o r t so u rw o r ki n p r o g r e s so nam o d e l l i n ge n v i r o n m e n t c a m l es t a n d sf o rc a s t e c e n t r i ca g e n tm o d e l l i n gl a n g u a g ea n de n v i r o n m e n t i ti sb a s e d o nt h es a m e c o n c e p t u a l m o d e lo fm a s ( m u l t i - a g e n t s y s t e m s ) d e v e l o p e d i ns l a b s ( s p e c i f i c a t i o nl a n g a u g ef o ra g e n t b a s e ds y s t e m s ) c a m l ei s i n t e n d e dt oe n a b l es o f t w a r e e n g i n e e r s t o d e v e l o pc o o p e r a t i v e i n f o r m a t i o n s y s t e m ss y s t e m a t i c a l l yt h r o u g h s m o o t ha n d o r d e r e dt r a n s i t i o n sf r o mm o d e ko fc u r r e n ts y s t e m sa n du s e r s r e q u i r e m e n t st ot h ed e s i g na n d i m p l e m e n t a t i o n o fn e ws y s t e m s e v o l u t i o n a r i l y am u l t i - a g e n ts y s t e m i sm o d e u e d b y a h i e r a r c h i c yo fd i a g r a m sf r o md i f f e r e n tv i e w sa t v a r i o u sa b s t r a c tl e v e l s i no r d e rt oe n s u r et h e c o r r e c t n e s s ，c o n s i s t e n c ya n dc o m p l e t e n e s so fc a m l em o d e l s ，w ei n v e s t i g a t et h ec o n s i s t e n c y c o n s t r a i n t sf o rc a m l e l a n g u a g e t h e s ec o n s t r a i n t sa r ec o m p u t a b i ea n d h a v eb e e n i m p l e m e n t e d i nt h ee n v i r o n m e n t w ei n v e s t i g a t et h ea u t o m a t e dt r a n s f o r m a t i o nf r o mv i s u a lm o d e l so fm a si n c a m l et of o r m a l s p e c i f i c a t i o n s i ns l a b s t h et r a n s f o r m a t i o nr u l e sa n da l g o r i t h m sa r e p r e s e n t e d t h ei n t e g r a t e dc a m l ee n v i r o n m e n ti si n t e n d e dt o s u p p o r tm a sm o d e l i n gi nc a m l e l a n g u a g et h r o u g h a g r a p h i c u s e r i n t e r f a c e e n g i n e e r s d e s c r i b ei n f o r m a t i o n s y s t e m sb y c o n s t r u c t i n gd i a g r a m m a t i cm o d e l s t h e n t h ee n v i r o n m e n tc a nc h e c kt h em o d e l s c o n s i s t e n c ya n d a u t o m a t i c a l l yd e r i v ef o r m a ls p e c i f i c a t i o n s i ns l a b sf r o mt h ec a m l em o d e l s t h ed e s i g na n d i m p l e m e n t a t i o no f t h ee n v i r o n m e n ti sr e p o r t e da n di t su s e sa r ei l l u s t r a t e db ye x a m p l e sa n dac a s e s t u d y k e y w o r d s ：m u l t i a g e n ts y s t e m , c a m l e ，a g e n t - o r i e n t e d s o f t w a r e e n g i n e e r i n g m o d e l l i n gl a n g u a g e ，m o d e l l i n g e n v i r o n m e n t 第页 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我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，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人己经发表和撰写过的研究成果，也不包含为获得国防科学技术大学或其它 教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文题目 鱼鱼! 挫! 垫堡壅焦堡主圭叠! 童二 学位论文作者签名望丝墨 日期：z 。 j 年上月，日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解国防科学技术大学有关保留、使用学位论文的规定。本人授权 国防科学技术大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 文档，允许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 【保密学位论文在解密后适用本授权书。) 学位论文题目：壹1 21 挫! 茧耸壅接遣i 乏叠! 垂 学位论文作者签名：望鏊量 日期： 2 。) 年上月肜日 作者指导教师签名 聋呜 日期：a 、年f 月fp 8 。 国防科学技术入学研究生院学能论文 圈2 ，la g e n t 耨翁的圈形亿表示 幽2 2c a s t e 规约的图形化表示 酗2 3 演纯式生鑫周裁 图目录 图2 4c a m l e 的分析与建模过程 型2 5c a m l e 模型戆蹩体结橡。 图2 6 结构图的图元符号 型2 7 结构躜的一个例子 醋2 8 协作图的图元符号 目2 9 协作豳的例子 图2 1 0 细节协作图铡予 图2 1 1 将d e p to f f i c e 分解的低层协作图 鹭2 1 2 强景鞫翡圈元符号 图2 1 3 场景幽的格式 篷2 4 行为粼豹黠热塑元符号 图2 1 5 行为图：例一 望2 ，1 6 包含场景标识符的行为圈 2 3 2 4 2 6 2 6 2 7 2 8 2 8 幽2 1 7 场景图 图2 1 8 行为图：e c o s y s t e m 在场景1 中的行为 巨2 1 9 场景瑟：所香a g e n t 曩付程金一 图2 ，2 0 行为图：淘汰a g e n t 的行为规则 图2 2 1 行为强；产生a g e n t 豹聿亍为鬣刘一 幽2 2 2e c o s y s t e m 的形式化规约 圈4 1 结麴黧与c a s t e 嫂约。 图4 2 协作图 图4 。3 生残靛e c o s y s t e m 的规约鲍环境瓤分 图4 4 行为规则的示意图 圈4 5 行为图示意图 图4 6 动 乍节点和状态节点示意图及冀形式仡规鲶 蚓4 。7 行为模式示意图及其形式化规约 圈4 8 经合场景及葵形式诧蕊终 第1 v 页 母u辩：2玎豫撙雏甜 殍如瓢烈封弛鹤铝鞋记葵弱努 国防科学技术入学研究生院学位论文 圉4 9 个场最描述嘲及箕璐式纯谶约。 幽4 一l o 行为模式节点与生成的形式化规约 图4 1 ie c o s y s t e m 鞠行为圈。 图4 1 2 生成的e c o s y s t e m 的形式化行为规则 缉5 1 c a m l e 环境豹软件结撬 图5 ，2c a m l e 的界面 豳5 3 管理嚣窗口 图5 4 行为图编辑器窗口 图5 5 协作燃 圈5 。6 生成的部分协作圈 圈5 7c a m l e 的模型一致性梭奄的输出 鹜5 8 生成静c a s t e 懿形式纯援约 图6 + 1u n s c 结构图一 篷6 2l r n s c 综合谤传塑 图6 3u n s c 细节协作图：提议表决 露6 4u n s c 细节协馋图：收回提议 酗6 ，5c h a i r 的行为圈 图6 6 场景图一 匿6 7u n s c - m e m b e r 的行为圈 图6 8 对u n s c 模型一致性梭查的结柴 醒6 9c h a i r 的形式纯戆终 图6 ，1 0u n s c - m e m b e r 的形式化规约。 7 2 + + 7 2 7 3 。7 3 。7 5 7 6 7 7 7 7 。7 8 7 8 薷v 页 弘舛努8舛：2晒盯卵强 辫游科学投术大学磷宠生院学位论文 表目录 袭1 1 顽向a g e n t 软件工程化开发方法的分类 袭2 一t 场景图中的量词 袭3 1 对行为图和场景圈中连线的使用限制 裘3 2c p u m l e 港言一致戆约寒分类， 表4 1 符号定义， ，。4 2 7 3 9 锥 5 6 国防科学技术火学研究生院学位论文 第章绪论 面向a g e n t 的软件开发悬近年来软件工程领域出现的一个新的研究方向。由于a g e n t 的 鸯主性、交v ：蓦= 往、反应睦帮鑫发洼等待征与鹾络疫捌获释静分布、鑫适应、动态扩晨、开 放、异构等特征相适应，以a g e n t 概念为基础可以对系统中的行为实体以及问题求解模式 送行较交然麴建臻，为应村开发弱终应用软 孛系统蛉复杂度提供了一条额愚鼹，困焉葵磷 究和应用引起了学术界和工业界的商度关注，出现了一些面向a g e n t 的软件殿用。鉴于面 向a g e n t 软 应j ； l 的塞益重要，有关嚣向a g e n t 软件开发方法的研究也提上日糗。本文介绍 一引。面向a g e n t 的建模方法c a m l e ( c a s t e - c e n t r i ca g e n tm o d e l l i n gl a n g u a g e a n d e n v i r o n m e n t ) ，包括一个建模过程、一利一图形化建模语言和一个支持环境。 1 1 课题背娥 随着网络技术的迅猛发展，计簿机应用在不断地扩大和深入。当前网络应用软件系统 广泛呈瑷嵌分布、鑫适应、动态扩鹱、开放、雾构警特征，始方兴未艾的i n t e m e t 环境下 语义w e b 信息服务系统【l 】、电子商务系统【2 】等，熟开发过程也常常采用生长式或进化式 途径。这类系统在软件体系结构、生命周期和开发方法等方疆较传统软件都发生了深刻变 化，从而对软件方法学在技术、过程和工具等各方面提出了新的挑战【3 】。尽管面向对象等 方法近年来获得了巨大而广泛的成功，但是对于日靛复杂化的网络成用软件系统而富，研 究人员仍然致力予歼发更鸯弱有效的软伟开发技术懿满足薪静簧求。 在过去的近十年间，a g e n t 技术受到越来越多的关注，出现了一，热成功的成用实例。虽 然a g e n t 筑蠢筵念蠢蓊滏无霹较广泛接受静定义，毽一觳逢落，a g e n t 楚据其舂爨主淫、交互 性、反应性和自发性等特 正的计算文体。人们认为，a g e n t 的这些性质与网络应用软件系统 浆上述耪蔹楣唆台，能够囊然、戤甥、壹鼹遮表示这类复杂系统中熬行为实钵，提供蠢兹 的抽象、建模等问题求解手段，可以为研究和分析上述软件系统的特点、控制和管理其开 发靼维护中鲍复袭疫提供合理的概念摸型【3 】。a g e n t 技术代菠了一融新的正在形成的较 牛 开发方法，它为开发具有上述特征的软件系统提供了新的思路，因而被认为将会带来软件 工程领域次新的巨大进步f 4 ，5 】。 尽管a g e n t 授术得到了学术界和工业羿的高度荧注和羹橇，近年来研究敬得了长定遴 展，但a g e n t 技术并没有蒙人们所预期和期待的那样成为被工业界广泛应用的面向a g e n f 的软件开发范整。分析箕蕊狄释琢毽，s y c a r a 指出，在a g e n t 系统瓣嚣发中存在两个技寒 上的问题：一是缺少一种系统的、面向a g e n t 的软件开发方法的指肆，开发人员无法清晰 主蠢以a g e n t 搀造应建；二楚谈乏买骞是够灵活( f l e x i b i l i t y ) 熬器发工具，无法锌对a g e n t 嫡1 页 凼防科学技术火学研究生院学位论文 所具有的各利i 特性进行描述和开发 5 】。由于a g e n t 概念模型的新特j 气，现有软件开发方法 ( 如结构化、面向对象等) 不能为a g e n t 系统开发提供克足的方法学上的指导。因此，要 真正让a g e n t 技术充分发挥其潜力，在解决当前复杂软件开发中的问题以及工业应用。p 发 挥作用，迫切需要研究相应的软件开发方法学，来指导软件开发人员系统地对a g e n t 系统 进行工程化开发，支持需求分析、软件设计和编码等软件开发活动。 自2 0 世纪9 0 年代中后期以来，人们开始关注面向a g e n t 的软件开发方法的研究，提 出了一些面向a g e n t 的软件开发方法，其中较有影响的工作有：i g l e s a i s 和g a r i j o 等的 m a s c o r m n o n k a d s 方法 6 ，w o o l d r i d g e ，j e n n i n g s 和k i n n e y 的g a i a 方法 7 ，8 ，w o o d 和d e l o a c h 的m a s e 方法 9 ，1 0 】，o d e l l 等的a g e n tu m l 方法 1 1 ，1 2 等等。与此同时也 出现了一些开发环境与工具，其一= | _ = 【较实用的有：a r c h o n 开发环境 1 3 ，a g e n t t o o l 软件 1 0 】，a g e n t b u i l d e r 软件 1 4 以及j a c k 开发包 1 5 等。 1 2 1a g e n t 与多a g e n t 系统 1 2 现有相关工作 a g e n t 的概念源自人工智能( a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e ) 学科。早期的人工智能研究主要基 于物理符号系统假设的思想，它认为智能任务可以通过对问题的符号化内部表示进行操作 的推理过程来完成，推理过程以及内部表示构成t a g e n t 的最初框架。2 0 世纪7 0 年代末，人 工智能研究者开始对合作、分布的多a g e n t 系统的研究工作，由此产生了分布式人工智能、 机器人学、人工生命( a r t i f i c i a ll i f e ) 、分布式对象计算、人机交互、知识获取等研究领 域。 从软件设计的角度来看，s h o h a r r d 艺软件a g e n t 定义为 1 6 ：a g 葫t 是一种在特定环境中连 续、自主地运行的软件实体，通常与其他a g e m 一起，联合求解问题。连续与自主的需求来 自我们需要a g e n t 以一利t 灵活和智能的方式完成其活动，无需人的引导与干预而响应环境的 变化。联合求解的需求源于我们希望一个a g e n t n b 够与其他a g e n t 相互通信和协同。e t z i o n i d f r a n k l i n y d 吐l a g e n t 的如下一些属性： 1 自治胜( a u t o n o m y ) ，又称为自主性：a g e n t ：运行时不直接由人或者其他东西控制， 它对自己的行为和内部状态有一定的控制权。 2 反应性( r e a c t i v i t y ) ：有选择地感知和行动的能力。 3 社会能力( s o c i a la b i l i t y ) 或称为可通信性( c o m m u n i c a b i l i t y ) ：a g e n t 能够通过某 种通信语言( 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 ) 与其他a g e n t 进行信息交换。 这些属性导致a g e n t 具有自我激发行为( 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：n a g e n t 的行为是主动的，或者说是自我激发的。 a g e n t 感知周围环境的变化并作出基于目标的行为( g o a l - d i r e c t e d b e h a v i o r ) 。能够使用预先 第2 页 国防科学技术人学研究生院学位论文 了解的。! 】殳h 标的知识，根据抽缘任务说明采取行动，并能选择方法以获得灵活性；除具 有己知信息外，可能还具有关于自己、用户、当前态势和其他a g e n t 的明确模型。从面1 9 a g e n t 编程的角度来看，a g e n t 其我激发行为的意义在于：虽然a g e n t 模型与面向对象中的对象模型 一一样都遵循着信息隐藏与封装的原则，但是对于a g e n t 而言，它的封装层次高于对象：a g e n t 不仪封装了行为，还封装了行为的激发机制，p 1 a g e n t 对行为的推理。 多a g e n t 系统定义为多个问题求解器松散耦合而成的问题求解网络，这些问题求解器相 互作用以解决由单一个体所不能处理的复杂问题，这里的问题求解器称为a g e n t 1 7 。多 a g e n t 系统的典型特性是：每个a g e n t 具有有限的信息资源和问题求解能力，不依赖于全局观 点：系统不存在全局控制，控制是分布的：知识和数据都是分散的；计算是异步执行的。 1 9 9 8 年，s y c a r a 旨出设计和实现多a g e n t 系统的关键问题： 1 如何在一组a g e n t 中形式化地表示、描述问题，分解、分配任务以及综合结果。 2 如何使各a g e n t 能够通信和相互作用? 3 如何保$ ，y a g e n t 在制定决策或采取行动方面能够一致，并使局部决策具有全局效果 以及避免有害的相互作用? 4 如何使每个a g e n t 了解其他a g e n t 的行为、规划和知识，并能针对这些内容进行推理， 以便与其他a g e n t 协调? 5 如何识别和消解合作a g e n t 之间不同的观点和冲突的意图，以便协调它们的行为? 6 如何工程化实现实际的多a g e n t 系统? 如何为多a g e n t 系统设计技术平台和开发方 法学? 不难发现解决这些问题的方法是相互关联的。例如不同的通信和相互作用过程蕴含了 协调和连贯的行为，不同的任务分解方法可能产生不同的相互作用方式和a g e n t 模型化需 求；一致的、连贯的行为依赖于 a g e n t 解决知识不一致问题的方法等。对于这六个问题的回 答需要一个统一的基础，即对a g e n t 和- 多a g e n t 系统概念模型的理解。出于对概念模型的不同 理觯，对上述六个问题的回答也会不同。 1 2 2 面向a g e n t 的软件开发方法 面向a g e n t 的软件开发方法是指以a g e n t 为基本概念和系统主要构成元素进行软件开发 的方法。与所有软件开发方法一样，一个成熟的面向a g e n t 的软件开发方法应该包括至少 三个组成部分f 1 8 ：过程、描述语言以及一组使用其过程和语言的指导规则。过程反映了 该方法对软件生命周期的认识以及相应的开发、维护和使用的步骤，描述语言建立在一定 的j c 念模型的基础上，提供对软件系统进行描述的语言设施和表示形式。对a g e n t 系统进 行描述的本质实际上就是在一定抽象层次上对a g e n t 系统进行建模。遵循软件工程的抽象、 逐步求精、多视点的原则，面向a g e n t 的软件开发方法不仅需要支持从不同抽象层次、不 同的视点对a g e n t 系统进行建模，而且需要支持从高层次模型( 问题描述) 到低层次模型 第3 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 ( 软件解决方案) 的逐步过渡帮细化，最终得到可实现盼系统模型。 面向a g e n t 的软件开发方法的基础是多a g e n t 系统概念模型，其核心思想魁：系统是由 w 缝其有蠹字性、反应注、鑫发往帮交互整簿特征豹a g e n t 缝戏，a g e n t 之阀通过社会程戆 行为来实现系统的烂体功能和目标。a g e n t 间的社会性行为不同于对敷技术中的消息传递， 露楚綦于蔡秘a g e n t 邋讯语言的a g e n t 交互以及在此熬础上鲍复杂换嗣与合佟。因此，开发 a g e n t 系统不仅需要涉及a g e n t 体系结构、通信语言、合作模溅、本体论、程序设计语言等 具体的技术、模型鞠实现工具，更需要系统方法学以对a g e n t 系统进行工程化的软件开发。 表1 1 面向a g e n t 软件工程化开发方法的分类 特点代表淫工僚 基于知识工稷以知识工程的理论与技术为 m a s c o m m o n k a d s ，d e s i r e 基礁 基于对象技术以面向对象软件开发方法学 m a s e ，u m l ，a u m l 为鏊稿 基于角色模型以社会学和组织学等学科方 g a i a ， a o m ，s t y x 7 面的理论为熬础 目前研究人员已经提出了一些专用和通用的面向a g e n t 软件静歼发方法。匿前的筒向 a g e n t 软件方法可以分为工程化方法和形式化方法两丈类，瓶工程化方法对a g e n t 和基于 a g e n t 系绞构成的疆解各有不露，幽诧出发这些方法所依赖瓣疆论基穑与技术黉景毽鸯差 异，基于此我们将现有的丽向a g e n t 软件工程化开发方法分为以下几个类别( 表1 1 ) ： f l 基予箱谖王程 该类方法应用知识工程的理论与技术对a g e n t 系统进行建模，代表性工作包括 m a s c o m m o n k a d s 、c o m o m a s 簿。其基零愚想a g e n t 是个具有翔识缝蘧能力的蜜体， 舆体而言： 1 ) 出于a g e n t 具有认知的特性，两知识工程方法恰恰为a g e n t 知识提供了相应的建 模技术，闵此知识工程方法对于纂于a g e n t 系统的建模与开发提供了一定的旗穑。 2 ) a g e n t 的定义过程可以被着作是个知识凝取的过程。此外，现有知识工程方法 的扩展可以充分秘眉已裔的经验、工兵、本体库帮闯惩求解方法纛。 该类方法虽然反映了a g e n t 的认知特性，但是，知识工獠往往将系统看作个集中控制 式瞻系统，这秘躐点不适瓣予具毒分布洼鞠社会犍熬a g e n t 系统。 ( 2 ) 基于对象技术 该类方法以嚣囊慰象软搏开发方法学豹理论窝拨寒为蒸獭，将a g e n t 程为其毒势发秘自 主特征的特殊对象，通过对已有面向对象软件开发方法的扩充来支持对基于a g e n t 系统的 建摸。代表性工作包括：o d e l l ，y k n 等人提出的a u m l ( a g e n tu m l ) ，d e l o a c h 等人提出 的m a s e ( m u l t i a g e n ts y s t e me n g i n e e r i n gm e t h o d o l o g y ) 方法。其基础是面向对象歼发模式 第4 页 国防科学技术火学研究生l 溉学位论文 和面向a g e n t 开发横式之闻存在的栩似p ：t 1 9 。例如，s h o h a m 曾经搭出a g e n t 可i 冀被蓿作 活动对象，即拥有心智状态的对象 1 6 。其相似性具体表现在如下几个方面： 1 ) 澍象帮a g e n t 都袋鲻渚恿传递作为邋信方式，都可数使拜j 继承与聚合定义冀结褥 1 9 。丰疆区别在于二者消息类型的不同，以及两者的状态的性脱不同，a g e n t 状态( 鏊于其痿念、蘩羹、塞蠢、承诺等 熬表示上秘差辩。 2 ) 可以使用面向对豫语言实现基于a g e n t 的蕊统，事实上，许多a g e n t 应用软件是 删蟊囱对象的程序设计落富实现的。 3 ) 面向对象中常用的三个视图同样适用于a g e n t ：( a ) 描述对象结构以及对象阔结 构上的关系的静杰视图可以用于描述a g e n t 的结构以及多a g e n t 系统的社会组织 结构： 转) 描述对象交互的动态视图可醵厢以描述a g e n t 之闻静交互；( e ) 描 述对象的方法之间的数据流的功能视图可以用以描述a g e n t 内部的行为活动之间 翁信息漉。 4 ) 对象识别的一些技术可以应用到a g e n t 识别上，比如u s ec a s e 以及类职责协作 ( c r c ) 卡片可以角鞋浚剐a g e n t 鲍角色彝功能。 以面向对象方法为基础的a g e n t 方法有利于利用面向对象方法在软件生产中的普遍使 用寒推广a g e n t 技术。然两，嚣彝对象方法无法潢足开发a g e n t 系统中驰下面一些要求：( a ) 尽管二者都使用消息传递作为通信手段，但是对象间的消息仅仅用来激活特定方法，a g e n t 对消息进行分类，使用言谬行为对消息进行建模，使用复杂的协议进行协商，a g e n t 通过对 接收渭息的分析来决定是否执行被请求的动作；( b ) a g e n t 由其心蛰状态刻溺，面向对象 方法无法对a g e n t 如何推理、执行规划进行建模：( c ) a g e n t 具有社会维度的信息，需要有 幸苓定的遥耩来对a g e n t 之闯静社会关系进行建模。( d ) a g e n t 豹系统虽然可敬掰嚣囊对象语 言实现，但系统的a g e n t 模型与对撩式实现之间存在巨大的麓距，遮一差距圈前不得不通 过a g e n t 开发工其缘平台寒溶羚。 对象码a g e n t 概念的异同及其之间的关系依然悬人们争论的焦点( 2 0 】，在a g e n t 概念的 定义撂到人们广泛认同之翁，这一争论仍携挎续下去。 ( 3 ) 基于角色模型等 该类方法借助于社会学和组织举等学科的理论，通过角绝或组织概念来理解系统中的 行为，将a g e n t 视为系统中承担某个或菜些角色的自主行为实体。一个a g e n t w 以承掇个 或者多个角色，一个角色也可以为多个a g e n t 所承担( 也有学者认为一个角色只能被至多 个a g e n t 承挺) 。角色限定了实俸静行为甄翔、交鬣方式。实体静行为毵力遴过其承疆的 角色访问。这方面的代表性工作是w o o l d r i d g e 等人提出的g a i a 方法【7 8 】。这种方法一般 雹瑟两类搂垄： 1 ) 角色模型：通过对系统需求的分析，提取出系统中存在的角色，继而得到角色 之阗结鞠关系( 继蕊、聚台等) 以及燕色闫的交强与合佟，麸两构成是色模型， 刖米刻域系统静态结构和动态结构。 撼5 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 2 ) a g e n t 谈趟：为了从角色模型得到a g e n t ，有两种选抨：其从角色得到翱威的 a g e n t 类，并由这蝗类实例化得到a g e n t 实例；其二将角色视为在照统中存在的 实体，并个角色对应不同的a g e n t 鬟，壶这麓类实翻亿褥弱承撵不同角色豹a g e n t 实例。 这类方法摇聪了毵有方法在语富强撅念上的约寒，以基予是雹毂羧念镬熬为基勰，阂 此可以创建出符合面向a g e n t 系统概念的软件分析、设计与开发语言。但是，其不足之处 在予，这怒一个完全扶无到学静过羧，无法重用已蠢约分桥与设诗开发语言。 1 3 本文的主要工作与目标 本文提出了个面向a g e n t 的软件建模方法c a m l e ，包括建模过程、图形化建模语言 帮支持环浚。茈工作属子黯甏向对象方法擎的扩展，露概念模鍪中定义髂a g e n t 豹分类器 c a s t e 是对词向对象方法学中类的概念的延伸，对c a s t e 之间的一些关系( 如继承) 的刻画 藿王澄阂了甏疑蟪象中摺痊朗概念窝耱号。毽c a m l e 方法与瓣囊薅象方法学凌壤念模型靼 比喻上有黧要差别。与其他扩展对蒙技术的方法不同的是，c a m l e 方法基于一个严格定 义黝多a g e n t 系统搬念模型。目标在予在统一粒蘑囱a g e n t 软传方法举框架下，从软件工程 的角度，针对系统分析和建模阶段，提供完整高效的表达手段、育序步骤及工具支持。本 文主要傲了以下工作； a 据出了一种面向a g e n t 的圈彤亿建横语言。定义了语畜的圈元符号、语法规刚班及 绶性约束： b 分耩了反黼影纯羧型蜀形式纯矮约豹基动转换方法； c 实现了建模支持环境，在图形界面下支持模型创建，提供自动的模型一致性检查 农鑫动豹形式诧怒终生成臻能。 本文的研究成粜包括分别发表在国际会议i a t 2 0 0 3 和g c c 2 0 0 3 上的文鬣等( 见本文附 最) 。 1 4 论文安排 本文分为七章。本章为绪论。其余各章组织如下： 第二章介绍c a m l e 静蠢离a g e n t 建模潘言。律凳c a m l e 戆鹜祭帮彗硝，酋竞麓奔了 形式化规约语言s l a b s 中提出的雾a g e n t 系统概念模型，以及c a m l e 所支持的建模过程。 之蓐奔绥鑫三释褫嚣蕴藏瓣c a m l e 语言。 弟三鬻定义c a m l e 谣言的一致性约柬。分别形式地给啦各个子模型的语法条件以及 予模型蠹葶【l 子模型闻翘一数牲条 串。之后麓会了一皴牲条传拦建摸耀境； 一，鹩应用。 第四鬻描述从c a m l e 图形化模型到s l a b s 形式化规约的自劫转换方法，给出了转换 国防科学技术人学研究生院学位论文 规则及转换算法。 第五章介绍我们设计和实现的c a m l e 建模支持环境。概述了此环境的设计日标，以 及环境的界面、软件结构和主要功能。之后分别介绍了环境r | 三个主要1 二具：模型创建t 具、致性检查： 具和形式化规约自动生成工具。 笫六章给出一个案例分析。通过对f i p a 给出的案例“联合国安理会决议过程”的建模， 介绍c a m l e 过程、语言及支持环境的应用。 第七章总结全文，给出与相关工作的比较，并简要阐述了对今后工作的设想。 第7 页 国防科学技术火学研究生院。产位论文 g g - - 章 面向a g e n t 建模语言c a m l e 本章介绍c a m l e 语言：基于c a s t e 的多a g e n t 系统建模语言。此语言所基于的方法学 建赢往c a s t e 这一+ 概念的基础上。c a s t e 是在形式化规约语言s l a b s ( s p e c i f i c a t i o nl a n g u a g e f o ra g e n tb a s e d s y s t e m s ，基于a g e n t 系统的形式化规约语言) 中提出的一种语言设施2 l ， 2 2 。s l a b s 中提出了一个多a g e n t 系统概念模型，作为对s l a b s 语言的形式化定义的基 础。此概念模型的中心概念是c a s t e 2 3 ，2 4 。c a s t e 可以被粗略地看作“a g e n t 类”，但c a s t e 还具有面向对象概念中的类所不具备的一些新特征。在对c a s t e 概念及其在多a g e n t 系统开 发中的作刚的研究中，我们认为c a s t e 应在面向a g e n t 软件开发方法学中起到中心作用，如 同类是面向对缘方法学巾的巾心概念。在面向a g e n t 的软件工程方法学框架中，本文提出 一一种以c a s t e 为叶l 心的c a m l e 建模方法学。c a m l e 基于在s l a b s 中提出的多a g e n t 系 统的概念模型。我们提出了对多a g e n t 系统分析建模的过程，在宏观层次上分析系统的全 局属性，在微观层次上分析每个a g e n t 的属性和行为。c a m l e 语言以三种视图支持在此过 程指导下的建模。 本章首先简介s l a b s 中提出的多a g e n t 系统的概念模型和s l a b s 语言的部分语法， 以及个面向a g e n t 的建模过程。然后以主要篇幅详细介绍c a m l e 建模语言。 2 1 多a g e n t 系统概念模型 多a g e n t 技术的最重要的特性之一是它以一种自然的方式将复杂系统用多个各自具有 日标的交互且自主的组件模块化 2 5 1 。作为类的自然延伸，形式化规约语言s l a b s 中引入 的c a s t e 提供了使得多a g e n t 系统的形式化规约模块化的语言设施。s l a b s 是为开发多a g e n t 系统而设计的基于模型的形式化规约语言，给出了多a g e n t 系统的概念模型的形式化定义。 以下简介此模型t a g e n t 、c a s t e 等概念的语法和非形式的语义。 2 1 1a g e n t 现有的面向对象语言的语言设施不能解决软件工程师在开发a g e n t 时面临的所有问题 f 1 1 ，必须引入新的语言设施以支持面向a g e n t 的软件开发。我们认为面向a g e n t 应该且能 够成为面向对象的自然演化，使得所谓的面向a g e n t 范例可以在面向对象范例的基础上构 造。在我们的概念模型中，a g e n t 被构造地定义为封装了数据、操作和行为的处在划定环境 中的实时、主动的计算实体。以下e b n f 范式给出s l a b s 中定义的a g e n t 规约的语法。此 规约也可以用类似于z 语言 2 6 1 的图形化方式等价地表示，如图2 - 1 所示。 第8 页 国防科学技术火学研究生院学位论文 a g e n t - d e s c r i p t i o n ：2 a g e n tn a m e 【： c a s t e - n a m e ，) 】【i n s t a n t i a t i o n ：】 【e n v ；r o n m e n f - d e s c 州i o n ：】【s t r u c t u r e d e s c r i p t i o n ；】【b e h a v i o u r _ c l e s c r i p t i o n 】 e n d n a m e 图2 1a g e n t 规约的图形化表示 其结构包含以下元素： a g e n t 名：a g e n t 的身份标识。