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移动a g e n t 技术评价及其形式化描述 摘要 摘要 y , 3 6 2 6 3 j 本文全面论述了移动a g e n t 技术的发展、概念、理论和应用。 然后，通过与传统技术的比较分析，对移动a g e n t 技术进行了评价。 提出了一个新的观点：移动a g e n t 的实质是信息与服务的分离，其 技术优势在于开放性。移动a g e n t 的这种本质特征符合i n t e m e t 发展 的要求，因此移动a g e n t 将成为i n t e r n e t 上重要的计算模式。 然后，根据对一些实际移动a g e n t 系统的分析综合，得到了移 动a g e n t 系统的一个抽象模型。对这个抽象模型进行了具体说明。 引入了形式描述语言z ，并利用z 语言对这个模型进行了形式化描 述。这是将a g e n t 理论研究方法与移动a g e n t 技术相结合的一个新 的尝试。 关键字：移动a g e n t ，技术评价，信息，服务，抽象模型，z 语言， 形式化描述 移动a g e n t 技术评价及其形式化描述 摘要 a b s t r a c t t h i st h e s i s f i r s t l yg i v e s a s u r v e y o nm o b i l e a g e n t so r i g i n ， c o n c e p t i o n ，t h e o r y a n d a p p l i c a t i o n a a s s e s s m e n to fm o b i l e a g e n t t e c h n i q u e s w i l lb ec o n d u c t e d t h r o u g hc o m p a r i n g w i t ho t h e r c o n v e n t i o n a lt e c h n i q u e s ai m p o r t a n tc o n c l u s i o ni st h a tt h en a t u r eo f m o b i l ea g e n ti st h es e p a r a t i o nb e t w e e ni n f o r m a t i o na n ds e r v i c e t h e s e p a r a t i o nb r i n g sf l e x i b i l i t y a n d o p e n n e s s b e c a u s e t h et r e n do ft h e i n t e m e ti s l y i n g a to p e n i n g ，m o b i l ea g e n tw i l lp l a yg r e a tr o l eo nt h e f u t u r ei n t e m e tf o ri t so p e n i n gn a t u r e t h e naa b s t r a c tm o d e lo fm o b i l ea g e n ts y s t e mw i l lb ep u tf o r w a r d b a s e do nt h e a n a l y s i s o fs e v e r a l p r a c t i c a l m o b i l ea g e n ts y s t e m s a s p e c i f i c a t i o no f t h e m o d e lw i l lt h e nf o l l o w f i n a l l y , a f t e rai n t r o d u c t i o no f z l a n g u a g e ，t h ef o r m a ld e s c r i p t i o no f t h ea b s t r a c tm o d e lo fm o b i l e a g e n t s y s t e mu s i n g zl a n g u a g ew i l lb e t h r o u g h l yd e p i c t e d t h e f o r m a l d e s c r i p t i o nf o c u so n t h ea b s t r a c tc o n c e p t i o n ss u c ha si n f o r m a t i o ns p a c e ， a g e n tp r o x y , a g e n gm a n a g e r ，a g e n tc o n t e x t , e t c k e y w o r d s ：m o b i l ea g e n t ，a s s e s s m e n t ，i n f o r m a t i o n ，s e r v i c e ，a b s t r a c t m o d e l ，zl a n g u a g e ，f o r m a ld e s c r i p t i o n 咎动a g t 技术评价及其形式化描述第1 章引言 第1 章引言 1 1i n t e m e t 的发展趋势 当今社会正进入信息时代，信息技术深刻地影响和改变着人类生活的方方 面面。随着经济的发展和社会的进步，在世纪之交，全球信息化进程明显加快， 信息的产生和需求将迅速增长。2 l 世纪将是一个完全的信息社会。信息社会的 竞争更趋紧张激烈，形式瞬息万变，机会稍纵即逝，无论是国家、社会或企业 决策的成败，在某种意义上讲，它依赖于信息的掌握和利用。 以全球信息网络普及和全球信息共享为标志的“全球信息网络化革命”开 始蓬勃兴起。其实质是人类信息交流方式的现代化革命。由于信息交流是人类 社会赖以形成和发展的重要支柱，因而其造成的影响将大大超过“微机革命”。 国外专家认为：“信息技术将是未来3 0 年里推动技术革命的主要动力”。 纵观全球，以i n t e m e t 为主体的信息高速公路已经渗透到社会生活的各个领 域。在现代通信和计算机技术的支持下，所构筑的全球信息网络平台为人们提 供了信息共享和交流的现代化通道，它对科技、经济和社会进步具有极为重要 不可替代的作用。9 0 年代以来，i n t e m e t 的发展极为迅速。特别是随着w w w 的出现，i n t e m e t 网络规模、用户数量以及业务量都呈指数增长。i n t e m e t 处于 无可替代的重要地位，它的高速发展势必带动计算机技术的不断更新和快速发 展。 在当前i n t e r a c t 的发展中，以下几个发展趋势越来越引人注目： 1 带宽。骨干网和终端用户之间带宽差距正在急剧增大。骨干网得益于光 纤的大量铺设和技术的完善，其带宽可达t b p s 数量级。而在i n t e r n e t 的“边缘”，带宽受到技术因素的限制。大量用户在老式的铜线上通过 m o d e m 连接，充其量使用a d s l 。而另一些用户通过低速的无线网络 连接。除了c a b l em o d e m 下行速率达1 0 m b p s 之外，大部分到桌面的带 宽在1 2 8 k b p s 至1 m b p s 之间。最近几年内接入网技术的发展使入户的 带宽可望达到1 m b p s 以上，但这远远比不上骨干网带宽的增长速度。 2 移动设备。在计算机业界增长最快的热点之一是各种便携式计算工具。 从便携式计算机、掌上机到电子书本，从汽车、电话到寻呼机，都将能 够连接i n t e m e t 进行服务访问。而这些设备主要是通过不可靠、低带宽、 高延迟的电话线路或无线网络连接i n t e r a c t 。 移动a s e a t 技术评价及其形式化描述 第1 章引言 3 移动用户。在未来社会，可以想象w e b 终端就象今天的电话一样普及。 不仅在办公室、家庭，在公共场所的w e b 终端也将到处可见( 正如今 天的公共电话) 。而使用便携设备的用户更是不可忽略。用户可以在另 一个城市的饭馆里通过w e b 终端访问他在办公室或家中计算机上的文 件，或者在w e b 上直接访问个人的电子邮件。因此，i n t e r a c t 上大量的 移动用户将是要考虑的一个重要因素。 4 i n t r a n e t 。i n t r a n e t 是一个值得注意的发展趋势。i n t r a n e t 是采用i n t e r n e t 的技术( h t t p 等) 来构建内部网，在企业内部实现一个分布式计算环 境。i n t r a n e t 在一个独立的组织管理之下。由于不需考虑外部环境和安 全问题，新的技术相对地更容易在i n t r a n e t 中产生并得到发展。 5 信息爆炸。目前面对i n t e r a c t 上日益膨胀的信息，我们能够提供的获取 信息的处理方法显得有点力不从心，导致了信息搜寻的困难和信息利用 率的降低。尽管i n t e m e t 上提供了多种著名的搜索引擎，如y a h o o 、 i n f o s e e k 、a l t a v i s t a 等，而实际效果并不尽如人意。这就是所谓的“r i c h d a t ap o o ri n f o r m a t i o n ”问题。如何有效地在网络环境下开发与利用信息 资源，正在成为世界关注的焦点，世界各国都在密切关注和积极探寻网 络环境下所提供的新型信息服务。 6 服务定制与个性化。不同于传统广播式的服务，i n t e m e t 的服务是互动 的，因此有可能针对每个用户提供他所偏爱的服务。目前的技术允许在 服务方和客户方( 浏览器) 提供服务定制。很多w e b 站点都专门提供 与领域有关的个性化服务，但越来越多的个性化服务已经由各种第三方 的代理站点提供了。 7 代理服务器。今天已经出现了很多中介的代理服务器。在用户端和 i n t e r n e t 服务提供方之间加入一层中间层的这种三层结构已成为i n t e r a c t 未来的发展方向。代理服务器能够有效地缓解信息爆炸问题，提供高质 量的个性化服务。特别是它可以很好满足移动用户的特殊要求。其重要 性已越来越受到瞩目。 i n t e m e t 的这种种新的发展趋势表明，需要有新的技术融合到现有的i n t e m e t 构架之中，成为未来i n t e r n e t 的主流技术。移动a g e n t ( m o b i l ea g e n t ) 作为这 样一种技术，受到人们广泛关注，成为当前研究的热点之一。 1 2 移动a g e n t 与i n t e r n e t 的未来 移动a g e n t 技术是一个崭新的技术领域，虽然它的提出和发展时间都较短 2 移动a s e t 技术评价及其形式化描述第1 章引言 但是受到了学术界的广泛重视。以下将简单介绍移动a g e n t 的概念及其与i n t e m e t 的关系。为了叙述清楚起见，我们先对常见的容易混淆的概念进行说明。先说 明移动计算与移动通信的关系。移动计算基于i n t e m e t ，属于计算机学科。移动 通信则是一种通信技术，在电信网络的基础上发展起来的。移动通信的发展和 全球网络化，促进了移动计算的发展。移动通信加上移动计算，将使个人的信 息服务得到全面的支持。由于计算机技术和通信技术的互相交叉渗透，网络正 在逐步走向统一，因此，移动计算可以借用移动通信已经成功的概念和解决方 案。而两者可能是计算机技术和通信技术中最先达到融合的领域。 移动a g e n t 技术属于移动计算的范畴。移动计算又是分布式计算技术的一 个分支，而移动a g e n t 是移动计算中最活跃的橛念。简单地说，移动a g e n t 是 一种新型的分布式计算模式。它定义为能够通过网络在多个主机之间迁移的一 段程序。其中，非常重要的是，这种迁移是由移动a g e n t 自身控制，即其能自 主选择迁移的时间和地点，表现出了a g e n t 概念的智能特征。可以说，移动a g e n t 是一种可以移动的a g e n t ，它同时具备移动性和智能性。这里，我们可以看出 移动a g e n t 是分布式计算技术和人工智能技术相结合的产物。 从上一节中列出的i n t e m e t 近期的一些发展趋势看，移动a g e n t 所具备的移 动性使它成为各种新的应用问题的有效的解决方案。今天很多需求与用户移动 性有关，即在任意地点存取信息。这导致业务和连接持续时间的减少。这些新 的特点使i n t e m e t 上传统的c l i e n t - s e r v e r 结构不再适用。移动a g e n t 结构相对 c l i e n t - s e r v e r 具有的优点有：高带宽远程交互；非连接交互；支持弱的客户机； 容易分布；个性化服务；语义路由；可扩缩性；安全处理的低开销；强的远程 交互性能。这使得移动a g e n t 可以为移动客户机提供更好的支持。对于一般的 应用可以减少、平衡网络负荷，实现异步交互。这些优点意味着移动a g e n t 将 在i n t e r n e t 上得到广泛应用。这将促使i n t e m e t 从传统c l i e n t s e r v e r 模式向移动 a g e n t 计算模式转变，是体系结构上的根本变化，具有重大意义。 以上是从移动a g e n t 的移动性方面进行讨论。移动a g e n t 同时具有另一个 重要的特性智能性。这与人工智能学科的研究密切相关。人工智能学科的 开端可追述到1 9 5 0 年，数学家t u r i n g 在 m i n d ： 杂志发表了“计算机与智能” 的论文，并提出了著名的“图灵检验”。人工智能是研究如何制造出人造的智能 机器或智能系统，来模拟人类智能活动的能力，以延伸人们智能的科学。产业 革命制造出模拟人类体力劳动的机器，并且远远超出人类自身的体力极限。而 在人工智能的发展中却遇到了巨大的困难。时至近日计算机能不能有智能、能 不能思维还没有完整的论证，仍有争议。然而，勿容置疑的是，人工智能追求 人类关于计算的最高理想。即使最终无法达到创造智慧的目标，也将大大有助 于揭开人类思维和精神世界的秘密。 穆动a g e n t 技术评价及其形式化描述 第1 章引言 人工智能在不断发展，它也将带动计算机其他学科的发展。智能化是计算 机发展的必然趋势。从这个意义上说，i n t e r n e t 的未来将是网络技术和人工智能 技术融合的产物，i n t e r n e t 必然朝着智能化方向发展。网络可看作分布式人工智 能，尤其是基于a g e n t 的计算技术的一个自然的应用领域。i n t e m e t 的迅速发展 正在使它成为一个非常复杂的计算环境，“信息高速公路”呈现的将是基于计算 机任务和服务的组台爆炸。新的环境的复杂性需要计算机成为一个具有智能的、 主动的、人格化的合作者，需要提供更灵活、更人性化的服务，这将太大改善 计算机的使用方式和作用。目前a g e n t 在i n t e r a c t 上的应用迅速增加，在增加服 务质量，提高易用性，信息发现和过滤，信息用户化和任务自动执行方面表现 出很大的应用潜力。而移动a g e n t 作为一种特殊的a g e n t ，将在i n t e r n e t 上发挥 重要作用。 综上所述，移动a g e n t 的移动性和智能性俱各的特性，使它成为未来i n t e r n e t 上的一种重要技术。有人预言，在最近的几年内，所有主要的网站将提供移动 a g e n t 支持环境，使得移动a g e n t 成为i n t e r n e t 中主要的信息访问方式之一。 最后需要指出的是，目前学术界对于移动a g e n t 的优缺点和采用这种技术 的必然性仍然存在着正反两种不同的意见。一种认为移动a g e n t 是完全有必要 的。另一种则认为移动a g e n t 弊太于利，它的所有优势都可以用传统的方法达 到。因此前面的叙述仅代表了支持方的观点。在第三章中将详细阐述双方的论 据和论点。这也是本文写作的一个动机所在，试图在这些论点之外，提出一种 新的角度和观点，阐明移动a g e n t 的实质与其优势。希望对于当前这场争论， 能收抛砖引玉之功效。 1 3 本论文的工作 本论文的工作，总体上可以分为两部分。第一部分通过对于移动a g e n t 技 术与其他同类技术的比较分析，从一个新的角度对移动a g e n t 技术进行讨论， 提出了一种新的观点，以阐明移动a g e n t 的实质与技术优势所在。具体地说是 通过对计算机发展历史的回顾，论证了移动a g e n t 的实质在于信息与服务的分 离，其技术优势在于开放性。这样一种观点，揭示了移动a g e n t 的实质，国际 和国内都未见公开报道，相信对于澄清移动a g e n t 的技术优势有其积极作用。 第二部分工作在对各种具体的移动a g e n t 模型分析的基础上，建立了一个 移动a g e n t 的抽象模型并且利用z 形式描述语言对其进行了形式化描述。以 往移动a g e n t 的研究主要是由分布式计算领域的研究者从事的，与人工智能领 域的a g e n t 的研究脱离较大。在a g e n t 理论的研究中，一个重要内容是形式化 的描述。但是对于移动a g e n t 来说国内外还未见到形式化方面的工作的报道。 4 穆动a g e n t 技术评价及其形式化描述 第1 章引言 希望本文是将a g e n t 理论研究方法与移动a g e n t 技术结合的一个有益尝试。 第一章通过阐述移动a g e n t 与i n t e m e t 的关系，指出移动a g e n t 研究的重要 性。第二章全面介绍了移动a g e n t 的技术现状、发展情况。第三章对移动a g e n t 技术与其他同类技术进行了比较分析，对移动a g e n t 技术做出了评估。第四章 通过对一些具体的系统的分析，建立了一个抽象的理论模型。第五章利用z 形 式描述语言对这个模型进行了描述。第六章总结了论文的工作，对进一步的工 作和完善作了展望。 移动a g 钮t 技术评价及其形式化描述第2 章穆动a g e n t 技术纵览 第2 章移动a g e n t 技术纵览 2 1 移动a g o n t 技术起源和发展 程序在主机间迁移的思想最早可以追溯n - 十多年前x e r o x 实验室里诞生 的蠕虫病毒，如果说这可以成其为一种技术的话。八十年代，操作系统研究领 域提出的过程迁移( p r o c e s sm i g r a t i o n ) 技术第一次正式把移动程序的思想引入 到计算机技术中，而成为移动a g e n t 的前身。那一段时间中，分布式操作系统 是研究的一股热潮。在m o s i x ，vk e r n e l ，s p r i t e 以及m a c h 此类实验系统中， 无一不把过程迁移作为一个重要功能来实现。遗憾的是，这类系统最后都没有 进入工业界应用。这是在计算机技术发展中一个值得注意的现象，即很多被认 为是有前景的技术，在实验室得到非常成功的研究结果，然而没有披工业界采 纳而成为工业技术的主流甚至工业标准，在商业上陷入失败。“最好的技术不一 定成为最流行的技术”。对于移动a g e n t 技术而言，今天似乎也正面临着这样一 个考验。 之后，仍有一些系统沿用了移动性的概念。比较有名的是m 【t 提出的远程 求值( r e m o t ee v a l u a t i o n ) 技术。 移动a g e n t 研究热的真正兴起是在进入九十年代以后。最初，主要目的是 为了解决远程移动设备的控制问题，例如远程打印。后来随着移动通信技术的 发展，各种新型移动设备纷纷涌现，如p d a 、p i c ( 个人智能通讯器) 智能蜂 窝电话等，这些移动设备已经成为计算机工业的一个新的增长点。移动a g e n t 作为适合于此类应用的一个新的软件概念而被提出。并且逐步扩展到i n t e m e t 应用、网络管理、软件工程等领域。一直到今天，研究者已经把移动a g e n t 看 为解决1 n t e r n e t 诸多问题的一个通用方案，而把它认为是未来i n t e r n e t 的计算模 式。 由于移动a g e n t 可以看成是一种特殊的a g e n t ，我们有必要来看一下a g e n t 理论的发展过程。a g e n t 是人工智能中的一个概念。人工智能本身的目标可以 看成为建造一个能表现出智能行为的a g e n t 。最初人工智能创立者要使这一个 a g e n t 具有人的所有智能特性，这个目标今天看来是遥遥无期的事。但是使这 个a g e n t 具有某些方面的有限的智能特性今天的技术已经完全可以做到。从这 个角度来说，a g e n t 应该是人工智能的中心问题。令人奇怪的是，直到b o 年代 末，人工智能的学者才开始把目光投向a g e n t 。自那以后，对a g e n t 的研究迅 速增长。今天，a g e n t 在软件工程、数据通信和并发系统研究中己经成为一个 移动a g e n t 技米评价及其形式化描述第2 章穆动a g e n t 技术纵览 重要概念，在人工智能领域更是如此。有人认为：基于a g e n t 的计算将会是软 件技术中下一个重要突破。 我们可以看出，移动a g e n t 技术主要来源于分布式系统的研究。而a g e n t 的概念则是属于人工智能领域的。在美国，a g e n t 、多a g e n t 系统的研究与移动 a g e n t 的研究是由两组不同的研究群体在分别进行着。前者来自人工智能领域， 后者来自分布式系统领域。因此事实上，a g e n t 和移动a g e n t ( m o b i l ea g n e t ) 两个概念是各自独立地提出的。甚至有人说，两组研究难一的共同点是他们都 采用了a g e n t 这个单词。但是我们可以推断，两者之所以不约而同采用a g e n t 这个单词并不是巧合，而是因为它们有内在的共同点。我们相信两个领域在将 来会趋向融合。这也是本文工作的一个指导思想，即把a g e n t 的理论研究方法 应用到移动a g e n t 的研究中去。 近年来许多研究机构对移动a g e n t 技术十分重视。特别是跨平台语言j a v a 的出现，推动了移动a g e n t 的研究，使之有了较大的进展。继g e n e r a lm a g i c 公 司1 9 9 3 年推出第一个移动a g e n t 系统t e l e s c r i p t 之后，各大公司纷纷研制了一 些实验性系统。其中比较成功的有：d a r t m o u t h 学院的a g e n t t c l 系统，东芝公 司的p l a n g e n t 系统，m 公司的a g l e t 系统，以及t r o m s o 大学的t a c o m a 系 统，s t u t t g a r t 大学的m o l e 系统等。例如在a g e n t t c l 系统中，已经实现了a g e n t 的自主移动、智能化路由、服务器资源访问、d o c k 服务器的转接等移动a g e n t 系统的代表性功能。1 9 9 7 年举行了移动a g e n t 技术的第一次国际会议，标志着 移动a g e n t 技术逐步走向成熟。 至今为止，移动a g e n t 的研究仍然处于实验室研究阶段，在它实用化之前， 还由许多问题需要解决。首先是移动a g e n t 系统的标准化问题：其次是知识表 示问题；以及最为棘手的安全问题。但是我们仍对移动a g e n t 技术的前景表示 乐观，本文后续部分的评价希望能够增强我们的信心。相信在不长的一段时间 后，移动a g e n t 将是我们从网上获取信息的重要手段，在i n t e m e t 上移动a g e n t 的身影将随处可见。 2 2 a g e n t 的基本理论 2 2 1 a g e n t 的概念 a g e n t 技术是当前活跃在研究前沿的新技术，a g e n t 本身还是一个在形成之 中的概念。对此，目前存在着许多讨论和争论，对a g e n t 各种各样的定义五花 八门。有一种意见认为a g e n t 不可能得到数学上那么严格的定义，因为a g e n t 处于现实世界中，现实世界需要模糊性。因此a g e n t 只是种系统分析的方 7 移动a a c n t 技术评价及其形式化描述 第2 章移动a g o c n t 技术纵览 法，而不是一个把事物分为a g e n t 和非a g e n t 的标准。但是，如果仅仅定性她 叙述a g e n t ，甚至连一般的程序都无法和a g e n t 区分开来。由于在a g e n t 的必要 特征方面尚未达成共识，以至于a g e n t 一词在不同的环境中常常表示不同的含 义。对a g e n t 做一个明确的定义至少有利于学术交流的准确性，肯定是有利于 a g e n t 技术的研究的。 在国内，如何翻译a g e n t 这个单词，意见尚未统一。不过我们认为，简单 地翻译为“代理”是不妥当的。目前国内使用“代理”一词表示中介者的意思， 如代理主机、代理程序，它可与英语中p r o x y 一词对应。而a g e n t 与此相比， 其含义差别较大，其本质属性可以认为是“自主性”。因此，我们较倾向于译成 主体、智能体。在目前尚未有很好译法的情况下，保留a g e n t 这个词的原文不 译，现在国内大多数的论文都是这样做的。 许多文献中把“自主性”( a u t o n o m o u s ) 和“智能性”( i n t e l l i g e n c e ) 作为a g e n t 的固有特征。但是，对于智能性很大程度上依赖于主观的判断。什么样的程度 可以称之为智能呢? 目前还没有关于智能程度的测试。这样的定义是不足蛆将 a g e n t 与其它声称具有智能的软件区分开来的。自主性似乎更能揭示a g e n t 的 本质，有时候就把智能性归入自主性中，以自主性来定义智能性。实际上使“自 主性”和“智能性”等同起来了，这样本文前面所提及的移动a g e n t 的“智能 性”就是“自主性”的同义词。自主性的含义在于自己决定为达到目标需要进 行的行动。许多研究者倾向于把自主性作为a g e n t 概念的核心。 f r a n k l i n 和g r a e s s e r 在分析了已有的对a g e n t 的种种定义之后，给出了一个 比较明确和完整的定义( 见) ： “自主a g e n t 是一个处于一个叠缝之中并且作为这个环境一部分的一个系 统它挂缠在垄，可以盛型这个环境，并且依据自垦的适塑趣型执行相应的动 作，而盟竖撞亡生盛煎，进而鐾瞳到自皇圭苤敛壁趔” 以上定义中有几个关键的要素。首先“持续存在”是十分重要的，它区分 了大多数的的非a g e n t 程序。一个a g e n t 没有外界干涉时不会停止存在，而一 般的计算机程序需要人工干预才能启动。再一个重要之处是a g e n t 必须与一个 环境相连，一个只有光感元件的机器人在一个完全黑暗的环境中不能成为一个 a g e n t 。另外，一个a g e n t 对环境的改变必须影响到未来它对环境的感测。例如， 一个文件打印程序通过输入文件作为对环境的感测，打印结果是对环境的影响， 但它并不是一个a g e n t ，因为它的行为并不能影响它自身对未来环境的感测。 我们引入一系列的属性来对a g e n t 进行描述，根据这些属性可以有助于判 别a g e n t 并迸一步对a g e n t 进行分类。以下列出了这些属性。其中，( 1 卜( 4 ) 是 基本特征。其余是非基本特征。相应地，分为弱a g e n t 与强a g e n t 的概念。 移动h g m t 技术评价及其形式化描述第2 章移动a g e n t 技术纵览 ( 1 ) 自治性( a u t o n o m o u s ) 。所有a g e n t 都自主控制自己的活动，根据自己 的行为规划选择自己的行为。 ( 2 ) 目标驱动( g o a ld i r e c t e d p r o a c t i v e ) 。a g e n t 具有一个目标，所有的行动 应该符合这个目标。这个目标一般是a g e n t 代表的用户为其指定的。 ( 3 ) 反应性( r e a c t i v e ) 。a g e n t 可以感知环境的变化，并能对此做出反应， 以行动影响和改变环境。 ( 4 ) 持续存在性( p e r s i s t e n c y ) 。a g e n t 是一个持续运行的过程，不用外界的 干预，自身能够连续执行任务。 ( 5 ) 社会性( s o c i a l l ya b l e c o o p e r a t i o n ) 。a g e m 不是一个封闭的系统，而是 通过接口可以与外界进行通讯。这种通讯可以是与其它a g e n t 的通讯和 相互作用，可以是与其主人的通讯。某些多a g e n t 系统，甚至主要是由 通讯和协作a g e m 构成。 ( 6 ) 适应性( 1 e a r n i n g a d a p t i v e ) 。a g e n t 具有学习能力以适应环境。可以根 据以前的经验改变自己的行为。 ( 7 ) 移动性( m o b i l i t y ) 。a g e n t 是可以移动的，可以从一台计算机移动到另 一台计算机。 ( 8 ) 个性特征( c h a r a c t e r ) 。a g e n t 具有某些方面的情绪和人格。可以采用信 念、愿望、意识、选择、祝愿、承诺、偏爱等认知概念对其进行描述。 以上属性比较全面地反映了a g e n t 可能具有的特征。事实上，上述定义不 仅包括了计算机技术中的a g e n t 概念，也适用于具有行为特性的其他事物。例 如，动物完全满足以上定义的要素，因此，动物也是这样定义的一个a g e n t 。 下面是一个a g e n t 的分类图： 自主a g e n t 广 生物a g e n t机器人a g e n t计算a g e n t 软件a g e n t人工生命a g e m 任务a g e a t娱乐a g e n t 病毒 图1 a g e n t 分类 移动a g e n t 技术评价及其形式化描述 第2 章移动a g e n t 技术纵览 自然，我们一般说的a g e n t 是指软件a g e n t 。在本文叙述中，a g e n t 专指软 件a g e n t 。对于软件a g e n t ，我们还可以有各种各样的分类方法。例如，根据a g e n t 是否具有移动性，我们可以把软件a g e n t 分为移动a g e n t 并d 静l k a g e n t 。根据a g e n t 执行的任务不同，可分为信息收集a g e n t 、电子邮件过滤a g e n t 。还可以根据a g e n t 的结构、所拥有的内部状态等等来划分。 2 2 2 a g e n t 形式化研究方法 a g e n t 系统是一个很复杂的系统。尽管我们能够拥有完全详尽的结构和工作 机理的描述，要想机械地从设计的角度面面俱到地谈论a g e n t 的内部结构、控 制以及a g e n t2 _ 1 司的关系是异常困难且令人困惑的；相反，如采用某些抽象的 形式化的手段来描述，解释a g e n t 的结构与关系则显得更容易抓住问题的本质。 下面我们介绍几种a g e n t 形式化研究的方法。 2 2 2 1 a g e n t 的b d i 模型 许多学者认为把a g e n t 系统作为意识系统来研究是一种合理而有效的方法。 意识系统是那些能够对其信念、愿望等意识属性特征化并通过这这种方法预测 其行为的复杂实体或系统。a i 学者m c c a r t h y 关于意识属性有一段著名的论述： 将信念、愿望、意图和能力等意识概念赋予一台机器，如果这种赋予对机器而 言所表达的信息如同把它们赋予人所能表达的信息一样，那么这种赋予是合理 的：当这有助于我们了解那台机器的结构、他过去或将来的行为，或如何修正 和改进它时，这种赋予也是有用的：这种赋予也许从未是逻辑上需要的( 即使 对人而言) ，但是要合理地表达在某种特定情形下，机器的实际状态到底如何时， 采用精神特性或类似性质来描述是有必要的；我们可以为机器建立比较简单( 与 人相比) 的信念、知识和愿望理论，并最终将其应用于人。 把a g e n t 看作意识系统，有以下好处，： ( 1 ) 以简洁的表示描述复杂系统的行为，有利于理解和解释； f 2 ) 不依赖于具体的物理实现就可以得到a g e n t 行为的规则和模式； f 3 、可被a g e n t 自身用来互相推理。 因此，意识属性和意识系统是用来描述和研究a g e n t 及其有关问题的合适 的抽象概念和工具。有许多学者在a g e n t 的意识属性分类和建立意识系统方面 做了很多工作，其中具有代表性的是c o h e n & l e v e s q u e ，r a o & g e o r g e f f 提出的 b d i 模型( 见) 。 移动a g e n t 技术评价及其形式化描述第2 章移动a g e n t 技术纵览 b d i 模型是一种三元认知结构，其意识属性包括：信念( b e l i e f ) 、愿望( d e s i r e ) 或目标( g o a l ) 和意识( i n t e n t i o n ) 。其含义如下： 1 信念( b e l i e f ) ：指a g e n t 掌握的关于自己、环境、和其他a g e n t 的信息 和知识。 2 愿望( d e s i r e ) 或目标( g o a l ) ：a g e n t 对于未来所要达到的状态的认知。 3 意图( i n t e n t i o n ) ：为了达到目标决定采取什么行动及如何进行( 计划) 。 一个b d ia g e n t 的结构如图 愿望 行为 图2b d i 模型 信念 在b d i 模型中，意图表示成一种分层结构。产生的第一个意图可能是粗线 条的，对它进行逐步细化，得到底层的意图变成原子意图。根据此原子意图指 导a g e n t 实际采取行动。一个b d ia g e n t 执行过程如下： 1 产生一批候选意图。这些候选意图包括为了实现当前意图的候选以及根 据a g e n t 的信念和愿望产生的新意图。实现当前意图的候选从当前意图 中细化得到。为了完成目标产生的新的意图从a g e n t 的当前信念和愿望 中得到。( 见图2 ) 2 从候选意图中选出一个子集予以采纳。选择是基于当前的信念、愿望和 意图而做出的。这些选出的作为新的意图加入到意图结构中。 3 如果意图结构中存在一个原子意图( 可以被直接执行的动作) ，那么它 移动a g e n t 技术评价及其形式化描述第2 章移动a g e n t 技术纵览 被选出执行。 4 如果一个意图已经被完全实现，它从意图结构中被去除。如果发现某个 意图不可能被实现，它从意图结构中被去除。如果一个意图已经不合法， 它从意图结构中被去除。 5 更新a g e m 的信念。转1 重复执行。 2 2 2 - 2 正规模态逻辑 对于a g e n t 进行形式化描述的一个重要的目的是可以对其应用形式化的推 理方法。在各种形式逻辑方法中，经典命题和一阶逻辑并不适合于对a g e n t 行 为进行推理。这是因为：要讨论a g e n t 的推理，必须涉及信念、目标、意图等 意识概念。对于经典逻辑来说，在语法上，合式公式无法表达带有意识概念的 命题。在语义方面，意识概念不具备真值功能，而经典逻辑只能处理真假命题； 同时，意识概念是所谓参照不透明的。事实上，信念、目标和意图等意识概念 是模态概念，其表示和推理的最适宜的形式化工具是模态逻辑和可能世界语义。 语法方面，通过在公式中加入一些非真值功能的模态算子，构成模态语言；语 义方面，用可能世界和可及关系来解释意识概念的含义。 关于模态逻辑和可能世界语义的研究，目前已形成一整套的相关理论，成 为表示和推理智能a g e n t 和多a g e n t 系统的最有吸引力的形式化工具。至今为 止，模态逻辑理论的主要部分是关于正规系统或正规模态逻辑的，这主要是因 为正规系统的简单性，易于技术处理。目前已形成了关于正规系统类的一般性 质的理论与研究。因此，在a i 领域，a g e n t 的理论研究通常基于正规模态逻辑。 2 2 2 3 利用z 语言对a g e n t 进行形式化 z 是一种通用的规格描述语言。它的主要用途是用于对系统进行形式化说 明。在欧美它被广泛用于科研和工程领域，应用范围包括：安全系统、数据处 理、算法设计、硬件设计、语法和标准描述、操作系统设计等等。 a g e n t 的形式化研究，对其行为进行推理是较高层次的目标。而用形式化的 方法对其结构特性进行描述则是实现这些目标的基础和前提。目前形式化描述 的方法有很多。利用z 语言对a g e n t 进行形式化描述是其中比较成功的方法。 这方面的工作可参考 1 8 1 。 不过在移动a g e n t 研究领域，由于和a g e n t 理论研究的分离局面，对于移 动a g e n t 结构和特性的形式化描述，目前所作工作很少，国内外尚未见有报道。 2 移动a s c m 技术评价及其形式化描述 第2 章移动a g e n t 技术纵览 2 2 3 多a g e n t 系统 分布式人工智能( d a d 主要研究在逻辑上或物理上分散的智能系统如何并 行地，相互协作地进行问题求解。d a i 是在传统龇的基础上发展起来的，分为 分布式问题求解( d p s ) 和多a g e n t 系统( m a s ) 两个方向。多a g e n t 系统被 看成是人工智能的实验平台，成为a i 的研究热点之一。 从a g e m 的概念不难看出，a g e m 的显著特性在于它具备与其所处环境，其 他a g e n t 和人进行交互、协调和协作的能力。单个a g e n t 的能力受到它所拥有 的知识、计算资源和世界视图的限制。更现实的问题是开放的。在i n t e m e t 这种 大型、开放的分布式系统中，出现的问题更加复杂、规模更大。在这样的环境 下完成任务需要各个a g e n t 能够互操作，并在平等的交互中相互协调。因此， 多a g e n t 系统日益显得重要。 多a g e n t 系统是一个松散耦台的a g e n t 网络，这些a g e n t 通过交互解决超出 单个a g e n t 能力或知识的问题。其中的a g e n t 是自主的，它们可以是不同的个 人，采用不同的设计方法和计算机语言开发而成的，因而可能是完全异质的。 多a g e n t 系统具有如下特性：( 1 ) 每个a g e n t 拥有解决问题的不完全的信息或 能力；( 2 ) 没有系统全局控制；( 3 ) 数据是分散的：( 4 ) 计算是异步的。 2 2 3 1 多a g e n t 系统的类型 在多a g e n t 系统中，a g e n t 的自主性有三种类型： ( 1 ) 受控的( c o n t r o l l e d ) ：a g e n t 之间有较强的关系纽带，每个a g e n t 受控 于对它具有权威性( a u t h o r i t y ) 的a g e n t ，而且还可能存在施与其上的 附加约束； ( 2 ) 自主的( a u t o n o m o u s ) ：a g e n t 自主地决策，产生计划、采取行动。它对 外界的依赖仅仅是为了学习描述世界及其变化的信息，a g e n t 间仅有松 散的社会性联系； ( 3 ) 灵活性的( f l e x i b i e ) ：有时要求a g e n t 完全自主的工作，有时命令他在 某种程度上受控于其它a g e n t 。在实际的系统中更多的是采用灵活性的 a g e n t 。而且，同一系统中a g e n t 的自主程度又各不相同。 在多a g e n t 系统中，应该具有应付动态性的能力，就a g e m 的适应性动态 组织方法可以是： ( 1 ) 系统的拓扑结构不变，包括a g e n t 的数目、a g e n t 之间社会关系等。在 这种情形中再细分为：( a ) a g e n t 内部结构固定，功能稳定，通过对所 移动a 窖t 技术评价及其形式化描述第2 章移动a g t m t 技术纵览 要求解的问题重构形成来适应环境；( b ) a g e n t 通过自重组来对环境适 应，例如修改调整自己的知识结构、目标、选择等。 ( 2 ) 系统的拓扑结构改变：( a ) a g e n t 数目不变，每个a g e n t 微结构稳定， 可以修改a g e n t 间的关系和组织；( b ) a g e n t 数日可增减，a g e n t 可以 动态创建和动态删除。 从系统功能结构角度来讲，在m a s 中有： ( 1 ) 同构形系统，每个a g e n t 结构相同，功能相同。在这类系统中每个a g e n t 本身有能力解决系统面临的任何问题。但是由于每个a g e n t 自身知识的 不足以及不同a g e n t 所面临的问题之间具有相互依赖性，所以有时并不 能单独地解决某个问题，仍需要一个系统中多个a g e n t 间的协调合作。 这类系统与单a g e n t 系统相比也存在许多优点，如：通过并行操作，提 高求解问题的效率：当一个a g e n t 出故障时，它所承担的任务可由其他 a g e n t 代替，故整个系统可靠性较好等。 ( 2 ) 异构形系统，它的特点是：a g e n t 的结构、功能、目标都可以不同，有 通讯协议保证a g e n t 见协调与合作的实现。异构形系统是主要被采用的 结构。 2 2 3 2 多a g e n t 的合作 多a g e n t 系统的协调( c o o r d i n a t i o n )