（计算机软件与理论专业论文）基于agent的柔性工作流技术研究与应用.pdf

摘要 基于a g e n t 的柔性工作流技术研究与应用 作者简介：李波，男，1 9 7 8 年1 月出生，2 0 0 4 年9 月师从于成都理1 大学周家纪 教授，于2 0 0 7 年7 月获硕士学位。 摘要 传统的工作流系统仍然存在着适用范围窄、灵活性差和意外情况处理不及 时，以及不能对活动中的任务做出合理的评估、实现过程重构等问题。鉴于卜述 原因，具有自组织、自学习和协同工作能力的智能犁的、动态的工作流管理系统 必然成为未来发展的一个主要方向。a g e n t 具有自主性、交互性、主动性等智能 特点，将其应用在工作流系统中是其中一种提高工作流系统柔性的方案。 本文的研究思路是将传统工作流系统的引擎、任务执行、分派模块封装到 a g e n t 当中，由各种a g e n t 协调完成跨部门甚至跨企业的业务流程。以e c a 规则控 帝j a g e n t 之间任务流转，以具有特定语义的a g e n t 通信语言实现多a g e n t 通信。本 文所包含的主要工作为：( 1 ) 定义了一种基于规则和消息的工作流模型；( 2 ) 设 计了一种基于a g e n t 的工作流管理系统，系统中存在三种a g e n t ：流程控制a g e n t 、 注册a g e n t 芹d 执行a g e n t ，三者相互合作完成整个工作流程；( 3 ) 依据k q m la c l 语言规范，设计了本工作流管理系统中a g e n t 通信语言；( 4 ) 实现了基于a g e n t 的柔性工作流原型系统，此原型以j 2 e e 平台和关系数据库为基础，初步应用于某 大型企业产品询价流程。 本文的结论是：( 1 ) a g e n t 技术是一种较好的提高工作流系统柔性的技术方 向；( 2 ) 基于a g e n t 的工作流较之a g e n t 增强的工作流对复杂环境具备更高的适应 性；( 3 ) k q m la c l 应用于多a g e n t 通信，语义清晰明确，且能有效减少系统通信 流量；( 4 ) 5 2 e g 是一个实现分布式平台搭建，具备易用性、易开发性、可扩展的 优秀方案。 关键词 工作流，a g e n t ，j 2 9 9 ，k q m l 成都理1 ：人学硕十学位论文 f l e x i b l ew o r k f l o w b a s i n go ba g e n t a b s t r a c t t h e r eh a v eb e e nm a n ys h o r t c o m i n g sa b o u tt r a d i t i o n a lw o r k f l o ws y s t e m ，s u c ha s n a r r o wa p p l i c a t i o ns c o p e ，l i t t l ef e x i b i l i t y , s l o wt r e a t m e n tf o rs u d d e n n e s s ，t e r r i b l y r e a s o n a b l ee v a l u a t i o nf o rt h et a s kd u r i n gc a r r y i n go n ，b a dp r o c e s sr e g e n e r a t i o n ，a n d s oo n c o n s i d e r i n gt h ep r o b l e m sa b o v e ，t h ew o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mw i t ht h e f u n c t i o n s ，i e ，b e i n gc a p a b l eo fs e l f - o r g a n i z a t i o n ，s e l f - s t u d y , c o o p e r a t i o n ，a sw e l l ， i n t e l l i g e n t ，d y n a m i cw o r kf l o wm a n a g e m e n ts y s t e mw i l lb ea l li m p o r t a n tt e c h n i c a l d i r e c t i o ni n f u t u r e a g e n t ，w h i c hh a ss o m ei n t e l l i g e n tc h a r a c t e r , f o re x a m p l e ， s e l f - m a n a g e m e n t ，c o m m u n i t y , s e l f - d r i v e na sw e l l ，c a nb eu s e di nw o r k f l o ws y s t e mf o r i m p r o v i n gt h ef e x i b i l i t y t h er o u t ef o rt h i s p a p e ri se n c a p s u l a t i n ge n g i n eo ft r a d i t i o n a lw o r k f l o w , t a s k - p e r f o r m i n g ，t a s ka r r a n g e m e n tf u n c t i o n si n t oa g e n tp a r t ，a n da l lt h e s ea g e n t sw i l l c o o p e r a t et oc o m p l e t et h ew o r kp r o c e s si nm u l t i r e g i o n e c ar o u t i n gw i l lb eu s e df o r c o n t r o l l i n gt h ep r o c e s s ，m u l t i a g e n te m p l o y i n ga g e n tc o m m u n i c a t i o nl a n g u a g ew i t h s p e c i f i cm e a n i n g t h em a i nw o r ko ft h i sp a p e rw i l li n c l u d et h ef o l l o w i n g ：1 g i v i n ga w o r k f l o wm o d e lb a s i n go nr o u t i n ga n dm e s s a g e ；2 d e s i g naw o r k f l o wm a n a g e m e n t s y s t e mb a s i n go na g e n t ，a n dt h e r ea r et h r e et y p e so fa g e n t ，p r o c e s s c o n t r o l l i n ga g e n t ， r e g i s t r a t i o na g e n t ，e x e c u t i o na g e n t ，c o o p e r a t i n gt oc o m p l e t et h ew h o l ep r o c e s s ； 3 d e s i g nt h ea g e n tc o m m u n i c a t i o nl a n g u a g eb a s i n go nk q m la c ls p e c i f i c a t i o n ；4 d e s i g nai n i t i a lf l e x i b l ew o r k f l o ws y s t e ma p p l y i n gf o rac o m p a n yi n q u i r yp r o c e s s b a s i n go nj 2 e ep l a t f o r ma n dr e l a t i o nd a t a b a s e a sac o n c l u s i o n ，i tg o e sa s f o l l o w s ：1 a g e n ti sg o o dw a yt oi m p r o v et h e f l e x i b i l i t yf o rw o r k f l o ws y s t e m ；2 w o r k f l o wb a s i n go na g e n ti sb e t t e rt h a na g e n t s t r e n g t h e n i n gw o r k f l o wf o rc o m p l e xa p p l i c a t i o n ；3 k q m la c lc a nb eu s e df o r m u l t ia g e n tc o m m u n i c a t i o nf o rr e d u c i n gt h ed a t af l o w ；4 ，j 2 e ei sa i le x c e l l e n tw a yf o r d i s t r i b u t i n ga p p l i c a t i o n ，e a s yt ou s e ，e a s yt od e v e l o p ，e a s yt oe n l a r g e k e y w o r d s ：w o r k f l o w , a g e n t ，j 2 e e ，k q m l 独创性声明 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。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中1 i 包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得盛都理王厶堂或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一p l i 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。 学位论文作者导师签名 学位论文作者签名 ( 讴巷( 也 专设 嘲年 窍，罚 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盛壑堡王太堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权盛壑堡王太堂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。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：甚赦 7 年 岁月才日 第1 章引言 第1 章引言 1 1 论文背景综述 随着社会的进步和经济的发展，市场竞争同趋激烈，企业过程重组应运而生， 工作流技术在诸多行业例如保险业、银行业、法律或常规管理、工业或者制造业 中得到了广泛应用。传统的工作流系统仍然存在着适用范围窄、灵活性差和意外 情况处理不及时，以及不能对活动中的任务做出合理的评估、实现过程重构等问 题。鉴于上述原因，具有自组织、自学习和协同工作能力的智能型的、动态的工 作流管理系统必然成为未来发展的一个主要方向。 目前国内外对于动态工作流还处于理论研究阶段，还没有成熟的支持动态工 作流的工作流产品。根据业务流程变化的特点，工作流可以被划分为三类【l 】。第 一类工作流的特点是能在业务流程发生变化的情况下做出相应的改变，其难点在 于如何将运行中的工作流实例迁移到新的工作流模型中 2 1 a l ；第二类工作流的 特点是能处理工作流执行过程中出现的异常，其难点在于如何处理无法预料的异 常情况川 5 1 ：第三类工作流的特点是在流程定义不完整的情况下，能生成流程实 例并运行，其难点在于如何对部分流程信息进行建模【6 j 。 a g e n t t 7 1 具有自主性、交互性、主动性等智能特点，将其应用在工作流管理 系统吲中是其中一种提高工作流系统柔性即实现动态工作流的方案，其特点如下 1 9 1 ： 自主性，能够根据预定的策略自主控制工作流程的执行； 反应性，能够按照协调策略对环境变化进行及时的反应； 分布式的系统架构，便于集成分布式业务流程管理系统； 权限管理，a g e n t 概念便于构建基于角色的权限系统，能够用于任务分派过 程； 资源管理，a g e n t 代表了各种资源，能够通过协商实现任务分派和资源分配。 因此，如何将工作流技术与a g e n t 技术结合己经引起了业界的广泛关注。一 1 成都理i ：人学硕十学位论文 些工作流管理系统声称已经在产品中实现了软件a g e n t ，但是这些a g e n t 的功能和 适用范围有限，只能实现某些具有一定自治性的服务。集成a g e n t 的工作流管理 系统一般为多a g e n t 系统，可以将它们分为两种形式：a g e n t 增强的工作流和基于 a g e n t 的工作流【”。 a g e n t 增强的工作流是a g e n t 技术结合工作流的基本形式，如图1 - 1 所示。其 中工作流引擎仍然直接控制所有任务的执行，只是在某段工作的执行过程中调用 a g e n t 执行某个任务项，同时工作流引擎负责控带t j a g e n t 的产生和消亡。这种形式 代表了现今工作流系统应用a g e n t 技术的一般情况。显然，这种工作流管理系统 一旦流程需要即时更改或发生意外情形，很难具备适应性。 t 作流引擎 a g c n t 资源、应用 程序或用户 扩 l - i i 卜 一i l 旧 露案 资源癍心程序用户 图卜1a g e n t 增强的工作流基本结构 基于a g e n t 的工作流管理系统属于分布式的多a g e n t 系统，如图卜2 所示， a g e n t 之问相互独立。整个工作流程由分布于不同区域的a g e n t 合作完成，流程逻 辑集成到各a g e n t 内部。这种方式反映了现实世界中各企业、部门互相合作完成 任务的情形。与之相应，最有效的方式为各企业、部门拥有各自独立的工作流引 擎，互相合作以完成整个工作流程。 工作流管理系 统、a g e n t 资源、廊州 程序或用 l 任务l 八j 任务l 7 l 任务f 八i 任务l 、丫、丫丫、 0j 上 资源 虑用程序 _ i j 户 图卜2基于a g e n t 的工作流基本结构 2 第1 章引言 现今，还没有商用的完全基于a g e n t 的工作流管理系统。关于a g e n t 技术在工 作流管理系统的运用，一般要考虑以下问题： 建模。构造基于a g e n t 的工作流模型与传统工作流模型存在不同，模型应 考虑至o a g e n t 的自主性特点，减少模块之间的耦合度。目前分析和构造工 作流模型的方法主要包括肿j ：基于活动网络的过程模型、事件驱动的过 程链模型、基于语言行为理论的工作流模型、基于p e t r i 网】的工作流 模型等等。 系统架构。目前，针对不同的应用领域产生了各种系统架构，如作为具 体功能部件的a g e n t 和移动a g e n t 旧( 代表了一个工作项并自主决定自身 的移动线路) 。 数据约束。工作流之间存在资源约束关系，基于a g e n t 的工作流管理系统 能够有效地解决这个问题。文献m 1 主要讨论基于a g e n t 的工作流管理系 统中系统配置、工作流执行的动态调度以及多a g e n t 系统的组织和通信问 题。该文献作者认为组织机构内的每个资源( 包括人员、设备和数据库等) 都有一个a g e n t 与之相关联，按其实现的功能不同，a g e n t 可以分为以下 三类：接口a g e n t 、任务a g e n t 、资源a g e n t 。 协商通信方式。协商是多a g e n t 系统的重要主题，文献1 1 4 概括为：位于 传输层上的支持a g e n t 徊 信息和知识交互的一种高级语言协议，一般 包括一套通信原语( p r i m i t i v e ) 和相关结构。当前的a c l 主要包括k q m l ! 1 和f i p aa c l 以及其他a c l ，主要包括面向a g e n t 的编程语言( a g e n t o r i e n t e dp r o g r a m m i n gl a n g u a g e ，a o p ) ：移动a g e n t 通信模型( m o b i l e a g e n tc o m m u n i c a t i o n ，m a c ) ；和开放式a g e n t 结构的通信模型( o p e na g e n t a r c h i t e c t u r e ，o o a ) 。 动态流程修改。动态工作流希望能提高工作流管理系统在建立阶段和执 行阶段的动态性。k a m m e r ! ”1 对动态自适应的工作流系统所要完成的功能 进行了概括：能够动态地修改和编制工作流过程定义：工作流的执行模型 可以配置：迸行部分执行、指导性执行和强制执行：能够为活动、资源、 人工活动分门别类地建立模型，保证在运行时有可选择性，并保证整个 3 成都理i ：大学硕十学位论文 过程的一致性：具有自反性：工作流过程在执行时能够访问自己，并对自 己的原模型重新修改：根据过程实例对过程模型进行推理：能够逻辑分解 一个过程模型：能够利用过程片段和组件库：能够访问工作历史，并与专 家交互：为参与者提供互相通信的集成支持。为了完成这些功能，必须由 建立阶段和运行阶段相互配合才能完成。目前的自适应工作流技术研究 大都从其中的几个方面入手。 目前国内外在实现柔性工作流技术，包括工作流与a g e n t 结合方面己经取得 了较多的研究进展。最近，很多研究者都试图将a i 技术应用到工作流管理技术中 来解决各类工作流适应性问题。p l m f l o w ”1 利用e c a 规则，避免了使用预定义 的工作流模型，通过考虑任务活动的可能前继和后继，并使用目标驱动的后向链 算法来组合业务活动以动态地生成工作流模型，但是没有考虑用例的状态。文献 0 8 1 讨论了在现存工作流管理系统的基础上应用随机规划器。文献9 1 则提出了一 个框架以实现规划和工作流执行的整合。文献【2 0 】提出了一种以反馈形式执行由 基本动作组合得到的复杂管理任务的原型框架，实现了由规划一执行一结果验证一 重新规划所组成的封闭控制循环，并以一种适应性的方式生成工作流。文献【2 1 】 2 2 1 把a i 规划技术应用到网格环境中的工作流监控和维护、w e bs e r v i c e s 的动态组 合，把复杂工作流任务自动映射到网格资源。 但目前柔性工作流技术的研究仍然存在较多的问题： 1 柔性支持差。动态行为很难扩展，很多系统只能预先定制，比如流程定制、 人员结构定制、任务分配定制等，一旦在执行过程中发生改变，模型或实例 系统很难根据变化进行扩展，而且许多模型都是通过穷举法来规定活动间的 动态行为( 如控制行为) 类型，但这显然不符合现实世界千变万化的情形。 2 可重用性不高。由于工作流程缺乏可重用机制，不支持柔性变化，所以，用 户为了调整一个流程，往往需要从头开始一个新流程的设计，这无疑是对现 有流程资源的一种浪费，极大地降低了建模的效率。 3 自适应能力差。大多数工作流程无法对执行过程中的动态变化做出响应，更 加无法对动态造成的异常做出正确的反应，对于异常的恢复处理等，需要通 过管理人员与系统的交互方式才能完成，系统缺乏基本的自我学习能力，无 法实现真j 下意义的自动化执行。 4 第1 章引言 4 一些系统采用y a g e n t 架构，但并不完全，核心的工作流引擎仍然采用传统 方式限制了系统功能模块在分布式环境的应用。 。 5 多数采用a g e n t 技术的系统对于a g e n t 通信考虑不够，不能实现多a g e n t 通信 对环境认知、知识理解与表达自身意图的需要。 1 2 论文的主要研究内容 本文的研究思路是将传统工作流系统的引擎、任务执行、分派模块封装到 a g e n t 当中，由各种a g e n t 协调完成跨部门甚至跨企业的业务流程。以e c a 规则控 sp j a g e n t 之间任务流转，以具有特定语义的a g e n t 通信语言实现多a g e n t 通信。这 种方案的优点是： ( 1 ) 灵活的分派机制，具备自适应能力。a g e n t 之自j 按任务执行成本确定具体 执行者，在流程运行过程中，如果发现某些不能完成任务的a g e n t ，将重新进行 任务分派。 ( 2 ) 分布式的系统架构。j 2 e e 平台有着极好的跨平台性，适用于分布式环境。 本文在j 2 e e 平台基础上进行原型系统的开发，满足了现代企业工作流程跨地域的 需要。 ( 3 ) 规范和简化了任务之间的逻辑关系。业务规则通过格式化的e c a 规则 2 3 1 定义在工作流模板中，通过规则库集中管理任务之间的关系。 ( 4 ) 灵活的通信方式。网络间复杂通信一般采用远程调用方式。a g e n t 交互语 言采用字符串形式描述，能够有效减少通信流量。 针对前面介绍的研究现状中的不足，结合实际所做的原型系统，本文所作的 主要工作为： ( 1 ) 定义了一种基于规则和消息的工作流模型。使用规则描述任务之间的 逻辑关系，控制任务流转，以消息形式实现任务之间的通信。 ( 2 ) 设计了一种基于a g e n t 的工作流管理系统。系统中存在三种a g e n t ：流程 控i l j h g e n t 、注册a g e n t 和执行a g e n t ，其中流程控$ j a g e n t 控制任务流转，它封装 了传统工作流引擎的主要功能，注册a g e n t 用于寻找任务执行者，执行a g e n t 具体 承担任务，它们相互合作完成整个工作流程。 ( 3 ) 设计了工作流管理系统中a g e n t 通信语言。流程执行赖以各具体任务执 行者之间的协作。而协作的目的是交流信息，因而信息的表示和描述规定。a g e n t 5 成都理f ：人学硕十学何论文 通信语言用来表达软件a g e n t 对环境的认知、对知识的理解和自身的意图，它是 一种描述性语言，具有严格的语法、语义和语用，独立于具体的系统结构和运行 环境。 ( 4 ) 实现了基于a g e n t 的柔性工作流原型系统。此原型以j 2 e e 平台和关系数 据库为基础，初步应用于某大型企业产品询价流程。 6 第2 章a g e n t 理论概述 第2 章a g e n t 理论概述 a g e n t 技术的诞生是人工智能和网络技术发展的必然结果。基于a g e n t 的思 想，人们甚至提出了一种新的人工智能定义：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a g e n t 。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 教授在i j c a i 9 5 的特邀报告中谈到：“智能的计算机a g e n t 既是人工智 能最初的目标，也是人工智能最终的目标。” a g e n t 一词的概念因研究和关心的问题不同而不一致，许多重要的问题有待 于进一步的研究。目前尚无被人们普遍接受的一般性定义。狭义的a g e n t 专指信 息领域的软件机器人或称软件a g e n t 。它是一种机动计算实体，功能是代表用户 以主动的方式完成一组相关操作。所谓“主动” 2 4 1 ，包含：( 1 ) 主动适应，即 完成具体任务的过程中，它可以获得、并应用在此次操作中获得的有关于操作对 象的有特定取向的知识；( 2 ) 主动执行，即对一些操作，无须用户发出指令，只 要相关状态满足一定条件即可触发。一般认为，a g e m 是一种经过功能封装的计 算机系统，它能识别并侦测周围的环境，并能依据周围环境的变化作出适当的反 应，能自主的采取措施以求完成用户所交予的任务。一般a g e n t 应具备目标、知 识和能力。知识，l l p a g e n t 具备对其所处环境的可被其识别、应用的描述，可由 其自身感知，也可有经由通信从其他a g e m 处获得。a g e n t 还应同时具备目标和能 力。 2 1 关于a g e n t 的强定义与弱定义 w o o l d r i g e 】关于a g e n t 给出了如下的定义，获得了大多数研究者的认同： ( 1 ) 弱定义： 用以最一般地说明一个软硬件系统，它具有以下四个特性：自治性 ( a u t o n o m y ) ：a g e n t 可以在没有人或其他a g e n t 直接干预的情况下运作，而且对 自己的行为及内部状态有某种控制能力；社会性( s o c i a la b i l i t y ) ：a g e n t 和其他 a g e n t ( 也可能是人) 通过某种a g e n t 语言进行信息交流；反应性( r e a c t i v i t y ) ：a g e n t 能理解周围的环境，并对环境的变化作出实时的响应；能动性( p r e a c t i v e n e s s ) ： a g e n t 不仅能对周围环境作出反应，也能够接受某些启动信息而作出有目标的行 7 成都理i ：大学硕+ 学位论文 为。 ( 2 ) 强定义： a g e n t 除具备“弱定义”中的所有特性外，还具有人类才有的一些特性，如 知识、信念、义务、意图等。另外，a g e n t 还可以具有其他一些特性，如：移动 性( m o b i l i t y ) ：指a g e n t 可在信息网络上移动；真实性( v e r a c o t y ) ：假设a g e n t 不 传输虚假信息；仁慈性( b e n e v o l e n c e ) ：假设a g e n t 没有冲突的目标，每个a g e n t 通常有求必应；合理性( r a t i o n a l i t y ) ：假设a g e n t 总是为实现目标而努力，而不阻 碍目标的或得，至少在它的信念中如此。 以上定义给出了给出一个大概性的定义，但目前尚不能给出一个一般性的准 则。 a g e n t 至少应该具备以下十一种属性： ( 1 ) 代理性( a c t i n g o i lb e h a l f o f o t h e r s ) 。a g e n t 代表别人或别的程序而非是 自身去完成某些工作。这是a g e n t 的第一基本特征。另外，a g e n t 可以把其他资源、 应用加以封装，成为其他用户、程序访问这些资源的一个有效媒介。 ( 2 ) 自治性( a u t o n o m y ) 。a g e n t 应该能够完全独立或部分独立地完成一定 的任务，具备不同程度的自治能力，是一个能够独立自主操作的计算实体。在没 有给出明确指令的情况下，它应该能够自行判断并寻找符合要求的资源；在无法 事先建模、精确预测的情形下，它应该能独立找寻解决问题的途径，独立规划并 解决实际问题。 ( 3 ) 主动性( p r o a c t i v i t y ) 。a g e n t 应能遵守承诺并采取面向用户的行动。例 如，在i n t e m e t 上为用户搜寻信息并提交给用户。 ( 4 ) 反应性( r e a c t i v i t y ) 。a g e n t 能感知周围环境并作出适当反应。 ( 5 ) 社会性( s o c i a l a b i l i t y ) 。a g e n t 具有一定程度的社会性，即它们可以根 a g e n t 的用户、资源以及其他a g e n t 进行通信交流。 ( 6 ) 智能性( i n t e l l i g e n c e ) 。a g e n t 应具有一定程度上的智能，如预定义规则、 自学习等。例如，捕捉用户的使用信息，记录、推测其意图并为其代劳；理解自 然语言；不同语言之间的翻译，以克服语种的障碍等等。 一定程度上，a g e n t 也可表现出如下的属性： ( 7 ) 合作性( c o l l a b o r a t i o n ) 。更高级的a g e n t 可与其他a g e n t 分工合作，以 完成单个a g e n t 所无法完成的任务。 ( 8 ) 移动性( m o b i l i t y ) 。具有移动能力的a g e n t 常会移动到其他地方寻找合 8 第2 章a g e n t 理论概述 适的资源、环境以求完成用户所交付的任务。 除以上属性职位，a g e n t 常会牵涉到其他一些属性： ( 9 ) 诚实性( h o n e s t y ) 。可以认为a g e n t 不会故意发布虚假信息。 ( i 0 ) 顺从性( o b e d i e n c e ) 。 i l a g e n t 不会故意违背命令，每个a g e n t 都会尽 力完成用户所交予的任务。 ( 1 1 ) 理智性( r e a s o n a b i l i t y ) 。i p a g e n t 会采取利于完成目标的措施，而非 是不顾后果盲目采取行动。 实际应用的系统中，a g e n t 通常不会具备上面所述的所有属性。 2 2a g e n t 的工作机制 理想的理性a g e n t 的定义：对每- - l l w l l 失n 觉序列( 一个a g e n t 所感知到的全部 事情) ，一个理想的理性a g e n t 应能以知觉序列所提过的事实和内置的知识为依 据，采取措施以求达到它的目标( 性能指标) 。 a g e n t 采取的措施实际上是从知觉序列或其内置的知识到动作的映射。 关于如何构建实际的程序以实现知觉序列到动作的映射关系，依据不同的需 求，a g e n t 通常可分为四类： ( 1 ) 简单反应式a g e n t ： 如图2 1 所示，其中e c a 规则实现了从外部感知( 知觉序列) 到动作的内在 联系。 下面是一个简单的简单反应式a g e n t 程序： f u n c t i o ns i m p l e r e f l e c t i o n - a g e n t ( p e r c e p t ) r e t u r n sa c t i o n s t a t i c ：e c ar u l e s s 1 ：a t ei n t e r p r e t - i n p u t ( p e r c e p t ) r u l er u l e - m a t c h ( s t a t e ，e c ar u l e s ) a c t i o nr u l e - a c t i o n r u l e 】 r e t u r na c t i o n 该a g e n t 通过查找符合当前知觉序列的e c a 规则来产生相应的动作。 i n t e r p r e t - i n p u t 函数返回对感知状态的知觉序列，r u l e m a t c h 查找符合当 前知觉序列的e c a 规则，而r u l e a c t i o n 函数则通过特定的规则产生行动。 该a g e n t 可看成二元组，a g = ，由函数s e e ：s i t u a t i o n p e r c e p t i o r t , 9 成都理 人学硕十学位论文 a c t i o n ：p e r c e p t i o n 一 a c t i o n 组成。 简单反应式a g e m 在完成日常的一些重复性任务有优势，但通常有些感知状 态必须要通过回忆、组合方能得对准确的知觉序列，其次所有的e c a 规则必须分 开编码，这使得a g e n t 的每个行为都必须分开编码，使得系统的可扩展性较差。 图2 - 1 简单反应式a g e n t ( 2 ) 包含自身状态的反应式a g e n t ； 但在一些复杂情况下，a g e n t 不能仅仅根据对外界环境的感知来采取行动， 它必须要结合对外界环境改变规律的认知以及自身对环境将会造成的改变的认 知才能采取合理的行动。这即是包含自身状态的反应式a g e n t ，当前的感知信息 与旧的内部状态结合并产生当前状态更新后的描述。 相应的程序为： f u n e l i o nr e f l e c t i o n a g e n t - w i t h c u r r e n t - s t a t e ( p e r c e p t )r e t u r n s a c t i o n s t a t i c ：e c ar u l e s ，c u r r e n ts t a t e s t a t ei n t e r p r e t - i n p u t ( p e r c e p t ，c u r r e n ts t a t e ) r u l er u l e - m a t c h ( s t a t e 。e c ar u l e s ) a c t i o nr u l e - a c t i o n r o l e 】 r e l t u r na c t i o n 此处i n t e r p i 强t 【n p u t 函数依据c u r r e n ts t a t e ，p e r c e p t 两者结合产生最终的 知觉序列。它需要了解：外界改变环境的规律，自身对外部环境改变将会造成的 影响。 该a g e m 的行为可表示为：a 旷 ，首先s e e - s i t u a t i o n 一 p e r c e p t i o n ， 组成，之后加了一个状态更新函数，p e r c e p t i o n ：p e r c e p t i o n c u r r e n ts t a t e 1 0 第2 章a g e n t 理论概述 p e r c e p t i o n , 最后a c t i o n ：p e r c e p t i o n a c t i o n 进入新的一轮感知循环。 ( 3 ) 目标驱动的a g e n t ； 某些情况下，a g e n t 的作用机制将完全不同于上两种，当外部环境发生变化 时，为达到预先定制的目标，前两种a g e n t 通常需要改写大量的e c a 规则来实现 该目标。这通常需要在采取措施前有一个如何达到预定目标的规划过程( 图2 2 ) 。 图2 - 2 目标驱动的a g e n t 但需要指出的是，随着研究的推进，逐渐发现即便非常简单的一些规划实现 起来都是如此的困难，即使一些简单的常识推理，因为需要一个极大的问题搜索 空间使其实现起来都非常麻烦。 ( 4 ) 效用驱动的a g e n t 实际上，单纯基于目标驱动的a g e n t 在实际应用中效率并不太高，所以又在 目标驱动的a g e n t 采取措施之前加入了效用检验功能，这样可以对所要采取的措 施有一个更为定量的判断。对效用功能的完整描述可以在目标驱动的a g e n t 系统 遇到问题的两类情况下作出理性决定：乱遇到目标冲突情形，它可以有效判断应 该以哪个目标为衡量依据b 在多目标权衡的情形下，有助于判断成功的可能性。 可参考图2 3 。 图2 - 3 目标驱动的a g e n t l l 成都理i ：人学硕十学位论文 2 3 多a g e n t 系统 本节根据模块化思想定义了一种基于规则和消息的工作流模型。此模型中工 作流程由各种任务模块( 简单任务或工作流程片断) 组成，每个模块能够在不同的 组织、企业流程中重用，便于企业业务集成。 多a g e n t 系统( m u l t i a g e n ts y s t e m ，m a s ) 是指由多个a g e n t 组成的集合， 各a g e n t 彼此独立，可依据环境变化自主决定行动，可与其他a g e n t 通信、交互， 协同完成任务。 m a s 可以定义为；能随环境变化决定行为，并熊与其他a g e n t 通过网络进行通 信、协作以共同求解问题的分布式智能系统。m a s 和计算机支持下的协同工作 ( c o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i v ew o r k ，c s c w ) 的出现，表明计算机应用有 了新的突破，由过去实质上仅支持个体工作，发展到支持群体协同工作的先进计 算机使用模式。 m a s 的基本特征如下： ( 1 ) 功能控制范围。单个a g e n t 的控制范围既可以仅仅是局部，也可能是全 局。 ( 2 ) 集成系统的操作手段。系统可以通过局部功能、局部接口等访问单个 a g e n t 。 ( 3 ) 系统控制位置。既有中心集中控制，也有分布控制中心。 ( 4 ) 系统集成机制，涵盖功能、语言、应用等问题。 ( 5 ) a g e n t 组成，同构、异构均有。类型包括人、机器、或两者联合。 m a s 研究的核心是a g e n t 之间的协作关系，通过彼此之间的知识、目标、技巧 与规划来合作完成任务，m a s 中的a g e n t 可能有一个或多个求解的目标。 由于m a s 更加贴近社会上的真是协作方式，具备更大的灵活性和适应性，因 此受到越来越多的研究者重视。以前m a s 的研究重点集中于协作问题的研究，现 在则反馈到单个a g e n t 自身，研究单个a g e n t 需要具备何种结构、能力方可在多 a g e n t 系统中感知环境，自主决策与合理行动、以及与其 a g e n t 交流。 多a g e n t 系统具有的特点为： 开放性：开放系统不再是一个封闭的世乔。系统与外界环境为并发关系，可 接受外界环境输入的新的信息，输出结果却不可预测。此不确定性导致演绎结果 难以预先判定。 1 2 第2 章a g e n t 理论概述 模块性：系统内各a g e n t 是异步、并发的关系，需分散控制。 适应性：系统可接纳新的个体，个体与个体、与群体的行为以及关系都可在 运行中自行发生变化。 环境的复杂性和不确定性是影响组织结构的重要因素。多a g e n t 体系结构的 选取很大程度上影响了系统的整个性能。它规定了一套规则用以定义个体之间关 系、以及对各个体进行约束。体系结构是一种系统中各a g e n t 的信息与控制关系、 任务执行力的分布模式，有机结合了结构与控制，提供了a g e n t 之间交互与活动 的基本框架。该结构提供了一种更高层次上的抽象视角，便于重用与功能扩展。 多a g e n t 系统结构可分为3 种： ( 1 ) 集中式： 系统分组，每组设一个控帝j j a g e n t ，它具有全局知识，用以实现该组内的局 域控制，如任务规划和分配等。另设一个消息传递a g e n t 承担消息传递任务。显 然，此种结构易于实现整个a g e n t 系统的消息、结构、实现目标的一致性，管理 与控制方便，但这种结构“刚性”较大，难以进行变更，毫无疑问会影响其扩展 性。并且，一旦其局部崩溃，全部系统也将不能工作。 ( 2 ) 分布式： 各a g e n t 之间完全平等，结构中存在多个中介a g e n t ，用以承担任务协商等任 务。此种结构增加了灵活性、稳定性，但各a g e n t 之间难以实现信息统一、难以 实现整体规划、有效协作而得到全局一致的行为。 ( 3 ) 混合式： 综合考虑前两种方式的优缺点，又产生了混合式结构。局部采取集中控制， 其他则完全平等。此种结构一定程度了综合了前两者的优点。是目前多a g e n t 系 统采用的主流结构。 为保证多a g e n t 系统正常运行，使整体性能在互相合作的基础上达到最优， 必须有一个用以规范各a g e n t 之间行为的协调机制，其目的是对目标、资源等合 理安排，以调整各自的行为。 广义上，多a g e n t 系统的协调方法分为显式和隐式两类。 1 显式： 指a g e n t 被设计成为对可能的交互进行推理，必要时进行交互，该方法有着 明确的协调机制，但比较耗时，不适用于某些动态性的、实时性的环境。 以起协调作用的执行者分布程度来看，协调方法可以分为： 1 3 成都理r 大学硕+ 学协论文 a 完全集中：该方法降低了系统的复杂性，减少了系统的通信开销，但要求 起协调作用的控制器有着极强处理能力，从而形成一个全局一致的方案，所以不 适合与复杂的、开放式的环境，在多a g e n t 系统只能够运用较少。 b 完全分布：各a g e n t 之间完全平等。a g e n t 之间主要靠内部推理与彼此之间 的交互，必要时再行协商。 c 集中与分布结合的协调方法：与前混合式结构类似，这种方法更符合人类 社会的现在状态。 2 隐式： 在复杂的环境中，要应付大量的冲突，仅仅依靠交互或中心控制器的方法是 不够的，因此又产生了关于社会规则、标准和惯例等隐式协调的研究。如社会规 则、过滤策略 2 5 1 等。 1 4 第3 章t 作流技术 第3 章工作流技术 工作流起源于生产组织和办公自动化领域。它针对日常工作中具有固定程序 的活动而提出。目的是通过将工作分解成定义良好的任务、角色，按照一定的规 则和过程来执行这些任务并对它们进行监控，达到提高办事效率、降低生产成本、 提高企业生产经营管理水平和企业竞争力的目的。 实际自从进入工业化时代来，企业管理研究内容之一就是有关过程的组织管 理与流程的优化工作。不过在没有计算机信息系统的支持以前，这些工作是由人 工完成。随着计算机网络技术和分布式数据库技术的发展，多机协同工作技术同 臻成熟，于2 0 世纪8 0 年代中期发展并逐步成熟的工作流技术为企业的经营目标提 供了更为先进的手段。 工作流管理技术的发展己经经过了概念阶段、试验阶段。1 9 9 3 年工作流管理 联盟( w f m c ) 的成立标志着工作流管理技术开始步入相对成熟。工作流管理联盟 统一规定了工作流管理系统相关术语，使的不同的工作流产品可以集成和互操 作。 3 1 工作流的基本概念 1 工作流( w o r k f l o w ) 工作流管理联盟将工作流定义为：全部或部分，由计算机支持或自动处理的 业务过程。在此过程中，文档、信息或者任务按照一定的过程规则流转，实现组 织成员间的协调工作以期