（计算机软件与理论专业论文）面向gmc的多agent建模的研究.pdf

摘要 摘要 在生产经营活动中，企业管理部门需要大量的决策行为。由于影响企 业运作的环境因素复杂多变，所以要做出一个迅速和正确的决策是很困难 的。作为智能体的a g e n t ，其特性决定了其在决策系统中的优势。因此如何 利用a g e n t 粼行决策系统建模，以及如何设计a g e n t 是本论文所要讨论的 内容。本文以国际企业管理挑战赛( g l o b a lm a n a g e m e n tc h a l l e n g e ，g m c ) 为 背景，利用面向a g e n t 技术和方法对该问题进行了建模和分析。 首先，在分析了企业部门组织结构和功能的基础上，将部门与a g e n t 在自主性、社会性、反应性和合作性等多方面进行了相似性比较，说明了 利用多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 ) 模拟企业部门决策的可行性； 利用自上而下的方法，将系统合理地划分为若干具有明确任务的a g e n t ；根 据a g e n t 之间的联系，构建了基于m a s 的g m c 决策模型，并进行了各a g e n t 工作流程、通信接口和资源分配模型的设计工作。 其次，利用从生物柔性得到的启发，对构建的m a s 决策模型进行了柔 性分析和设计。提出了维护的柔性、规则的柔性和扩展的柔性这样的一个 柔性层次，并对基于m a s 的模型的柔性能力进行了讨论，说明了其良好的 柔性层次和适应能力。对作为系统柔点的a g e n t ，利用了人工智能方面的推 理、学习和智能算法等相关知识进行了智能化设计。 最后，在如何具体实现个体a g e n t 内部组成方面，应用归纳原理分析 了a g e n t 的粒度和组成元素，提出了a g e n t 应由若干相关属性和对象组成的 观点，并给出例子进行了分析；在a g e n t 的运行方式上，提出了利用进程 和多线程的方法来实现a g e n t 和a g e n t 内部模块的运行，解决了多a g e n t 间 通信和合作及a g e n t 内部模块协调和并行的问题。 关键词柔性软件；生物柔性；决策模型；g m c ；多a g e n t 系统 燕山大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t i nt h ec o u r s eo ft h em a n u f a c t u r e ，e n t e r p r i s ed e p a r t m e n t sa l w a y sn e e dal o t o fd e c i s i o n b u ti t i sh a r dt om a k ear a p i da n dc o r r e c td e c i s i o nf o rc o m p l e x s u r r o u n d i n g s a g e n ta sak i n do fi n t e l l i g e n te n t i t y , i th a sa d v a n t a g e su s i n gi n d e c i s i o ns y s t e m s o ，h o wt ou s ea g e n tt om o d e li st h em a i nc o n t e n ti nt h i sp a p e r g m c ( g l o b a lm a n a g e m e n tc h a l l e n g e ) i st a k e na st h eb a c k g r o u n d ，a n dt h e n a g e n tm e t h o d s a r eu s e dt oa n a l y z ea n dm o d e li t f i r s t l y , t h ef r a m ea n dt h ef u n c t i o no f t h ee n t e r p r i s ei ng m cw e r ea n a l y z e d ac o m p a r i s o nb e t w e e na g e n ta n de n t e r p r i s ed e p a r t m e n t sw a sm a d ei nm a n y w a y s ，s u c ha si n d e p e n d e n c e ，s o c i a l i t y , r e a c t i o n , c o o p e r a t i o na n ds oo n i tw a s p r o v e d t h a ti tw a sp o s s i b l et ou s ea g e n tt oi m i t a t ed e c i s i o n m a k i n go f d e p a r t m e n t s u s i n gs u p e r i n c u m b e n tw a y , t h es y s t e mw a sp l o ti n t os o m ea g e n t s w i t hc l e a rt a s k s b a s e do nt h er e l a t i o no fa g e n t s ，t h em o d e lw a sc o n s t r u c t e d u s i n gm u l t i - a g e n t s ，a n dt h ew o r k i n gp r o c e s s e so f a g e n t sw e r ed e s i g n e d s e c o n d l y ，f l e x i b i l i t yv i e wt ow a su s e dt oa n a l y z et h em a sm o d e l b a s e do n t h ef l e x i b i l i t yo fb i o l o g y t h ef l e x i b l e a b i l i t yo fm u l t i a g e n ts y s t e mi n m a i n t a i n i n gf l e x i b i l i t y , f o r m u l a i cf l e x i b i l i t ya n de x p a n d i n gf l e x i b i l i t yw e r ep u t f o r w a r da n dd i s c u s s e d ，w h i c hp r o v e dt h a tt h em o d e lh a sg o o df l e x i b i l i t y a s f l e x i b i l i t yp o i n t ，a g e n ti n t e l l i g e n c ew a sd e s i g n e db yr e a s o n i n g ，l e a r n i n ga n d i n t e l l i g e n ta r i t h m e t i ci na r ti n t e l l i g e n c e f i n a l l y ，i n d u c t i v er e a s o n i n gw a su s e dt oa n a l y z et h ec o m p o s i n go fa g e n t g r a n u l a r i t y t h ev i e wt h a ta g e n tw a sc o n s t r u c t e db yc o n c e r n i n gc o n t r i b u t i o n s a n do b j e e l sw a sp u tf o r w a r d 1 1 r o c e s sa n dm u l t i - t h r e a d i n gw e r ea d v a n c e dt o r e a l i z et h ew a yo fh o wa g e n tw o r k i n g ，w h i c hs o l v e dt h ep r o b l e m so f c o o p e r a t i o na n dc o m m u n i c a t i o nb e t w e e n a g e n t sa n dp a r a l l e lo f i n s i d ea g e n t k e y w o r d sf l e x i b l es o f t w a r e ；b i o - f l e x i b i l i t y ；d e c i s i o nm o d e l i n g ；g m c ；m a s i i 燕山大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文面i n g m c 的多a g e n t 建 模的研究，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行 研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人 已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。 作者签字厥多手 日期：p g 年孕月础日 燕山大学硕士学位论文使用授权书 面向g m c 的多a g e n t 建摸的研究系本人在燕山大学攻读硕士学位 期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所 有，本人如需发表将署名燕山大学为第一完成单位及相关人员。本人完全 了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部 门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山 大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全 部或部分内容。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密囱。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：融里丰 聊签名：讳眠 日期： 口g 年朔圩日 日期：瑚年4 月口日 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 a g e n t 技术的发展状况 a g e n t 最早在2 0 世纪5 0 年代就已经提出，但真正的发展是2 0 世纪8 0 年代之后，在2 0 世纪9 0 年代成为研究的高潮【l j ，直到现在为止仍然是人工 智能领域研究的热点。 m o o r e 在8 0 年代就开始研究a g e n t ，是a g e n t 理论研究的先驱之一。他 主要关注a g e n t 行为知识先决条件方面的研究。行为知识先决条件是指a g e n t 要采取某行动时必须知道的情况【2 ，3 】。b r a t m a n 从哲学的角度将a g e n t 的行 为和意图连接起来，在8 0 年代中期提出了在开放和分布式的环境中，理性 a g e n t 的行为是受制于其意图的观点【4 】。9 0 年代初期，c o h e n 和l e v e s q u e 在 b r a t m a n 的基础上，通过形式模型系统地研究了信念、目标和意图的表达和 演算。c o h e n 和l e v e s q u e 的理论不仅用于a g e m 演算，而且被用于a g e n t 对话、 冲突和协作分析口 6 】。r a o 和g c o r g e f f 以a g e n t 的信念( b e l i e f ) 、期望( d e s i r e ) 矛i i 意 ( i n t e n t i o n ) 这三个原子特征为基础，给出了a g e n t 理论的逻辑框架【_ ”。从 此，具有信念、期望和意图的a g e n t ( 简称b d ia g e n t ) 成为了姆t 研究的基 本模型之一。b r a z i e r 在9 0 年代末对b d i a g e n t 的内部动态行为进行了研究， 给出了其信念和动机态度的精确定义，并利用d e s i r e 框架给出了信念和 动机态度推理和修改的一般模型。w o o l d r i d g e 提出了一组表示多姆t 系统 属性的逻辑，该逻辑框架用于定义和验证多a g e n t 系统口 。 在a g e n t 的通信语言方面，知识查询操作语言( k n o w l e d g eq u e r ya n d m a n i p u l a t i o n l a n g u a g e ，k q m l ) 逐渐被接受，是目前使用较多的a g e n t 通信 语言( a g e n t c o m m u n i c a t i o n l a n g u a g e ，a c l ) 。k q m l 是基于言语行为理论的， 分层的通信语言。它常被a c l 领域的研究人员当作是说明、理解和建造新 a c l 的参照语言 9 ，1 ”。从目前的使用情况看，大部分a g e n t 应用系统采用了 k q m l 作为通信语言。 关于a g e n t 的研究，这里需要介绍一下a g e n tc i t i e s ，它是欧共体关于 燕山人学工学硕士学位论文 a g e n t 研究的一个组织，创建于2 0 0 1 年l o 月。其主要目的就是将世界上的 各a g e n t 平台连接起来，每个a g e n t 平台中包含各种类型的主体，构成为 个“主体城市”，在不同平台之间可以进行通信，并提供各种服务。它主要 针对a g e n t 技术和服务进行实验性研究，为主体研究者们创建了个测试平 台与资源共享平台。现在已经有2 0 多个国家与地区建立了与a g e n tc i t i e s 的 连接，国内北京的a g e n t 平台在2 0 0 2 年4 月与之连接成功【i ”。 现在关于a g e n t 的研究主要侧重在以下几个方面：a g e n t 的认知模型和理 论、多a g e n t 系统的体系结构、a g e n t 的协作与协商、面i 句a g e n t 的软件方法 学以及a g e n t 技术的应用等【l “。经过近二十多年的研究，a g e n t 的理论与技 术有了长足的发展，已经在很多领域中得到了应用。国外( 主要是美国、加 拿大、欧洲、澳大利亚等) 智能a g e n t 的应用已经十分广泛，而国内起步 相对较晚，更多的是着重于认知模型和理论等方面的研究。目前已经将智能 a g e n t 技术应用在网络智能信息处理、知识管理、电力配电系统和电子商务 等领域中。 1 2 a g e n t 在d s s 中运用的研究 2 0 世纪9 0 年代以来，将a g e n t 技术与决策支持系统( d e c i s i o ns u p p o r t s y s t e m , d s s ) 结合成为管理科学、计算机科学与决策科等学界研究的热点问 题【n 】。a g e n t 技术的研究成为基于a g e n t ；，布式决策支持系统实现有效与创 新决策的关键。十几年来，国内外学者从不同角度对这一研究领域进行了 不同程度的研究，取得了一些有影响的研究成果，现就其中的主要观点综 述如下。 a g e n t 技术应用于d s s 中，主要是研究系统的结构和多a g e n t 之间的协作 规划与求解机制等。美国学者t u n g 在1 9 9 9 年提出一个面向目标基于行为的 采用多a g e m的决策支持系统的结构，采用a g e n t 作为d s s 组件建立协 作的决策支持系统；采用双层方法建立基于a g e n t 的d s s ，即：在第一层是 一个指派模型，搜索、识别与选择适合于完成指定任务的a g e n t ，另一层是 所有的个体a g e n t 设计协调与协作策略【1 4 1 。 国内在基于a g e n t 的d s s 研究方面始于最近几年。刘金琨在2 0 0 0 年提 2 第1 苹绪论 出将界面a g e n t 、移动a g e n t 和信息a g e n t 应用于d s s 中，利用界面a g e n t 的人 机协调技术构成智能决策支持环境，利用移动智能体与信息a g e n t 努冕入机 决策的网络化。胡小建、杨善林等在2 0 0 1 年提出采用多a g e m 技术构造d s s ， 由不同网络结点的a g e n t 组成，通过多a g e n t 仂作求解问题对决策提供支持。 琚云华在分布式决策支持系统研究成果的基础上，提出了基于a g e n t 软件合 成的协同交互系统的构建，包括a g e n t 结构、模型和知识的描述，a g e n t 间 协同交互和复杂问题求解的分布式求解方法等 1 5 , 1 6 】。 决策过程本身是人类的一种智能活动，决策支持系统能够越大程度的 模拟人类智能，就能够越科学的做出决策方案。要使系统具有智能，必须 提供大量高性能的关于某个问题领域的具体知识，智能决策支持系统的开 发和研究正是向这种基于知识的方法转变的结果。 目前要使决策支持系统进一步发展，真正成为经济和管理中价值巨大 的计算机辅助系统，还必须克服下面几个困难【1 7 】。 ( 1 ) 大规模复杂的非结构和半结构化决策问题的求解。 ( 2 ) 分布式问题求解方式和过程。 ( 3 ) 模拟人类智能活动，进行并行性智能行为。 针对这些问题，人们从各个领域出发，提出了很多解决方案和相关理 论。智能a g e n t 技术是其中重要的一种。研究证明，将智f 1 a g e n t 技术导入 d s s 中是行之有效的。建立基于智能体a g e n t 技术的d s s 是一项非常有意义 的工作。这主要表现在以下几个方面 1 8 - 2 1 】。 ( 1 ) 智能a g e n t 拥有自己的知识，尤其是多个智能a g e n t 相互协作和共 享知识时，可以使决策系统获得更高的智能。 ( 2 ) 智能a g e n t 具有学习能力，这使得基于多a g e n t 的决策支持系统会在 运行的同时不断丰富知识，提高其适应能力和智能化程度，就像不断学习 的人一样变得越来越聪明。 ( 3 ) 智能a g e n t 具有自主性，这有利于提高系统运行的稳定性，不会因 为某部分出错而导致整个系统崩溃。 ( 4 ) 多a g e n t 技术可以有效实现知识的分布存储和对问题的分布式求解 算法，便于处理更为复杂的问题。 燕山大学工学硕士学位论文 ( 5 ) 建立基于智能a g e n t 技术的d s s 便于利用包裹技术，即将决策支持系 统的部分或全部转化为基于a g e n t 的软件包，可以提高软件组织的重复利用 率，保护用户投资。 1 3 选题的背景和意义 1 3 1 问题的背景 国际企业管理挑战赛( g l o b a lm a n a g e m e n tc h a l l e n g e ，g m c ) 其核心是一 套高度完善的电脑动态仿真模拟系统。该软件以无数个企业管理的现实案 例和统计数据为依据，模拟标准化市场经济条件下，企业管理至关重要的 基本参变量以及在现实市场中无法避免的偶然因素。在此基础上，按照工 商管理的基本理论建立一个互动的定量化的模型。 比赛由6 人组成的参赛队经营一家虚拟的企业，队员分别扮演总经理、 生产、营销、人力资源、财务、研发等部门经理。队员根据现代企业管理 知识对该企业每季度的经营做出一系列的决策，与同一市场的其他若干个 虚拟企业竞争。决策涉及企业的发展战略、生产、研发、营销、人力资源、 投资及财务等方方面面，同时还穿插着金融、贸易、会计、期货、投资、 信息技术等许多重要的学科，最大限度地模拟一个公司在市场经济条件下 真实运作状况。 每一家公司都必须很好地把握不断变化的宏观经济环境、各公司之间 的竞争态势及本公司内部各职能部门之间的相互作用。通过建立各种数量 模型，进行边际分析、数量博弈、价格博弈，制定出自己的竞争战略、产 品组合、营销组合、销售预测；并通过对资本结构、生产规模、边际贡献 率、产能、库存、现金流量、劳动力储备等方面的分析和决策，对经营结 果进行控制和调整。 各公司的决策由计算机模拟软件系统处理后，形成公司的管理报告， 反映该公司决策所产生的市场效果，并以公司股票市场价格作为综合指标 衡量企业经营效果。各公司根据管理报告对下季度的经营做出决策， 再次提交给计算机处理，并得到第二季度的管理报告。以此形式循环反 第1 章绪论 复，直到第五季度结束，股票市场价格最高的公司获胜。 现代企业的生存和发展在很大程度上取决于该企业是否能紧紧把握住 它所赖以生存的外部环境的变化，注重企业内外环境条件的分析和研究， 识别环境可能造成的威胁或带来的重大机会，正确判定自己的优势和劣势。 企业经营决策的制定必须建立在对企业资源条件的全面系统认识的基础 上，通过对企业资源能力结构分析，识别资源条件的关键要素，找出其优 势与劣势。然而，面对大量的信息和不断变化的环境，如何做出最佳的决 策是非常困难的，如何协调各部门之间的决策也是令人很头疼的问题。 在g m c 中利用手工分析复杂的信息来做出正确的决策是相当困难的。 因而如何利用计算机技术开发优秀的决策系统是非常必要的。 1 3 2 研究的内容 本课题主要研究的内容是：如何利用多a g e n t 思想和技术对g m c 问题进 行建模，将手工决策改由多a g e n t 决策。本文在分析了g m c 决策流程的基础 上，将企业各部门的决策特点与a g e n t 特点做了详细的比较，利用多a g e n t 技术构建了针对g m c 问题的决策模型，并对模型柔性做了分析和设计。此 外，对a g e n t 如何实现的技术也做了探讨，如a g e n t 粒度和运行等方面问题。 本文的研究工作主要集中在以下方面。 ( 1 ) 多a g e n t 系统建模的可行性研究根据a g e n t 的自制性、反应性、社 会性、智能性、合作性及其它特点和企业各部门决策行为的特点做了详细 的比较和研究。以两者间具有重要的相似性，说明为什么要利用多a g e n t 来模拟企业部门的决策行为，以及利用多a g e n t 进行仿真的优势。 ( 2 ) 基于多a g e n t 的决策建模的研究根据多a g e n t 系统与企业各部门决 策行为的相似的特点，研究如何利用自上而下的设计方法来进行多a g e n t 模拟整个企业决策过程。其中研究工作包括a g e n t 种类的划分和功能的确定、 多a g e n t 的结构模型和行为组织方法、多a g e n t 模型的运行机制和各a g e n t 的工作模型及接口等。 ( 3 ) 多a g e n t 模型的柔性化研究在分析了生物体柔性的基础上，研究了 软件柔性的层次，从维护的柔性、规则的柔性和扩展的柔性这三个层次方 燕山大学工学硕士学位论文 面分析了模型的柔性。根据a g e n t 智能的需要，探讨了如何利用人工智能中 相关技术进行智能化设计。 f 4 ) a g e m 的构造和实现的研究在这方面主要对如何面向a g e n t 软件开 发进行了研究工作。在研究了软件发展中的粒度问题后，讨论了a g e n t 的粒 度大小问题和组成元素，即如何划分a g e n t ，以及其内部的构造和应该包含 的内容。最后提出了如何利用进程和线程的技术来解决多a g e n t 系统运行的 问题。 1 3 3 课题的意义和应用前景 信息社会的兴起使得整个社会发生了根本的变化，传统的以工业为基 础的社会经济迅速向基于知识和信息的社会经济转变。目前企业面临一个 目益复杂和不断变化的环境，决策问题变得越来越复杂。多层次、多属性 的多目标的复杂系统的决策成为当前决策的主要难题。 企业环境的变化导致信息不断的变化，而信息不断的变化就要求企业 的决策系统能立即对此做出相应的处理。如企业的决策系统要求具有很强 的适应性和智能性，如从失败中获得教训和成功中获得经验等。这些使得 传统的决策支持系统难于胜任。因此如何开发一个集柔性、智能性于一体 的决策支持系统具有很大的意义。 虽然本论文只是对g m c 问题利用 a g e n t 技术进行d s s 的建模和设计， 但g m c 中的企业环境和真实的企业环境基本上相似。通过对g m c 问题的 建模可以得到真实企业智能决策支持系统的开发模型和解决方法。所以对 于企业复杂d s s 的建立有很大的帮助和探讨意义。 综上，本课题具有如下几方面的意义和应用前景。 ( 1 ) 在技术上，探讨了面向a g e n t 的系统分析、系统组织、系统建模和 a g e n t 内部设计等方面，有助于基于多a g e n t 的d s s 构架的建模和设计，为 基于多a g e n t 系统的开发做了技术上的准备。 ( 2 ) 在理论上，将柔性概念引入了多a g e n t 系统中，利用柔性的观念来分 析设计系统，提出了系统柔性的三个层次，即维护的柔性、规则的柔性和 扩展的柔性。 6 ( 3 ) 在应用前景上，基于a g e n t 的智能d s s 自键立能为企业提供快速和准 确的决策帮助，提高了企业的效率和效益。 1 4 论文结构 本文共分为五章，内容包括：绪论、a g e m 技术的基本理论、g m c 问题 分析和a g e n t 建模、模型柔性的分析和设计、a g e m 的内部设计和结论部分。 第1 章为绪论。叙述了a g e n t 的发展和在d s s 啊垂用的研究状况。在阐 述了课题背景之后，说明了研究的内容和课题的意义以及应用前景。 第2 章为a g e n t 技术的基本理论。描述了什么是a g e n t 及特征，并说明 了a g e n t 与面向对象技术的区别。在多a g e n t 的基本理论方面，主要叙述了 其优点、协作通信以及建模等内容。 第3 章为g m c 问题分析和a g e n t 建摸。叙述了g m c 问题和企业结构组 织。在对多a g e n t 系统仿真建模的可行性进行了分析的基础上，给出了多 a g e n t 系统建模的步骤、模型结构以及各a g e n t 的工作模型。 第4 章为模型柔性的分析和设计。主要在分析了生物柔性的基础上， 讨论了模型系统的维护的柔性、规则的柔性和扩展的柔性。最后对a g e n t 智能的设计做了探讨。 第5 章为a g e n t 的内部设计。解决t a g e n t 的粒度问题，并对如何实现 a g e n t 的内部结构，包括a g e n t 的意识、行为、内部结构进行了探讨。最后说 明了a g e n t 如何以进程和线程的方式运行。 最后，在结论中对本文进行了总结，并对进一步的研究工作进行了分 析和展望。 燕山大学工学硕士学位论文 第2 章a g e n t 技术的基本理论 2 1 a g e n t 2 1 1 a g e n t 的定义 美国m m i n s k y 教授在心智社会( s o c i e t yo f m i n d ) 这本书中，最早提 出智能体( a g e n t ) 这一概念1 22 1 ，用它来描述一个具有自适应、自治能力的硬 件、软件或其它任何自然物和人造物，从而在人工智能领域中掀起了研究 基于a g e n t 的技术和基于a g e n t 的系统的高潮。 过去十多年，在a g e n t 和m a s 的建模方面进行了大量工作，几乎所有 的研究工作都以实现b r a t m a n 的哲学思想为目标。不过，这些研究都没有完 全实现b r a t m a n 的哲学模型，仍然存在尚待进一步研究和解决的问题，如 a g e n t 模型与结构的映射关系、建造a g e n t 系统的计算复杂性以及a g e n t 问 题求解与心理状态关系的表示等问题【2 3 】。 在计算机和人工智能领域中，什么是a g e n t 这个问题到目前还没有一个 统一的定义。著名的a g e n t 理论研究者w o o l d r i d g e 教授提出了a g e n t 的弱定 义。他认为：a g e n t 是一个具有自治性、社交性、反应性和主动性等性质的 基于硬件或软件的计算机系统。但w o o l d r i d g e 教授认为这些性质并不是 a g e n t 的基本性质【2 4 1 。对于不同的研究领域，所提出的a g e n t 模型不尽相同， 但就其内部功能模块而言，大都包括感知模块、推理模块、执行模块、通 信模块、内部状态库和知识库等部分。 一般认为，a g e m 运行于动态环境中，具有智能和感知环境的能力；能 根据自身资源、状态、行为能力、相关知识、知识规则以及获取的外部环 境信息，通过规划、推理和决策实现问题的求解，并做出反应；自主地完 成特定任务并达到预定目标的具有高度自治能力的实体。其最大的特点是 具有智能性及良好的灵活性，特别适合于对复杂、分布和难于预测的问题 的处理。在软件开发领域，基于a g e n t 的软件设计思想被认为是“软件发展 8 第2 章a g e n t 技术的基本理论 的下一个重大的突破”和“新软件革命”口5 2 6 1 。 一般a g e n t 具有以下几个特点。 ( 1 ) 自治。胜( a u t o n o m y ) 一个a g e n t 是一个独立的计算实体，它具有不同 程度的自治能力，能在非事先规划的、动态的环境中解决实际问题。在没 有用户参与的情况下，独立发现和索取符合用户需要的资源、服务等。这 是a g e n t 最基本的属性，是区别于其他抽象概念，如过程、对象的一个重 要特征。 ( 2 ) 主动陛( p r o c l i v i t y ) a g e n t 不仅对环境做出反应，而且能够把握机会 以目标为向导主动采取行动，即行为是为了实现目标。在某些情况下a g e n t 能自主地产生目标，续而采取主动行为，主动与环境交互。 ( 3 ) 反应性( r e a c t i v i t y ) a g e n t 自融惑知环境，并通过行为对环境中相关事 件对环境做出适当的反应。 ( 4 ) 社会性( s o c i a la b i l i t y ) 即通讯能力，a g e m 可能处于由多个a g e n t 组 成的社会环境中，通过某些交互途径与其他a g e n t 交换信息，协同完成自身 问题求解或者帮助其他a g e n t 完成相关活动。a g e n tf 司通过某种通讯语言来 交换各种信息，是a g e n t 协作和学习的基础。 ( 5 ) 智能陡( i m e l l i g e n c e ) a g e n t 具有一定程度的智能，包括推理和学习 等一系列的智能行为，如从失败中获得经验教训从而修正行为以适应新的 环境等等。 ( 6 ) 合作性( c o l l a b o r a t i o n ) 更高级的代理可以与其它a g e m 分工合作，共 同完成单个代理无法完成的任务。 此外，对于移动a g e n t 还具有移动。陛( m o b i l i t y ) ，即具有移动的能力。 为完成任务，可以从一个节点移动到另一个节点，如访问远程资源、转移 到环境适合的节点进行工作等。 2 1 2 a g e n t 的基本模型 a g e n t 的基本功能就是与外界环境交互，得到信息，对信息按照某种技 术进行处理，然后反作用于环境。a g e n t 可以看作一个黑箱，通过传感器感 知环境，其环境包括系统外部的环境以及a g e n t 之间相互交流的信息。a g e n t 图2 - 1 所示。 。津罴嚣黧竺嬲裂篡篆篓裂。嚣篓 鬻黧篡鬻a 咄篇篇描蒜蒜：g e n t 设状态集合中的一个。 的影响力司以表不刃明1 。”。呆。“一“ 蓑零篓黧。i t 搠a u黧黧篆蠢鬈蒜警窑慧gem 准a g e n t 【2 7 。羽。决定执行什么动作是亩经验移乇芷啪琏羔8 “1 。 a g e 酊。翟篇的蓄羹釜黧2 个踟符号弛在该剐， 2 1 2 。1 晌黑慕罴一淼篇蒸黼茹蒜，茹主 船懋裟淼裟恭篙罢篙誓箍盏紫a g e _ n 。 纛黧戮篡麓嚣笫磊。这种 黛薹煮鬈鬟熹黧篇警茹淼磊分罴磊孟 竺黧黧鬈彗糍黧嚣芸誓了透藻淼 罢蒌篙萎霎接曩翟凳嘉嚣毒嚣墨姜旱蒿芝嘉翥_ 曩盖竺萎；u ；嚣- 薹三蓑 状态的描述。然后在知识库的支持p 制定j ；! i l 划彤贼水州刨”“一“。 1 0 第2 章a g e m 技术的基本理论 匝叵卜囤 传感器 f 环 臣互卜园 境 互卜囱 效应器 7 l 图2 - 2 思考型a g e n t 模型 f i g 2 - 2m o d e lo f d e l i b e r a t i v ea g e n t 2 1 2 2 反应型a g e n t 反应型a g e n t 不拥有关于环境的内部符号模型，代之 以刺激响应的方式对所处环境的状态做出反应。反应型a g e n t 和r o d n e y b r o o k s 所倡导的基于行为的人工智能有关口们，他认为智能行为是反应型 a g e m 周围环境交互的结果。 反应型a g e n t 内部预置相关知识，在外界的刺激符合一定条件后，a g e n t 不进行逻辑推理而直接调用预置的相关知识，产生相应的动作。反应型 a g e n t 的基本结构如图2 - 3 所示。 一 图2 - 3 反应型a g e n t 模型 f i g 2 - 3m o d e lo f r e a c t i v ea g e n t 图中条件- 动作规则使得a g e n t 将感知与动作联系起来，其中方块表示 a g e n t 决策过程的当前内部状态，椭圆表示过程中所用的背景信息。反应型 a g e n t 的响应速度较快，与思考型a g e n t 相比，它不包含符号表示的环境模型， 不使用复杂的符号推理系统。 试验表明，在现实世界中，反应型a g e n t 在处理有严格的任务时限时优 燕山大学工学硕士学位论文 于思考型a g e n t 。然而，反应型a g e n t 在处理需要环境知识的任务时也存在问 题，因为这些知识必须通过推理或者从记忆中获得，而不是通过感知获得。 此外反应型a g e n t 自镪置应能力比较差，a g e n t 的每个行为需要分开编码，与 之相关联的就是系统的扩展性差。 2 1 2 3 混合型a g e n t 混合型a g e n t 是上述两类a g e n t 的综合。思考型a g e n t 具有较高的智能，但无法对环境的变化做出快速响应，而且执行效率低下。 反应型a g e n t 能及时快速地响应外来信息和环境的变化，但智能程度低、缺 乏灵活性，不能考虑到整体和其他部分的信息等。因此，纯粹的思考型a g e n t 和反应型a g e n t 结构在大多数实际问题中都不是十分合适，比较好的方法就 是综合两者的优点。混合型a g e n t 是上述两种a g e n t 的综合，通常采用多层 结构。针对响应问题对时间要求的不同，将不同层的结构设计成范反应型 或者思考型，其结构如图2 - 4 。 图2 - 4 混合型a g e n t 模型 f i g 2 - 4m o d e lo f h y b r i da g e n t 通常混合型a g e n t 被设计成至少包括如下两部分的层次结构：高层是一 个包含符号世界模型的认识层，它用传统人工智能的方式处理规划和进行 决策；底层是一个能快速响应和处理环境中突发事件的反应层，它不使用 符号系统来表示，反应层通常给予更高的优先级口1 , 3 2 1 。分层结构的主要问 题是，各层采用什么样的控制框架以及各层之间如何交互。 第2 章a g e n t 技术的基本理论 2 1 3 a g e n t 与对象的区别 在面向对象设计中，我们把客观世界中的实体抽象成问题空间的对象。 对于面向对象设计我们可以用以下语言来描述：面向对象程序设计是通过 对象，对象间消息传递等语言机制，使软件开发者在解空间中直接模拟问 题中的对象及其行为。面向对象设计的基本操纵单位为对象，即类的实例。 对象间通过消息传递机制实现功能调用。使用封装，继承和多态等方法具 体实现数据的操作，代码复用和方法重载。 社会是人和人之间关系的复杂组合体，我们用a g e n t 来模拟人的思想和 行为，进而用多主体系统模拟社会，于是我们得到了面向主体设计方法。 对于面向主体设计我们可以用以下语言简单描述：面向主体方法是通过对 人和社会解决应用问题的智能行为的模拟。主体含有心智成分，其通过通 信语言实现相互交流。 例如：在对象世界中，所有的软件实体都是o b j e c t ，现实世界中的一张 发票和一位员工，映射到对象世界中都是一个c l a s s 。发票c l a s s 具有一些数 据( 日期，金额) 和操作( 效验，保存) ，员t c l a s s 也具有一些数据( 姓名，职位) 和操作( 上班，下班) ，从映射的角度来看，任何现实世界的实体都是数据和 操作的集合。 但实际上，在现实世界中，发票和员工还是有区别的。发票是一个物 体，而员工是一个有心智的实体。发票类的方法只能是被动地被调用，如 果我们不调用，任何一张发票都不会自动的进行效验或者保存。而员工的 方法调用与否，是由员工自己来决定的，是自发完成的。这种只能被动调 用和自发执行的区别，是因为员工具有自己的心智，而发票没有。传统的 面向对象对象并没有引入这个区分，而这种区分所造成的结果就是所有的 操作都是被动地等待调用。 为了得到对面向主体更清晰的认识，这里对面向主体和面向对象进行 以下四方面的比较 3 3 】。 ( 1 ) 自主性主体是位于某一环境中的一个计算实体，它有能力在该环 境中自主的采取行动，即在没有人直接干预下能够采取行动，并能控制自 燕山大学工学硕士学位论文 己的行为和内部状态。对象不具有自主性，不能控制自己的行为。面向对 象有p u n i c 关踺字，如果将一个方法置于其下，则其他对象可任意调用该 方法，拥有该方法的对象不能控制该方法是否执行，即面向对象通过直接 调用的方法实现交互。面向主体是通过任务请求的方法实现交互，当主体a 需要主体b 来完成某个功能时，a 不能直接调用b 的方法和属性，只能向 b 发送一个任务请求，b 返回结果，至于b 如何完成，a 无权知道。 ( 2 ) 反应性主体能够感知它们的环境，如客观世界和其他主体等，并 以实时方式响应环境中发生的变化。对象不能自主感知外部世界，并实时 做出反应。 ( 3 ) 社会性主体能够在履行其自身职能的同时，还能够根据其求解状 态和需求，在合适的时候与其他主体交互，以提高自己的问题求解能力或 帮助其他主体的问题求解活动。而对象系统中的对象之间的关系是单向的 调用关系，不存在相互作用。 ( 4 ) 学习能力主体在运行过程中，通过学习以往的经验不断改善自己 对同一问题的求解能力，而对象的方法却是一成不交的。假如主体m 和对 象n 都可以求解s i n ( x ) 和c o s ( y ) ，主体m 可以通过自学习求解出s i n ( x ) + c o s ( y ) ， 而对象n 则不会，必须人工加入s i n ( x ) + c o s ( y ) 函数。 但面向对象和面向主体并不是对立的，它们之间的关系是包含关系， 即面向主体包含面向对象，面向对象设计方法的切优点都可以被面向主 体所吸收和容纳。就目前的技术结构而言，面向主体的设计还需要靠面向 对象程序设计语言来具体实现。 2 2 多a g e n t 系统基本理论 2 2 1 多a g e n t 系统的优点 所谓多a g e n t 系统是指由多个相互作用、相互联系的a g e n t 组成的一 个较为松散的多a g e n t 联邦，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，其协作求解能力超过了单个a g e n t 。多a g e n t 系统的作用 就是用松散的结构、较低的成本，完成集中控制所不能完成的问题求解。 1 4 第2 章a g e n t 技术的基本理论 其优点主要在于以下几点3 4 。7 1 。 ( 1 ) 通过与其它a g e n t 的交互和学习，可以开发新的规划或求解方法来 处理不完全，不确定的知识。 ( 2 ) 通过a g e n t 间的合作，多a g e n t 系统不仅改善了每个a g e n t 的基本能 力，而且从a g e n t 的交互中还可以进一步地理解社会行为，增强其控制、改 变环境的能力。 ( 3 ) 基于多a g e n t 的设计，可以简化系统模型，使分析变得更容易。同时， 可以更贴近现实地对人类社会进行模拟。 ( 4 ) 数据与计算的分布可以很好地适用于网络环境，系统对环境的适应 性强，具有低偶合高内聚的特点。 2 2 2 a g e n t 通信语言k q m l k q m l ( k n o w l e d g eq u e r ya n dm a n i p u l a t i o nl a n g u a g e ) 是a g e n t 间通信的 实际标准语言，是一种用于交换信息的语言和协议，为表达消息和处理消 息提供了标准的格式d 8 3 9 。k q m l 可以用于应用程序和智能系统之间的知识 共享来达到协同处理问题的目的。k q m l 包含了一系列可扩充的行为原语， 行为原语定义t a g e n t 列知识和目标的各种操作，在其上可以建立a g e n t 互 操作的高层模型。k q m l 消鼠是线性的字符流，语法简单，消息内容可以 是非二迸制流。 k q m l 可以分成三个层次：内容层、消息层和通讯层。内容层是k q m l 的核心，表示了a g e n t 之间通讯的内容，k q m l 可以携带任何语言表示的表 达式【3 8 1 。通讯层包括了一系列消息特征，描述了通讯底层参数，包括消息 接收者和发送者的标识以及与通讯相连的标识。 k q m l 与现存的其它通信协议的本质区别在于，它不仅负责传递消息 本身，且能通过定义丰富的消息类型及它们的语义去提出接收者应如何处 理消息内容和如何应答的期望，从而促进a g e n tf 髓信的协调。消息的类型 以称为p e r f o r m a t i