（计算机科学与技术专业论文）分布环境中的agent系统模型及实现.pdf

国防科学技术人学研究生院学位论文 摘要 随着大量信息涌上网络，人们对高效访问和管理这些信息的软件工具的需求越来越 大。这类软件系统的开发方法和实现技术有很多种，：蓉课题在应用软件a g e n t 技术解决 用户网上信息管理问题方面进行了研究。 现有的信息管理软件a g e n t 系统具有这样一些特点：采用功能受限的单a g e n t 系统、 分别处理邮件和网页信息、采用传统的数据驱动的运行机制实现管理策略，等等。同时， 也正是这些特点限制了这类软件的功能。声奉课题从应用背景分布的网络环境情 点出发，考虑软件a g e n t 作为一个独立软件实体的性质及进一步扩展到多a g e n t 合作的 需求，提出了基于b d i 建立a g e n t 模型的方法，并构建了信息a g e n t p e r f o r m ( p e r s o n a li n t ：o r m a t i o nm a n a g e r ) 系统的模型。该模型以信念( b e l i e f ) 、愿望( d e s i r e ) 、 意图( i n t e n t i o n ) 等内部特征来描述a g e n t ，更好地体现了a g e n t 自主性，使得对a g e n t 行为的描述更加符合人的思维习惯，易于理解。依据该模型开发的系统具有适应性强、 功能强、可扩展等特性。另外，模型通过将合作知以嵌入a g e n t 的信念，使得模型可描 述多a g e n t 系统中的单个a g e n t ，自然地实现与其他a g e n t 的合作。 此外，本课题的成果还包括： l 、设计了p e r f o r m 系统的b d i 决策算法； 2 、通过总结改进已有的机器学习算法，设计了p e r f o r m 系统的文档特征学习 算法； 、 3 、设计了p e r f o r m 原型的实现方案，并实现了部分原型系统。) 本文在讨论相关的a g e n t 及多a g e n t 技术现状及特点的基础上，详细介绍了p e r f o r m 信息a g e n t 模型，给出了主要算法及原型的部分实现。 v 7v 一 关键词：信息a ( e n l ：信息管理多a p n t 合作b 口i - 曩n t 模型学耵、 国防科学技术入学研究_ 院学位论文 a b s t r a c t g r o w i n ga m o u n to fi n f o r m a t i o na v a i l a b l eo nt h e i n t e m e ti n c r e a s e st h er e q u i r e m e n t so f p e o p l eo fs o f t w a r e t oa c c e s sa n dm a n a g et h e me f f i c i e n t l y t h e r e a r eal o to fm e t h o d st o d e v e l o pa n dt e c h n o l o g i e s t or e a l i z es u c hs o f t w a r es y s t e m t h i sp a p e rd i s c u s s e st h eq u e s t i o no f i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tu s i n gt h es o f t w a r ea g e n tt e c h n o l o g y i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts o f t w a r eu s i n gs o f t w a r ea g e n tt e c h n o l o g ya v a i l a b l en o wh a s s u c hf e a t u r e sa si n t r o d u c i n gf u n c t i o n l i m i t e ds i n g l ea g e n ts y s t e m ，d e a l i n gw i t he m a i la n dp a g e i n f o r m a t i o ns e p a r a t e l y ，r e a l i z i n gt h em a n a g es t r a t e g yw i t hd a t a d r i v e nm e c h a n i s m ，a n ds oo n ， w h i c ha l s ol i m i ts u c hs o f t w a r e c o n s i d e r i n gt h e f e a t u r e so fd i s t r i b u t e dn e te n v i r o n m e n t ， a u t o n o m y o fs o f t w a r e a g e n t a so n e e n t i t y ，a n d t h en e e do fe x t e n d i n gt o m u l t i a g e n t c o o p e r a t i o ns y s t e m ，t h i sp a p e rp u t sf o r w a r dam e t h o do fm o d e l i n gs o f t w a r ea g e n tw i t hb d i ， a n d g i v e o u tt h em o d a lo fa ni n f o r m a t i o n a g e n ts y s t e m p e r f o r m 7 p e r s o n a l i n f o r m a t i o nm a n a g e r ) t h em o d a ld e s c r i b e st h ea g e n tw i t hs u c hi n t e r n a lf e a t u r e sa sb e l i e f , d e s i r e i n t e n t i o n ，s ot h a tw e l ld e s c r i b et h ea u t o n o m yo fa g e n t ，m a k et h ea g e n ta c t i o n sa c c o r d w i t ht h et h o u g h to fh u m a nb e i n g sa n db ee a s yt ou n d e r s t a n d t h es o f t w a r es y s t e md e v e l o p e d f r o mt h i sm o d a lw i l lb em o r ea d a p t a b l e ，p o w e r f u l ，a n de x t e n s i b l e f u r t h e r m o r e ，t h em o d a l e m b e d st h ek n o w l e d g eo fc o o p e r a t i o ni n t oa g e n t sb e l i e f , w h i c hm a k et h em o d a lb ea b l et o d e s c r i b et h ea g e n ti nm u l t i a g e n ts y s t e ma n dr e a l i z ec o o p e r a t i o nn a t u r a l l y b e s i d e s t h em a i nd i s t r i b u t i o n sa l s oi n c l u d e ： 1 d e s i g n t h ed e c i s i o n - m a k i n ga l g o r i t h mo fb d o f t h ep e r f o r m s y s t e m ； 2 a n a l y z ea n di m p r o v e t h em a c h i n e l e a r n i n ga l g o r i t h ma v a i l a b l e ，d e s i g nt h ed o c u m e n t - f e a t u r e l e a r n i n ga l g o r i t h m o ft h ep e r f o r m s y s t e m ； 3 d e s i g nt h es c h e m eo fr e a l i z i n gt h ep e r f o r mp r o t o t y p es y s t e m a n dr e a l i z i n gp a r to f i t ， t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h es t a t u sq u oa n dc h a r a c t e r so ft h ea s s o c i a t e dt e c h n o l o g i e so fa g e n t a n dm u l t i a g e n t ，d i s c u s s e st h em o d a lo fp e r f o r mi n f o r m a t i o na g e n ts y s t e m ，t h em a i n a l g o r i t h m sa n d t h er e a l i z a t i o no f p a r to f t h ep r o t o t y p es y s t e m k e y w o r d ：i n f o r m a t i o na g e n t i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t m u l t i - a g e n tc o o p e r a t i o n b d i a g e n t m o d a l l e a r n i n g 国防科+ 丫技术入学研究皖学何论文 第1 章绪论 网络的发展带来了信息爆炸，给用户在信息管理上造成了很大困难。w e b 信息资源 具有开放、异构、分布、动态变化等特点，这使得用户对网上信息根本不可能完全了解， 能利用上的更加有限：电子邮件已成为网上通信的主要手段，用户为了使用网上服务而 有意无意地公开自己的邮箱地址，致使大量广告邮件甚至垃圾邮件趁虚而入，处理起来 费时费力，十分影响工作效率。 为了解决这些问题，人们首先想到的是完善已有的网上信息管理软件。搜索引擎通 过使用用户注册、发收c o o k i e 等方法保存用户信息，使服务面向用户需求；同时，在 对网上信息分类更加细致完整的基础上，增加高级检索功能，使得用户的输入包含更多 的启发信息，提高检索效率。各种邮件管理软件增加了邮件过滤、自动回复等功能，使 软件管理系统具备一定的自动处理能力。 然而，传统的功能固定的搜索引擎和邮件管理软件开发终究跟不上信息增长的速 度，也无法满足用户对高效访问和管理信息资源的软件不断增长的需求。于是人们渐渐 把目光投向智能型软件解决策略上。目前，a g e n t 技术的应用已经成为一个研究的热点， 许多专门从事a g e n t 技术研究的工作组及研究人儿从各种角度及应用背景建立理论体 系，开发相应的系统。 a r m s t r o n g e t a 1 ( c a r n e g i e m e l l o n u n i v e r s i t y ) 开发的帮助用户进行网上浏览的 w e b w a t c h e r 9 2 3 2 8 3 5 1 1 3 6 】，嵌在网页上，依据用户在启动它时提供的关键字，通过 对网络节点上文本信息以及超链接( h y p e r l i n k ) 本身所蕴涵知识的学习，在用户浏览 过程中提出恰当的建议，直至用户终止它；并通过接收用户反馈形成连接的分类图。 t e r r yr p a y n e 和p e t e re d w a r d s 开发了一种具有学习功能的界面a g e m 3 4 1 ，通过对 邮件特征信息的提取协助用户分类和预处理电子邮件。系统提供了用户反馈机制及用户 特定行为监视机制来形成用户模型，指导a g e n t 工作。 m i t c h e l le ta 1 开发的个数字助手 2 1 】，通过连接用户的日程表及了解其它与会者的 有关信息，生成一系列的规则，帮助用户制定新的会议计划。 理想情况下，a g e n t 技术可以有效地解决网上信息管理问题，减轻用户的工作量， 较好地满足用户对更聪明( s m a r t ) 、更持久( 1 0 n g e r 1 i v e d ) 、自主性更高( m o r ea u t o n o m o u s ) 的软件的需求。但在实际研究与应用中，对于什么洋的软件才能称为a g e n t 并没有一个 统一的标准，人们对a g e n t 的概念也各有己见，a g e n t 技术还处于探索阶段。 题。 本课题研究问题是：在分布式环境中，用软件a g e n t 技术解决用户网上信息管理问 用户的网上信息包括用户浏览、下载的网页信息和收到的邮件信息，现有的应用 第1 页 国防科学技术人学研究甓学位论文 a g e n t 技术柬管理网上信恩的系统一般具有以下几个特点： l 、采用单a g e n t 系统 在已有的搜索引擎或邮件服务器上添加一个过滤模块构成的单a g e n t 系 统，通过提取、匹配检索到的信息的特征，将用户兴趣之外的信息过滤掉， 使系统具对用户的适应性。单a g e n t 系统简单，易于维护。但单个a g e n t 作为 用户在网上的一个代理，同样只能掌握有限的信息分布情况，而且功能也是 有限的。 2 、将两种信息分别对待 一般将网页或邮件信息之一作为处理对象。即使在一个系统中都可以处 理，也是作为完全不相关的两种信启、。实际e ，对用户来浼，他对两种信息的 兴趣是具有相似性的，可以用同一种方式表示、维护。 3 、按照传统的以数据为中心进行处理的方式建模 以邮件或网页为数据，选择一种信息特征表示方式，应用机器学习算法将 数据转化为内部特征表示，a g e n t 实际由处理数据的若干模块构成，其动作由 数据驱动，自主性只是通过a g e n t 的外部行为体现，在模型描述中没有体现出 来。 因此，寻找新的a g e n t 建模方式，开发更适用于网络应用的a g e n t 系统是很有必 要的。本课题由此入手进行研究，构建了一个信息a g e n t 系统“个人信息管理员” p e r f o r m ( p e r s o n a li n f o r m a t i o nm a n a g e r ) ，总的说它具有以下特点： l 、运作于多a g e n t 系统中的单个a g e n t 网络固有的分柿特性，以及网络信息不【断更新变化造成每个与网络连接的实 体只能掌握部分信息变化的情况，使得多a g e n t 系统成为一个很自然的信息管理 解决策略。在多a g e n t 系统中，每个a g e n t 只需要掌握部分知识，通过通信交互， 将自己不了解从而无法完成的任务委托给其它a g e n t ，或通过联合承诺，合作完 成一项用户委托任务。 p e r f o r m 就处于一个多a g e n t 系统( m a s ) 中。这个m a s 将用户、w e b 网页、邮件服务器都看作a g e n t 加以建模，p e r f o r m 与他们在保证“诚实”的 前提下合作完成用户任务。这样，p e r f o r m 有限的知识、功能可以由其他a g e n t 的知识、功能弥补。并且，p e r f o r m 关于合作的知识使得它具有社会性。 2 、统一处理两类信息 p e r f o r m 维护用户模型来记录用户对网页、邮件的特殊要求，使用统一的 学习算法维护该模型，从而掌握用户兴趣爱好方面的知识。 3 、以a g e n t 为对象建模 p e r f o r m 模型采用从a g e n t 精神状念( s t a t e - o f - m i n d ) 出发，基于b d i 的 建模方法，a g e n t 的动作通过自己的信念( b e l i e f ) 、愿望( d e s i r e ) 、意图( i n t e n t i o n ) 决定，在模型中体现a g e n t 的自主性。 4 、p e r f o 砌“具反应性及主动性 具有对用户请求的反应特性，及监视某些网页，为用户提供信息变化情况的 主动性。 本课题通过对p e r f o r m 模型建立及原型实现的研究，在应用a g e n t 技术解决用户 第2 页 国防科学技术人学研究寸二院学位论文 网上信息管理问题方面，及建立更完整意义上的a g e n t 系统方面进行了探索。 1 3 论文结构 本文共分六章，内容如下： 第一章概述整个课题的背景，提出了研究问题发使用的解决方法，对课题进行了整 体介绍： 第二章介绍a g e n t 的概念及a g e n t 系统的一般特征，并浣明了p e r f o r m 系统具有 的a g e n t 特征； 第三章介绍本课题的来源“分布式专家系统开发环境”，即p e r f o r m 运作其 中的m a s 系统，同时介绍多a g e n t 系统及多a g e n t 合作的概念： 第四章介绍p e r f o r m 系统的建模思想，并且自顶向下地进行模型描述； 第五章介绍p e r f o r m 系统中的学习算法，通过与几种常用算法加以比较，说明了 p e r f o r m 学习的原理及 石展： 第六章介绍p e r f o r m 系统原型的实现方案； 最后是结束语。 第3 页 国防科学技术人学岍究生院学何论文 第2 章软件a g e n t 系统 2 1 软件a g e n t 简史 a g e n t 概念早在6 0i 卜代就出现了，但那时专家系统是人们研究的重点，a g e n t 只是 一个概念。到了7 0 年代，在分布式人工智能的早期研究阶段中，c a r lh e w i t t 在他的并 发a c t o r 模型中定义a c t o r 时，间接地给出了a g e n t 的定义：“a c t o r 是一个计算a g e n t ， 有一个邮件地址及自己的行为，通过消息传递通信，动作具有并发性”，这个定义 规划了软件a g e n t 的雏形：自包含的( s e l f - c o n t a i n e d ) 、交互的( i n t e r a c t i v e ) 、并发执行 ( c o n c u r r e n t l y e x e c u t i n g ) 的对象。 也是从7 0 年代起，对a g e n t 技术的研究开始深入，并且渐渐分成了两个方向 1 5 ： 其一集中在解决a g e n t 交互、任务分解与分配、a g e n t 合作及协商冲突消解等宏观问 题上( 1 9 7 7 现在) ，他们的目标是描述、分析、设计、集成多a g e n t 合作系统，典型的 成果象a c t o r 模型( h e w i t t ，1 9 7 7 ) ，m a c e ( g a s s e re ta 1 ，1 9 8 7 ) ，d v m t ( l e s s e r & c o r k i l l ，1 9 8 t ) 等，他们强调的是a g e n t 的社会性。另外，这一方向还包括对a g e n t 理论、 体系结构、开发语言等问题的研究，代表人如w o o l d r i d g e j e n n i n g s 。 其二则是从微观上出发，研究具有某种功能、支持某一应用的软件a g e n t 强调a g e n t 的个性( 1 9 9 0 现在) 。a g e n t 的应用领域非常广泛，象流水线控制、数据采集、网络管 理、信息获取管理、空 ，交通管理、电子商务、交易过程模拟、教育、数字图书馆、 智能数据库、个人数字助手、日程安排等等，象某位研究者曾说的一样：“i t 的发 展会受到很大影响，许多消费产品都会嵌入基于a g e n t 的系统。” 当然，这两个方向并不是严格分开的，而是互相交叠、互相影响的。 a g e n t 研究对软件开发方法学也产生了很大影响，形成了许多新概念：基于a g e n t 的软件工程( a b s e a g e n tb a s e ds o f t w a r ee n g i n e e r ) ，蔺向a g e n t 的计算( a o c a g e n t 0 r i e n t e d c o m p u t a t i o n ) ，面向a g e n t 的程序设计( a o p 一一a g e n to r i e n t e d p r o g r a m m i n g ) ，a g e n t 通信语言( a c l a g e n tc o m m u n i c a t i o nl a n g u a g e ) ，等等，促 进了对新的软件开发方法和范型的研究。a g e n t 技术与认知科学、心理学、经济学、组 织学等许多学科都有广泛的联系，并带动了这些相关学科的发展。 a g e n t 技术虽然已经有了一定的发展，但在a g e n t 概念定义上并没有达成一致观点， 在研究方法上也没有形成规范与标准。但计算机网络的发展，人工智能( 越) 及分布 式人工智能( d a i ) 的发展都为a g e n t 技术研究提供了良好的机遇与环境，都证明了a g e n t 技术具有强大的生命力，已经成为软件技术的发展趋势。 2 2 软件a g e n t 的含义及特点 a g e n t 没有统一的定义，人们从各种角度出发来描述a g e n t 的概念：比如依据a g e n t 扮演的角色不同来定义不同种类的a g e n t ，象i n t e m e ta g e n t ，p e m o n a ld i g i t a la s s i s t a n t 等 等：再比如将具有不同基本特征的a g e n t 分别命名定义，如图2 1 ；还有依据移动特性 将a g e n t 分为移动a g e n t 和静态a g e n t 两种来定义。 第4 页 国防科学技术火学研究生院学何论文 智能 图2 1 依基本属性对a g e n t 的分类 我们认为，软件a g e n t 一般用以描述一类计算技术及产品。前者抽象的定义a g e n t ， 希望给出类似对象( o b j e c t ) 的概念描述，支持一种新的面向a g e n t 的设计模式( d e s i g n m o d e l ) ：后者则从a g e n t 应用系统应该具有的特征来定义a g e n t 。 软件a g e n t 作为一种技术推动了面向a g e n t 计算的研究和发展，后者被称为“软件 开发的又一重大突破”。但a g e n t 较o b j e c t ( 对象) 复杂度高得多，是更完整、独立和自 治的软件实体，因此要将a g e n t 作为软件开发的基本单位，就a g e n t 本身的研究和开发 来说，也是一项长期的工作。不过，在y o a vs h o h a m 提出了a o p 的编程风范后，通过 一些学者迸一步的研究工作，已经提出了几种较好的a g e n t 理论，总体上说，a o p 中的 a g e n t 应该：1 ) 是并发执行的、自治的计算实体( 进程) ：2 ) 是用信念、。目标等心智状 态概念编制而成的认知系统：3 ) 是由描述逻辑规范的推理系统：4 ) 采用言语行为协议 和消息传递的方式相互通信。这是在a o p 的背景下对a g e n t 的定义 1 】。 相比之下，对应用a g e n t 技术的软件产品的研究和开发要简单快速得多，也是本课 题所属的范畴。从这个角度定义a g e n t 主要是将其与传统方法下开发的软件区分开来， 体现软件由“工具”概念向“助手”概念的转化。比如，a j 研究者称a g e n t 为“依靠a i 技术来将通常由人完成的大量特殊应用任务自动化的高级软件程序”( i n t e l l i g e n t s o f t w a r es t r a t e g i e s ，1 9 9 5 ) 3 2 ：许多研究人员也给出了自己的定义，象“a g e n t 是一个 自包含的程序，能够在追求一个或多个目标中，基于对环境的感知，控制自己的行为和 决策”( j e n n i n g s ，1 9 9 4 ) ；“a g e n t 是这样一个系统，它可以对所处的环境作出反应，可以 依据封装的内部状态决策行为，执行目标驱动的动作，并可与其他的a g e n t 通信” ( m i c h a e lw o o l d r i d g e ，1 9 9 7 ) ；“一个自治的a g e n t 处于某种环境中并成为环境的一部分， 它不停地感知并作用于该环境，按照自己的议程表a g e n d a 行动，从而影响它自己所预 见到的未来”( f r a n k l i n g r a e s s e r , 1 9 9 6 ) ；“一个a g e n t 是智能且自治的，这要求其具有 周期行为、同步运作及主动性，因为a g e n t 必须能够优先、独立地动作，最终使用户受 益”( l e r m yf o n e r ) ；等等f 6 1 。 从这些定义中不难看出共性，一个a g e n t 系统的基本特征应该包括： 1 、自主( 自治) 性( a u t o n o m o u s ) 指a g e n t 根据自己的内部状态及其自己感知的外部情况决策自己的行为，完成 被委派的任务，不受用户及其他a g e n t 支配。这是a g e n t 系统的最主要特征，是区 别a g e n t 与其他应用a i 技术的系统( 如专家系统) 的主要依据。 自主性隐含着封装的概念这里的封装比对象的封装概念范日要大，不仅包括 状态与行为的封装，还包括自我决策机制、自我维护机制及知识体系的封装，后者 第5 页 篙 蒜 孥 国舫科。、h 支求人了“究l 院：他论文 是a g e n t 自主性的保征。其中自我维护机制包括状态的维护和知识体系的维护，状 态的维护与传统的状态维护方法相同，知识体系的维护则是a g e n t 特有的，即它的 学习能力，这是a g e n t 系统具有智能性的体现，是软件a g e n t 成为用户的助手、能 够自我决策的关键所在。 2 、社会性( s o c i a l ) 是指a g e n t 可与用户及其他a g e n t 交互，与他们合作完成任务的特性。 a g e n t 具有社会性表明了a g e n t 处在一个社会环境中的概念，这一点在前面提 到的几种定义中都有体现。要求a g e n t 要可以感知其所处的环境，具有通信能力， 具有社会知识。a g e n t 的这个特性可以说是适应网络发展的必然结果，是适应分布 计算的主要特性。 另外，社会性并不影响a g e n t 是一个可独立工作的自治的实体，即使一个a g e n t 收到合作的请求，它也有权自己决定是否接受该请求。 3 、反应性( r e s p o n s i v e ) 指a g e n t 在感知环境的同时，对环境的变化及环境中发生的事件作出恰当的反 应。 a g e n t 的这种特征与传统软件部分相容，主要区别在于，a g e n t 的反应不再由 简单的事件驱动的处理模块实现，而是经过a g e n t 的决策机制判断后，作出的理智 的反应。 4 、主动性( p r o a c t i v e ) 指a g e n t 主动产生目标，并依据目标采取相应行动的特征。 这一特征是对传统软件被动性的突破，是软件从“工具”转变为“助手”的 外部表现。a g e n t 一般具有内部推理机制，完成目标的产生及相应计划的形成。 此外，由于应用背景不同，软件a g e n t 还可能具有移动性、并发性或同步性：a g e n t 社会是以人类社会为模板的，为了简化研究，还可以赋予a g e n t 诚实性、友好性等特征： 有时还将学习特性独立出来，或扩展为适应性。 2 3 p e r f o r m 系统模型的a g e n t 特征 在本课题中，我们作如下定义： - a g e n t ：在特定环境中，通过感知环境可以建立目标，对环境变化产生理性反应， 并可以在所处的a g e n t 社会中寻求帮助、提供服务的自治的软件实体； a g e n t 社会：由处于特定环境中的可以互相通信的a g e n t ，及它们由于某种联合承 诺而形成的合作关系构成的集合。 关于a g e n t 的定义包含了上节总结的a g e n t 的所有基本属性，依据这个定义，我们 来评价p e r f o r m 系统模型。回顾绪论中对于p e r f o r m 系统模型特征的总结，不难 看出其具有如下特征： 1 、自主性，具有自我决策能力； 2 、社会性，可以与模型中描述的各类a g e n t 通信、合作： 3 、反应性，对用户请求给予理性的应答： 4 、主动性，具备主动为用户提供的服务； 第6 页 国j 坊声：h 术人学 l i 宄： 院4 j j 何沧文 5 、诚实性，不传递j 、凄假n 勺信息： 6 、适应性，通过学爿丰富自己的j 】| 以库，危善决策能力； 可见，p e r f o r m 系统模型具备了a g e n t 系统的基本特征。因此，我们可以认为 p e r f o r m 系统模型是一个较为完整巷、义上的a g e n t 系统模型，依据它开发出的原型系 统是一个a g e n t 系统。 第7 页 国防科学技术大学l 一”究生院学侮论文 第3 章分布式专家系统开发环境简介 3 1 多a g e n t 系统概述 多a g e n t 系统( m a s m u l n a g e n ts y s t e m ) 是分布式人工智能( d a 卜一d i s t r i b u t e d a r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c e ) 领域中的概念，与分布问题求解( d s p d i s t 抽u t e dp r o b l e m s o l v i n g ) 一起构成d a i 的两个子研究领域。d s p 主要研究多个问题求解器如何合作达 到一个共同的目标，所有的交互策略都已经事先集成在系统中，各问题求解器共享关于 问题的知识和求解方案。而m a s 研究多个自主的软件实体合作解决多个问题，他们关 于问题的知识及求解方法各不完全，从而合作的结果比任何单个实体可能得到的结果都 要好。m a s 一股被定义为松耦合的问题求解器，也可以定义为由多个具有自主或半自 主行为的软构件构成的系统 1 8 1 1 2 4 1 。 m a s 特点是： 1 、每个a g e n t 具有不完全的信息及解决问题能力： 2 、系统没有全局控制机制： 3 、数据是分布的： 4 、计算是异步的( 没有规则的时间关系对程序指令的执行是无法预料或不可预测 的) 。 这些特点正与网络应用及分布计算带来的问题相对应，因此m a s 对本身带有分布 特性的问题具很好的解决能力。当然，m a s 不一定只应用于分布计算，它也适用于单 机应用，但无论哪种m a s ，研究重点都在于多个智能问题求解器的高层合作行为，不 考虑低层的并行问题。 m a s 系统的分类方式同样有很多，p e t e rs t o n e 曾依据m a s 中各a g e n t 异构的程度 及通信的情况将m a s 系统分成三类( 1 9 9 7 ) 【2 7 ：同构非交互的( h o m o g e n e o u sn o n c o m m u n i c a t i n ga g e n t ) 、异构非交互的( h e t e r o g e n e o u sn o n c o m m u n i c a t i n ga g e n t ) 、异 构交互的( h e t e r o g e n e o u sc o m m u n i c a t i n ga g e n t ) 。在这罩，我们从系统构成特点出发对 m a s 作如下分类： 一、集中式m a s 系统 集中式m a s 是面向单个客户机的，多个a g e n t 位于一个结点上。各a g e n t 间可采取 支持式合作和竞争式合作，从而又进一步分为支持式合作系统和竞争式合作系统。 支持式合作系统完成每项任务的a g e m 一殴只有一个，分工明确，互相服务且互相 依赖对方服务( 这里的依赖不影响各a g e n t 自治的特性，依赖表现为依赖对方的信息和 知识来补足自己不完全的信息和知识以完成任务) ，它们之间不存在资源竞争。比如信 息a g e n t 系统m u s a g ( h e b r e wu m v e r s i t y ，1 9 9 6 ) 【7 ，它由四种a g e n t 构成：学习a g e n t ( m u s a g ) ，交互a g e n t ( u s a g ) ，搜索a g e n t ( s a g ) ，结果a g e n t ( a g ) 。这些a g e n t 共 同的任务是在网上检索并过滤用户所需的信息。a g e n t 间的支持合作体现为：s a g 搜索 结果先送给m u s a g 学习，再送给a g 返回给用户，而m u s a g 学习的知识又是s a g 搜索 及a g 将结果排序的依据，u s a gi j ! l j 是用户与其他a g e n t 之间通信的桥梁，转换请求与应 答的表达方式。 第8 页 国防+ 1 ：! 女术人1 # ir f 究院一j 、y 眨文 竞争式合作系统一般定义多个a g e n t 完成每项任务，完成同任务的a g e n t 以竞争 方式来获得提供服务的权力，并遵循“适者生存，优胜劣汰”的原则，而完成不同任务 的a g e n t 之间还是支持式合作。比如用于信息发现及过滤的多a g e n t 进化生态系统 a m a l t h a e a ( a l e x a n d r o sm o u k a s ，1 9 9 7 ) 4 ，陔系统进行信息过滤和信息发现的a g e n t 都有 多个，分别记做i f ( i n f o r m a t i o nf i l t e r i n g ) 、i d ( i n f o r m a t i o nd i s c o v e r i n g ) 。其中，用户 只与i f 打交道，而各i f 按自己刺用户请求的理解来请求i d 进行相关的信息检索( 如 图3 1 ) 。响应某个i f 请求的所有i d 得到的结果都由该i f 按一定标准评判，从而决定 哪些i d 的服务被接受；各i f 将自己从i d 处得到的信息过滤后提供给用户，再由用户 评判哪些i f 的服务被接受。a m a l t h a e a 系统为每个a g e n t 引入变量c r e d i t 表示其寿命， 服务被接受的a g e m 陔变量值增加，否则减少。实际上，c r e d i t 表示了a g e n t 的适应程 度，当一个a g e n t 的c r e d i t 值减小剑一定程度时，它将被破坏。 用户l 进二 - 1 譬矛艨引引 。，二7一d2if2 = = 搜索引擎2 _ 馊果引翠。 、j 蔓互l 一。7 图3 1 a m a l t h a e a 系统中a g e n t 工作示意图 二、分布式m a s 系统 分布式m a s 系统在物理上分伽卜多个主机结点，这种系统又依据a g e n t 的位置分 成两类。 第一类中a g e n t 和数据都在物理上分布于多个结点，a g e n t 之间通过专门的语言通信。 p e r f o r m 系统就是工作于这类m a s 中，后面我们将看到与p e r f o r m 合作的各个 a g e n t 分布在网络的不同结点上。在这黾，代理用户的a g e n t 将所有检索到的信息下载 到本地进行过滤，丢弃无用的。 第二类则是数据分布，而a g e n t 在各个结点间移动。这样做的意义在于减少网络流 量：代理用户的a g e n t 本身的代码量很小，它坡传送到远程结点上进行操作，只将用户 感兴趣的信息带回来。合作出现在不f j 用户的代理以及用户代理与远程系统上的a g e n t 之间。比如应用于电子商务的m a g i c a 系统( a r t i f i c i a i n t e l l i g e n c el a b o r a t o r y , b e l g i u m ) 3 0 ，该系统引入一个“地点”( 1 0 c a t i o n ) 的概念，用来表示将工具( t o o l s ) 、材 料( m a t e r i a l ) 封装在一起使能并限制a g e n t 运行的环境。其中“材料”是位于任意节点上 具有不同结构与性质的资源，“工具”是针对不同节点具有不同功能特性的可供a g e n t 使用的操作方法。a g e n t 只需携带用户信息和自己的功能描述在不同的l o c a t i o n 间移动， 对于“地点”定义的语景的敏感性使a g e n t 到达不同“地点”时根据自己的功能利用该 l o c a t i o n 处的工具、材料为用户提供更加快速离效的服务。 从集中到分布，网络传输开销减少丁，但也带来了另一个问题信息及系统的异 构。这要求a g e n t 很好的了解各种信息格式，理解各种目录结构，甚至掌握多种通信语 第9 页 国防科学技术人学 究生院学忙论文 言。目前，只有通过以约定方式组织信息( 如h t m l 页) 及a g e n t 采用相同的通信语言来 对系统加以限制。显然，要取消这种限制是很困难的。 对m a s 的研究与应用除了因为有些领域必须用它才能解决问题外，还由于m a s 更加健壮、高效以及易于扩展的特点。而且，由于多个a g e n t 都是独立自治的，系统的 并行性也很好。此外，还有观点认为m a s 更加容易体现系统的智能，因为“智能不可 避免地与交互深深关联”( g e r h a r dw e i l 3 ，t 9 9 6 ) 2 7 1 ，这个观点源于社会生物学关于“智 能最初产生于处理社会事物”的理论。 3 2 “分布式专家系统开发环境”中的多a g e n t 合作 3 2 1 计划与执行 “分布式专家系统开发环境”是本课题的来源。这个环境提供专家系统的开发及运 行两种功能。其中，系统开发是指用户在开发环境中制定目标求解计划，同时定义完成 计划的a g e n t 组，该a g e n t 组构成一个m a s ：运行是指m a s 中的各a g e n t 通过系统的 推理机制和计划执行机制执行用户定义的计划，完成目标任务。其中一些关键的概念定 义如下： 目标：由用户或其他a g e n t 初始化，驱动计划的制定和执行，一个目标可以对应 多个计划： - 计划：是为实现目标而制定的执行序列的集合，一个计划只用于完成一个目标； - 计划的执行序列：每个执行序列由一组条件和动作构成，条件是动作得以执行的 前提，每个计划由一个或多个执行序列构成； - 事件：在专家系统所处环境中发生的引发目标建立的因素，包括局部事件和社会 事件； 局部事件：指不引发a g e n t 间交互的事件，由它确立的目标可以在局部通过计划 执行达到： 社会事件：引发了a g e n t 间的交互行为，需要建立联合目标，通过联合承诺，制 定联合计划达到，这类事件可能促成合作行为。 系统开发过程如下： 1 、确定目标； 2 、将目标切分为子目标序列，为每个子目标确定计划： 3 、确定完成计划所需的a g e n t ： 1 ) 定义各a g e n t 的自我模型： 2 ) 定义各a g e n t 的熟人模型： 3 ) 指定各a g e n t 的能力集合。 计划执行过程如下：( 一个计划) 1 、初始化：为计划的每一个执行序列中每一个动作指定执行的a g e n t 2 、选择一条执行序列： 1 ) 依次判断该序列各动作执行条件是否成立，是贝b 执行相应动作 2 ) 若序列上某一个动作执行条件不成立，失败终止该序列，转2 ： 第1 0 页 国防科学技术火学研究生院学位论文 3 ) 若序列每一个动作都成功执行了，转3 ； 4 ) 若在动作执行过程中引发了局部事件，确立子目标进入初始化，原计划执行 序列依据同步要求或等待，或转1 ) 继续执行下一动作； 5 ) 若在动作执行序列中引发了社会事件，移交社会事件处理机制，与其他a g e n t 建立联合目标，原计划执行序列依据同步要求或等待，或转1 ) 继续执行下 动作； 6 ) 若本计划没有执行序列可选择了，转4 ； 3 、成功结束，目标实现； 4 、失败结柬： 当某个目标对应多个计划时，对每个计划都进行上述判断直到某个计划成功结束 而达到目标，或每个计划都失败结束而撤消该目标。 为某个计划执行序列中的多个动作指定a g e n t 的过程实际是一个协商的过程。在计 划制定时，控制机制向某个执行序列中动作涉及的各个a g e n t 发出请求，可以完成动作 的a g e n t 承诺该动作执行，最终所有可以完成动作的a g e n t 对该计划作出了联合承诺， 结成合作关系。 3 2 2