（计算机软件与理论专业论文）智能家庭中个性化规则生成与多agent技术应用研究.pdf

心 瓠 、 ；0；l ，。；口， 智能家庭中个性化规则生成与 多a g e n t 技术应用研究 学位论文完成日期： 指导教师签字： 答辩委员会成员签字： 沙p 牛旷 独创声明 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，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 ( 注；垫遗直墓他置塞犍剔直瞪的：奎拦亘窒或其他教育机构的学位或证书使 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。 学位论文作者签名：驰霪s 签字日期：弘f 。年r 月及伯 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、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 授权学校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。同时授权中国科学技术信息 研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公 众提供信息服务。( 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：魄兽导师签手： 签字日期：加fd 年月i 必日签字日期：f o 年( 月谚日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编 智能家庭中个性化规则生成与多a g e n t 技术应用研究 摘要 近年来，随着智能设备、移动无线通讯、传感器网络、普适计算、机器学习， 中间件和a g e n t 技术的发展，已经使普适计算环境成为现实。普适计算被认为是 继主机计算模式、桌面计算模式之后的一种新型计算模式，在普适计算应用中用 户可以随时随地使用部署在其周围环境中的计算服务。普适计算中的物理空间和 信息空间可以在不同程度上进行融合，同时也可以在不同程度的体现上出来。对 于普适计算的应用，可以在一个房间或者一幢大楼里得到体现。如果是在一个房 间或者一幢大楼的物理空间中实现，就可以称作为智能空间。 由于普适计算的发展，出现了基于普适计算环境的智能家庭空间。智能家庭 空间是一个分布式多a g e m 系统。在智能家庭中嵌入各种硬件设备，用户的信息 随时随地被嵌入式设备所获取和采集。同时用户可以使用家庭设备提供的服务， 但是在一个智能家庭这样多用户的多a g e m 系统中，用户使用资源的情况必须进 行预测，这样避免资源利用的冲突。但是由于每个用户的使用资源的情况不同， 个人偏好也不尽相同，用户对自己的信息的控制也不一样。所以处于家庭中的用 户试图制定一些规则对自己的信息进行处理，这些规则不仅能够使a g e n t 对用户 的资源使用情况可以预测，同时也对用户的信息进行有效的保护，以便于智能家 庭更好的为用户服务。本文主要首先研究了个人规则的生成问题和动态资源约束 规则生成问题，然后介绍了语义规则推理模型；最后进行了规则推理的验证。本 文的主要工作在于： ( 1 ) 针对制定用户个人规则问题，本文首先提出策略生成基本框架，用以详细 描述智能家庭系统的规则生成过程，在生成过程中，使用的是协同过滤的余弦向 量算法计算特征相似度和类别相似度以获得用户身份综合相似性，通过任务 a g e n t 使用机器学习算法生成用户推荐策略。这样，用户依据推荐策略进行系统 设置，极大提高了系统策略设置的快速性和准确性。 ( 2 ) 在智能家庭中，由于智能空间资源的有限性，为了使资源有效利用， a g e n t 根据每一个用户的规则集合为每一用户动态生成一个资源约束规则。本文 对于多a g e m 系统的预测问题提出了n s l 学习框架，使每一用户在资源使用方 面达到一个比较满意的结果，也就是达到一个均衡的效果，即纳什均衡。这个算 法也为环境的调节提供了基础。 ( 3 ) 在个人规则和资源约束规则生成的基础上，在规则定义、表示和推理方 面做了进一步的阐述。特别是对规则的形式化表示、本体表示、j e s s 推理机表 示方面，做了详细的描述。并对格式的转换进行详细的介绍，最后给出了j e s s 的推理模型。：- ( 4 ) 文章最后给出了系统支撑平台的设计模型，并通过用户规则集合和动态 资源约束规则验证了模型的实用性和有效性，并进行了总结和对下一步的展望， 为进一步的研究打下坚实的基础。 。 关键词：普适计算：智能空问；推荐算法；n a s h 均衡；移动a g e n t = 情境感知 u r e s e a r c ho n ， a p p iic a tio no f p e r s o n aiiz e dr uieg e n e r a tio na n d m uiti a g e n tt e c h n oio g yins m a r th o m e a b s t r a c t a d v a n c e si ns m a r td e v i c e s ，m o b i l ew i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n s ，s c n s o rn e t w o r k s ， p e r v a s i v ec o m p m i n g ，m a c h i n el e a r n i n g ，m i d d l e w a r ea n da g e n tt e c h n o l o g i e s ，a n d h u m a nc o m p u t e ri n t e r f a c e sh a v em a d et h ed r e a mo fs m a r te n v i r o n m e n t sar e a l i t y p e r v a s i v ec o m p m m gi sc o n s i d e r e d 嬲an c wc o m p u t i n gm o d e lf o l l o w i n gt h e m a i n f r a m ec o m p u t i n gm o d e la n dd e s k t o pc o m p u t i n gm o d e l i np e r v a s i v ec o m p u t i n g e n v i r o n m e n t , p e o p l ec a nu t i l i z ec o m p m i n gs e r v i c e sw h e n e v e ra n dw h e r e v e r i nf a c t , p e r v a s i v ec o m p u t i n gi nt h ep h y s i c a ls p a c ea n di n f o r m a t i o ns p a c ec a nb ef u s e di n v a r y i n gd e g r e e s ，b u ta l s oc a nr e f l e c to nt h e m p e r v a s i v ec o m p u t i n ga p p l i c a t i o n sc a n b ee m b o d i e dn ar o o mo ri na b u i l d i n g i fy o u a r ei nar o o mo ri na b u i l d i n gt oa c h i e v e t h ep h y s i c a ls p a c e ，w h i c hc a nb ec l a i m e da sas m a r ts p a c e s i n c et h ed e v e l o p m e n to fp e r v a s i v ec o m p u t i n g ，b a s e do nu b i q u i t o u sc o m p u t i n g s m a r th o m es p a c es y s t e m sh a v ee m e r g e d s m a r th o m es p a c ei sad i s t r i b u t e d m u l t i a g e n ts y s t e m v a r i o u sh a r d w a r ed e v i c e sh a db e e ne m b e d d e di n t h es m a r th o m e t h eu s e r si n f o r m a t i o na t a n yt i m eb ye m b e d d e dd e v i c e s 谢ma c c e s st oa n d a c q u i s i t i o n u s e r sc a l la l s ou s et h es e r v i c e so fh o m ed e v i c e s ，b u ts u c ha ni n t e l l i g e n t f a m i l yo fm u l t i - a g e n ts y s t e m , u s e r sm u s tu t h er e s o u r c e st op r e d i c t , s ot oa v o i d r e s o u r c eu s ec o n f l i c t s h o w e v e r , b e c a u s et h eu s eo ft h er e s o u r c e se a c hu s e ri s d i f f e r e n t p e r s o n a lp r e f e r e n c e sa r en o tt h es a m e u s e r sa r en o tt h e 戤t r f l ef o rc o n t r o l l i n g t h e i ri n f o r m a t i o n t h e r e f o r e ，t h eu s e ri si nt h ef a m i l y 仃i e dt of o r m u l a t es o m er u l e st o t h e i ro w ni n f o r m a t i o np r o c e s s i n g ，t h e s er u l e sn o to n l yt oa g e n tf o rt h eu s e rb u tc a l l p r e d i c tt h eu s eo fr e s o u r c e s ，w h i l eu s e r se f f e c t i v ep r o t e c t i o no fi n f o r m a t i o ni no r d e rt o f a c i l i t a t eab e t t e rf a m i l yo fi n t e l l i g e n tf o rc u s t o m e rs e r v i c e t h i sp a p e rf i r s ts t u d i e st h e p r o b l e mo fg e n e r a t i n gt h ei n d i v i d u a l r u l e sa n dr u l eg e n e r a t i o no ft h ed y r m m i c r e s o u r c ec o n s t r a i n t s ，a n dt h e ni n t r o d u c e st h es e m a n t i cr u l e so fi n f e r e n c em o d e l ； f i n a l l y , ar u l ei n f e r e n c ev e r i f i c a t i o n t h em a i nw o r kc o n t e n t sa n di n n o v a t i o n si nt h i s p a p e ra r es u m m a r i z e ds u c ha s o nt h ef o r m u l a t i o no fr u l e so fi n d i v i d u a lu s e r s ，t h i sp a p e rf i r s tp r o p o s e ds t r a t e g y t og e n e r a t et h eb a s i cf r a m e w o r k , w h i c hd e t a i l e dd e s c r i p t i o no ft h es m a r th o m es y s t e m , r u l eg e n e r a t i o np r o c e s s i nt h eg e n e r a t i o np r o c e s s ，t h eu s eo fac o l l a b o r a t i v ef i l t e r i n g i l l a l g o r i t h mt oc a l c u l a t et h ec o s i n ev e c t o rf e a t u r es i m i l a r i t ya n dt y p eo fd e g r e eo f s i m i l a r i t yt og e tt ot h eu s e ra sa ni n t e g r a t e ds i m i l a r i t yt a s ka g e n tb yu s i n gm a c h i n e l e a r n i n ga l g o r i t h mt og e n e r a t et h eu s e rr e c o m m e n d e ds t r a t e g y i nt h i sw a y , u s e r s r e c o m m e n ds t r a t e g i e sb a s e do ns y s t e ms e t t i n g s ，w h i c hg r e a t l yi m p r o v e st h es y s t e m p o l i c ys e t t i n g sf o rs p e e da n da c c u r a c y i nt h es m a r th o m e ，d u et ol i m i t e d r e s o u r c e s , i no r d e rt h a tr e s o u r c e sa r e e f f e c t i v e l yu t i l i t y a c c o r d i n gt ot h er u l e ss e ta g e n tf o re a c hu s e rd y n a m i c a l l y g e n e r a t e df o re a c hu 翻既o fa r e s o u l c ec o n s t r a i n tr u l e s t h i sm u l t i - a g e n ts y s t e mf o rt h e p r e d i c t i o no fan s ll e a r n i n gf r a m e w o r kp r e s e n t e ds ot h a te v e r yu s e ra tt h es a m et i m e t oa c h i e v eas a t i s f a c t o r yr e s u l t , t h a ti s ，t oa c h i e v eab a l a n c e de f f e c t ，t h a ti s ，n a s h e q u i l i b r i u m t h ea l g o r i t h ma l s op r o v i d e st h eb a s i sf o rt h er e g u l a t i o no fr e s o u r c e s b a s e do ni n d i v i d u a lr u l e sa n dr e s o u r c e sc o n s t r a i n tr u l e s ，t h e q u e s t i o nt h a t i n t r o d u c e dt h ef o r m a ld e f i n i t i o no fs e m a n t i cr u l e s ，a n dd e s c r i b e st h er u l e si nj e s s m a c h i n er e p r e s e n t a t i o n , a n dt h e nr e a s o n i n gm o d e li sg i v e n f i n a l l y , t h ea r t i c l es u p p o r t i n gp l a t f o r ms y s t e md e s i g nm o d e lw a sg i v e n ，a n dt h e r u l e ss e tb yt h eu s e ra n dd y n a m i cr e s o u r c ep r e d i c t i o ns e tt ov a l i d a t et h em o d e l s 。p r a c t i c a l i t ya n de f f e c t i v e n e s s ，a n dt h e nas u m m a r ya n do u t l o o kf o rt h en e x ts t e pf o r f l l r t h e rr e s e a r c ht ol a yas o l i db a s i s ： k e y w o r d s ：p e r v a siv ec o m p u tin g ；s m a r th o m o s p a c e ： r e c o m m e n d a tio n a i g o r i t h m s ：n a s he q u iii b r i u m ；m o b ii ea g e n t ：c o n t e x ta w a r e n e s s l v ： - ： 。目 录 一 ， 1 1 1 课题研究背景1 1 1 1 智能空间2 1 1 2 智能家庭中面临的问题3 ，1 2 国内外研究概况4 1 2 1 国外发展现状_ 。4 1 2 2 国内发展现状j 4 1 3 课题研究内容：5 1 4 论文结构j ：6 。1 5 本章小结：j j 。：7 2 相关技术背景研究：j ：9 2 1 智能环境与普适计算9 2 2 推荐算法简介1 0 2 3a g e n t 技术简介。1 1 2 3 1 多a g e n t 系统。：，。1 2 2 3 2 移动a g e n t 1 2 2 4 语义网1 3 2 5 本体论：1 4 2 6 智能感知与推理一j ：j ：一l6 2 7 信息论与熵，。17 2 8 本章小结1 8 3 基于a g e n t 的个性化规则生成技术研究1 9 3 1 规则概述1 9 3 2 规则制定2 0 3 2 1 系统框架及描述j 2 0 3 2 2 协调过滤算法2 1 3 3 协同过滤的应用2 2 3 3 1 特征的相似度2 2 3 3 2 类别相似性度2 3 3 3 3 综合相似性2 3 3 4 用户规则学习：2 4 v 3 4 1 规则选择：2 4 3 4 2 规则决策。：2 6 3 4 3 用户修改初始化策略一2 6 3 5 本章小结2 6 + 4 基于a g e n t 的动态资源约束规则研究。2 7 2 1 实例说明。：2 8 2 2 单一用户定位跟踪3 0 4 2 1 位置情境3 3 2 3 多用户的位置预测3 5 4 4 纳什学习框架- 3 6 4 4 1 随机博弈论和平衡3 6 4 4 2 熵( 或s ) 学习3 8 4 4 3 计算纳什s 值4 0 4 5 资源约束规则生成方案“- - 4 3 4 5 1 移动感知j 4 3 4 5 2 用户舒适估计j 4 4 4 6 本章小结j _ 4 4 5 基于语义规则推理o 4 5 5 1 规则的定义4 5 5 1 1 规则的定义- 4 5 5 1 2 规则形式化表示4 6 5 1 3 规则的本体表示4 8 5 1 4 厄s s 中表示。5 0 5 2 规则的推理分析5l 5 2 1 格式转换j 5 1 5 2 2j e s s 推理描述j 5 2 5 3 本章小结j 5 2 6 系统模型实现5 3 6 1 系统支撑平台设计5 3 6 2 系统平台的分析5 3 6 3 应用场景实现：5 5 6 3 1j e s s 推理机模型“5 5 6 4 控制台输出5 7 v i 6 5 本章小结! j ：。5 9 7 总结与展望：一6 l 参考文献：6 2 致谢6 5 个人简历、在学期间发表的学术论文6 6 v u 智能家庭中个性化规则生成与多a g e n t 技术研究 l 前言 本章首先介绍了论文的研究背景一普适计算和智能家庭环境空间，讨论了 普适计算与智能家庭之间的关系，提出了智能家庭环境中现有的技术；然后介绍 了本文研究的主要内容一智能家庭中个性化规则生成与多a g e n t 技术应用研 究，并简要介绍国际上相应领域的研究现状；最后，概括了本文的研究内容并给 出与正文的组织关系。 1 1 课题研究背景 近年来，随着智能设备、移动无线通讯、传感器网络、普适计算、机器学习， 中间件和a g e n t 技术的发展，已经使智能环境成为现实。同时计算模式【1 1 也发生 了巨大的变化。从计算机的发展历史看，计算模式经历了主机计算和桌面计算两 个时代。在主机计算阶段，由于资源相对短缺，价格也比较昂贵，个人拥有计算 机的可能性较小，在通常情况下多个人共用一台机器。在这种情况下计算机放置 在计算中心，人们必须用难懂的机器语言与计算机交互。 在桌面计算时代，多媒体技术和图形用户界面( g u i ) 技术的发展使计算机 技术得到了迅速发展，计算机的资源日益丰富，价格也相对便宜，个人拥有计算 机的可能性增大。计算机的拥有者从计算机专业人员扩展到其他非计算机专业人 员甚至家庭用户，计算机也从计算中心步入办公室和家庭，人们能够方便地获得 计算服务。随着计算机技术的迅速发展，现在开始提出一个全新的计算模式普 适计算模式。 由于普适计算是一个新兴的研究领域，普适计算技术还不是非常成熟，真正 的应用并没有普及。现在大部分用到的桌面计算模式还是以计算机为中心，但是 i 在很多情况下，这么模式不再适应用户的需求，这就迫使计算模式必须发上改变。 普适计算【2 ，3 1 ( p e r v a s i v e 肌i q u i t o u sc o m p u t i n g ，也称为普及计算) 被认为是继主 机计算和桌面计算之后正在兴起的全新的计算模式。它是一种无处不在、随时随 地可以进行计算的一种模式。它的目标就是要打破前的桌面计算的局限，使各种 资源得到分利用，人们的生活更轻松、工作效率更高。 社会在发展，人类的技术在进步，计算机技术也随之在转变。在普适计算时 智能家庭中个性化规则生成与多a g e n t 技术研究 代，将出现一个崭新的计算模式，计算机也将出现一个巨大的变化。这种智能化 的普适计算和通信模型的一个重要特征就是：对于一个智能家庭应用，智能设备 能够积极主动跟踪并且同时能够获取用户的周围环境信息。例如，用户当前的位 置，将要到达的位置，或者将要发生的事情，用户将要利用的资源等，也就是所 说的情景感知。情景感知的关键是建立一个智能环境，并且情景感知具有相关应 用。 特别是一个普适计算环境的一个重要应用场景智能家庭的出现，使普适计 算环境应用充分体现它的优势，在智能家庭中安装移动宽带的通信设备，通过各 种网关、服务器和路由器连接进入i n t c m e t 。图1 - 1 是一个普适计算环境中的智 能家庭环境的一个基本场景。 图1 - 1 普适计算一智能家庭环境基本场景 在普适计算时代，从以“计算机为中心”变成今天的以“人为中心”。这种关系 的改变使得传统的应用模型和技术不再满足现在的需求，必须有与之相对应的技 术解决当前问题。所以普适计算的应用在给人们带来方便的同时也提出了技术挑 战。 ，- 。 1 1 1 智能空间 智能空间就是信息空间与物理空间的融合。根据c o o k 和d a s h s l 的定义： 一个智能环境是一个可以自动获取使用它们的用户和用户的环境信息，并且根据 2 智能家庭中个性化规则生成与多a g e n t 技术研究 它们所获取的信息，满足用户的行为或者偏好。在智能空间 6 1 ( s m a r ts p a c e ) 中， 嵌入了传感设备、视频采取器、压力传感器和多模态的传感装置的多设备空间， 这些设备具有便捷的交互接口，在交互过程中，计算机更好的服务于人们的日常 生活，用户也可以方便地获得计算机系统提供的服务。在这个服务过程中，计算 机积极主动地为人们的日常生活提供服务，而不再是被动地按照人的操作去完成 特定的功能。它可以自主地获取用户的信息，通过获取的用户信息，针对不同的 用户完成不同的任务。还可能包括用户的安全、节约维护环境的费用、资源的优 化、工作的自动化等。智能空间重要性特征是：普适计算和通信模型是一个自治 性和主动交互性的智能设备模型，具有自发和无意识性。而人类和机器交互也不 是必须使用计算机所识别的语言，还可以使用人类的自然语言与计算机进行信息 交互。 _ ： i ，+ ：； 1 1 2 智能家庭中面临的问题 + j ：j 二 一赫 由于在智能家庭中，智能系统是一个开放性的系统，智能家庭是一个多设备 的智能空间，用户的信息也是公开的，这样，对用户来说如何能够更好的保护个 人信息不被非法利用，如何给智能家庭提供必要的信息，使智能家庭更好地为用 户提供更舒适的环境，而且智能家庭系统是一个典型的多a g e n t 系统，如何能让 多a g e n t 之间更好的合作，避免不必要的资源浪费和资源冲突。基于这种情况， 出现的以下趋势推动了对智能家庭的研究。 一。 ( 1 ) 在普适计算环境中，如何制定个人规则，使个人信息得到有效的保护 和合法的访问，使智能空间更好的提供用户服务 ( 2 ) 智能家庭环境中存在多种具有不同目的的计算和通信设备。用户信息 可以在不同设备之间进行处理和传输，并且a g e n t 可以对用户的活动进行预测， 使智能环境积极主动地调节室内环境，避免资源的浪费，使用户环境更适合用户 的偏好。 ， ( 3 ) 情境感知相关的网络服务正在逐渐成为提供基于网络应用的通用方法。 当用户从一个环境中转移到另一个环境中，环境如何变化，资源如何节省，设备 如何调节等相关技术信息。在设备的控制方面如何减少人的干预，并且智能家庭 可以根据不同的用户提供不同的服务。 。 ( 4 ) 计算资源和通信网络可以共享。在智能家庭中，多个用户可以同时工 3 智能家庭中个性化规则生成与多a g e n t 技术研究 作，如何根据用户的工作情况，使环境能够尽量满足每个用户的需要，达到一个 均衡的结果，从而使用户把主要的注意力集中到任务的本身而不是环境的变化。 ( 5 ) 用户需要随时移动。用户在不同的环境中移动是不可避免的，这种移 动性体现在用户穿梭于卧室和客厅之间，如何对用户的进行不确定的活动或者位 置进行预测，使多个用户的不确定性减小到最小，降低不确定性。! 一 ： 1 2 国内外研究概况 。 智能家庭环境具有高度的密集型，其中包括有资源密集性、计算密集性，网 络密集性和情境可感知性的一系列特点，这些特点为应用场景的用户信息的获取 和活动的预测提供了良好的基础设施和环境。而如何对用户的信息进行保护，并 且能够充分合理地利用用户信息，如何让应用感知预测用户行为以便于提供更好 的服务环境，如何能够主动预测用户未来位置和活动，使智能设备和上下文环境 适应用户的需求。 1 2 1 国外发展现状 美国的m a r k w e i s e r 在科学美国杂志中首次提出来了“普适计算”的概念。 作为普适计算的先行者，i l l i n o i s 和c m u 大学分别提出t g a l a 7 1 系统和a u r a t 8 1 计 划。麻省理工学院的c r i c k e t f i 童置支持系统 9 1 的任务是预测移动对象位置信息并报 告移动对象的位置。在室内环境研究中，r a d a r 是另一个基于r f 室内位置支持 系统【i o ，用信号强度和信嗓比率来计算2 - d 位置。微软的简单生活和室内系统【1 1 】 在室内环境中使用的实时三维摄影机，可以提供立体视觉定位。在a w a r eh o m e i l 2 j 中嵌入压力传感器获取居住者的路线，系统使用这些数据识别居住者并且跟踪用 户。神经网络房间1 3 7 】，智能家庭和智能家庭- n t 程【3 明主要集中在智能房间适应 性控制的研究上，来预测居住者的未来信息。这些都是基于普适计算的应用场景 智能环境的研究，但是都没有涉及到在智能家庭中用户的信息的控制问题，即 1 一 是用户的规则的制定问题。 j 。 ， 。： ， ： j 。 1 一二， 1 2 2 国内发展现状 在国内，对普适计算的智能空间也有些研究，特别是一些高校对智能空间进 4 智能家庭中个性化规则生成与多a g e n t 技术研究 行了一些研究，以浙江大学为例，他们开发了嵌入式与普适计算研究实验室，以 汽车驾驶室空间作为研究的物理空间，建立了s m a r tv e h i c l es p a c e ( 智能汽车空 间) 0 7 1 ，并且在其中进行了相关研究。再比如清华大学为例，他们开发了的人机 交互与多媒体集成研究系统【1 3 】，建立了智能教室。还有一些高校对多a g e n t 系统 做了大量的研究，例如北京理工大学童亮、龚建伟等提出了多智能a g e n t 强化学 习研究【1 4 】，同时也实现基于s l a 进行行动的预测多智能体强化学习算法，但是 算法结果并不是十分理想。当然在国内也有多个高校进行研究也学习多a g e n t 预测学习算法。但是到目前为止还没有很有效的方法进行预测，也没有对资源的 管理机制以及用户移动后的设备的重配置等问题进行深入研究。：t 。 ； ： ： 1 3 课题研究内容 ， ： 本文主要研究：在智能家庭中首先讨论了基于a g e n t 的个性化规则生成问 题，并提出了相应的算法；然后以用户个性化规则为基础，讨论了基于a g e n t 的动态资源约束规则生成问题，同时也提出了相应的算法，这个算法也为环境的 调节提供了基础；再次讨论了规则的语义表示和j e s s 推理机制；最后根据用户 的个性化规则和资源约束规则提出了系统软件支撑模型，并进行了模拟场景的应 用i 系统基本模块关系如图1 2 所示。 ， 。： 匿r 。 图1 2 基本模块关系 在国内外研究现状中，大多数的智能家庭解决方案中都没有涉及到关于用户 的规则的设定问题，规则的设定是为智能家庭能为用户更好的服务，因为不同的 5 智能家庭中个性化规则生成与多a g e n t 技术研究 用户对智能家庭的要求不同，个人日常生活不同，个人信息隐私要求也不同，可 是在智能家庭中，每个人的信息是公开的，如何保护个人信息，如何使智能家庭 根据不同的用户提供不同的服务，也是待于我们解决。本文首先提出了个人的规 则的生成问题，介绍了规则的生成算法。规则的生成过程中，本文使用推荐系统 中的协同过滤推荐算法与a g e n t 学习算法为用户推荐适合用户的个性化规则，然 后用户可以在智能家庭中使用这些规则，以至于更好地利用自己的信息。 在智能家庭中，智能家庭系统实质是一个多用户的多a g e n t 系统，特别是当 多个用户处于同一智能空间时，由于智能空间的资源有限，这时很可能发生资源 的利用冲突，为了资源的利用冲突的发生，可以动态地为每一个用户生成一个资 源约束规则。但是，要做到动态性，并且可以使资源的有效利用，a g e n t 就必须 对每一用户未来活动和日常日程进行预测，来避免资源的利用冲突的发生。这样 首先要对用户的未来活动进行预测，以便使每一个用户达到满意的效果，然后再 生成资源的约束规则，使用户有效地利用资源。对于多a g e n t 系统的预测问题， 本文首先讨论了基于信息论的熵预测用户的未来信息的不足；然后提出了n s l 学习框架，这个框架使用博弈论纳什均衡的概念进行讨论，尽量避免资源的利用 冲突，或者冲突达到最小，使每一用户都同时达到一个比较满意的结果，也就是 达到一个均衡的效果，即是纳什均衡。这样也有利于智能家庭环境的可以根据不 同用户的偏好来调节家庭设备，减少资源的不必要的浪费。 针对以上的要求，本文采用规则的语义表示。对规则进行了形式化描述和本 体的描述形式进行规则的描述。最后使用j e s s 推理机制进行规则的推理，并且 提出了基于多a g e n t 系统的软件支撑平台。 1 4 论文结构 第一章：介绍了课题的研究背景、国内外发展动态和论文的研究内容。 第二章：介绍了论文涉及的关键技术，主要包括：普适计算和智能空间、推 荐系统的算法、a g e n t 技术、移动a g e n t ，多a g e n t 系统、语义网、本体论和信息 论、j e s s 推理机等技术。 第三章：对系统框架进行了详细的描述，对规则的概念进行了说明，同时对 推荐系统中协同过滤推荐算法进行了分析。提出了基于任务推理a g e n t 和决策 6 智能家庭中个性化规则生成与多a g e n t 技术研究 a g e n t 规则的生成技术。最后对用户的规则生成技术做了分析。 第四章：介绍智能家庭的多a g e n t 系统，并且以实例说明单一用户a g e n t 的 定位跟踪，首先讨论了信息熵预测的不足，然后提出了纳什均衡的学习框架，减 少用户的未来信息的不确定性，有利于资源约束规则的生成；最后对环境资源的 管理和舒适性管理做了简单介绍。 一 。 。j 。 第五章：介绍了规则的语义表示。接着给出了规则的形式化定义和本体表示， 最后给出了规则在j e s s 推理机表示形式j 并且对j e s s 推理过程做了分析和j e s s 机推理推理模型。 ： i 。 ：。，。 一一 第六章：智能家庭空间的模拟系统实现，给出了平台的运行环境结构框架， 最后给出了推理过程和结果。 第七章：对设计经验的不足之处进行了总结，并对下一步的工作进行了展望。 1 5 本章小结 本章针对智能家庭环境中用户的规则制定和用户的预测过程中面临的问题， 提出了相关的解决问题的对策，介绍了论文相关技术研究的国内外发展概况、论 文研究的内容和意义。主要包括： ( 1 ) 课题的研究背景：包括对智能环境的空间的介绍和面临的问题的说明 ( 2 ) 相关技术的国内外发展概况：包括国内和国外的技术研究 ( 3 ) 论文的结构 。 ： + 一 ( 4 ) 本论文章节安排和小结 7 纛二 钆 璎 智能家庭中个性化规则生成与多a g e n t 技术研究 8 智能家庭中个性化规则生成与多枷技术研究 2 相关技术背景研究 随着计算机通信、计算机网络等技术的迅速发展，特别是i n _ t 釉武和、) l m 啊 普及，数字化与智能化家庭设备也不断出现，这些智能化设备的出现在为人们提 供强大功能的同时，也面临着新的挑战。智能设备的出现在不断增加智能设备的 同时也对技术提出了更高的要求。由于智能家庭中的设备是接入m m m e t 的，又 由于智能家庭中的智能设备对用户的信息实时获取，这样给用户信息的安全性带 来隐患。再一个问题就是家庭资源的有限性和环境的多用户性，用户在使用资源 时必须合理利用，使资源冲突降到最低，为了解决这一问题，人们通过各种技术 进行解决。 2 1 智能环境与普适计算 信息实体空间和物理的实体空间的融合形成了普适计算应用。在普适计算应 用环境中，智能设备可以随时随地，并且透明地获取用户环境的上下文信息，同 时用户也可以以透明的方式获取智能设备服务。物理空间和信息空间可以在不同 程度上进行融合，同时也可以在不同程度的体现上出来。对于普适计算的应用， 可以在一个房间或者一幢大楼里得到体现。如果是在一个房间或者一幢大楼里的 物理空间中实现，就可以称作为智能空间。 普适计算的研究框架分多种形式，从不同研究重点、技术和目标的不同进 行分类，基本上分成以下几类：感知上下文计算、智能空间、可穿戴计算等。从 不同层次进行分类基本上分成以下几类：普适计算设备、普适网络和系统软件等， 无论从哪个方面讨论和研究普适计算的研究和应用，它的本质特征是共同的。即： ( 1 ) 随时随地访问信息和服务的能力；( 2 ) 计算的不可见性，即物理环境中的 传感器、嵌入式设备、移动设备和其它任何有计算能力的设备，在用户未察觉的 情况下进行计算和通讯，并为用户提供各种服务，从而最大限度的减少用户的介 入。 在智能家庭环境中，必须实现智能家庭中的多个设备资源共享、协同工作。 但是为了更好地实现服务的需求，智能设备必须对用户环境实时信息监控和采 集，同时对用户活动位置进行有效的预测，以便实时改变室内环境使用户环境更 适合用户的需求。要想做到对用户活动和位置的以及信息的实时处理，必须对家 9 智能家庭中个性化规则生成与多a g e n t 技术研究 庭设备进行各种网络的链接。因此，智能化的家居需要将家庭内部的