（系统工程专业论文）面向应用需求的软件智能体系统研究与开发.pdf

华中科技大学博士学位论文 摘要 面向现实世界f 1 益复杂的问题求解需求，立足于现代信息处理和计算技术所形 成南资源和环境，本文研究面向应用的软件智能体系统设计与开发。虽然软件智能 体技术的广泛应用及其对不同学科领域的显著贡献早已使它超越一般软件实体的价 值而成为众所期许的处理复杂问题的有效方法，然而，作为数字世界中的计算和系 统构造单元，迄今尚无形式化标准规范其开发和应用。这种不利于技术成果共享和 此，创建了智能体理论模型、一般结构模型和基于统一建模语言的应用程序框架， 分别支持软件工程中系统分析、设计和实现各阶段。智能体理论模型支持软件工程 中面向问题求解的领域建模和概念设计，同时提供一种由顶向下，逐步求精的系统 软件设计方法。在智能体理论模型的基础上，结合软件系统逻辑结构的设计要求进 而形成一般结构模型。该模型作为系统软件结构模型的范型支持应用系统软件的结 构设计阶段。基于统一建模语言的应用程序框架源于一般结构模型，在计算机辅助 软件工程工具的支持下，从这个框架出发可以快速生成面向对象的程序代码。智能 体理论模型还提供一种处理计算和结构复杂性的方法，通常以理论模型a 矗作为设 汁的起点，然后根据应用背景和具体问题求解要求设计相应智能体的策略函数。例 如，可根据处理对象的不同状态而选用某一具体模型j 4 坛，或考虑任务分解和执行 时序而选用模型a 聪- 、或根据网络空间拓扑结构选用模型a m y 等，从而完成面 向应用的智能体软件系统结构设计和代码实现。本文提出的这种基于智能体理论模 型的软件工程方法，在构建面向具体应用的监控智能体、信息提取智能体和安检智 能体的开发实践中，通过测试和验证说明该方法是可行的和有效的。 监控智能体的策略函数基于控制机制，是爿坛模型的一个具体实现。通过监控 智能体的建模设计和实现证明基于控制机制实现智能体的感知和执行功能，是构建 具有自主性和自适应性智能体的一种新方法。监控智能体的运行还表明p i d 机制嵌 入智能体策略函数可构造性能良好的邮件服务器控制系统。这一新型控制系统用软 件控制器有效执行给定软件服务系统的性能控制，进一步说明软件智能体技术具有 广阔的应用前景。 根据理论模型彳 磊”，建造的第二种智能体是信息提取智能体。在这一研究实 践中，通过具体系统实现表明复杂事务处理过程可分解为多个子系统和相应的执行 时序，以此降低复杂度并提高处理效率。信息提取智能体作为人类智力型助手，接 华中科技大学博士学位论文 受主人委托，自动完成委托信息的网上提取。信息提取过程分为获取所需要的网页， 提取网页上有关部分和结构化处理所获取到的信息三个相互关联的子任务，由三个 独立的组件完成相应功能。由于智能体可按并行方式执行这三个相对独立的子任 务，所以提高了工作效率。 n s b 基于智能体理论模型构建的第三种智能体是采用a m y 模型建立的移动智能 体。在入侵检测系统中，通过免疫扫描移动智能体使系统具有预先遏制攻击的能力。 同时通过移动智能体构建的可移动控制中心，采用躲避游移的方法提高了入侵检测 协调是共同完成被委托任务的必要条件，作者还提出在多智能体系统中智能体本身 必须建立领域模型的技术要求，即用本体支持运行时的语义交互。为此，文中用面 向对象的知识表示方法描述并建立本体，并以此为基础形成领域操作代数系统和智 能体服务描述语吉。结合开放购买的仿真案例，表明在一个完整的情景语义交互中。 服务提供方需要以智能体服务描述语言表述自己提供服务的方法和过程，而接受服 务方必须在理解智能体服务描述语言的基础上。获取某一具体服务。这交互过程 也在理论模型基础上阐明。另外，本文还讨论了在分椎式环境下建立多智能体系统 所需要的通用计算服务设施。 l 软件智能体是当今计算机科学和人工智能领域十分活跃的研究方向，学科间的 交融促进了许多新研究成果的大量涌现，在本文最后作者怀着十分激动的心情展望 了智能体技术的发展前景。y 关键词 智能体理论模型反馈控制信息智能体入侵检测语义交互基础设施 n 、 华中科技大学博士学位论文 a b s t r a c t w i u lt h ee v e r - i n c r e a s i n gc o m p l e x i t yo f t h er e a lw o r l d p r o b l e ms o l v i n gr e q u i r e m e n t s a n d d e p e n d i n gu p o n t h em o d e mi n f r a s t r u c t u r eo f i n f o r m a t i o np r o c e s s i n g a n d c o m p u t a t i o n t e c l m o l o g y , t h ed i s s e r t a t i o ne n t i t l e d ”r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t o ns o f t w a r ea g e n tf o r s p e c i f i ca p p l i c a t i o n s ”i sp r e s e n t e d a l t h o u g h t h ew i d ea p p l i c a t i o n sa n dr e m a r k a b l e c o n t r i b u t i o n si nv a r i o u sf i e l d so ft h ea g e n tt e c h n o l o g yh a v ed i s t i n g u i s h e da g e n tf r o m t h o s eo r d i n a r ys o f t w a r ee n t i t i e sa n dt h e r e f o r ei th a sb e e ne x p e c t e da sa ne f f i c i e n tw a y t o d e a lw i t hs y s t e mc o m p l e x i t yi nd i g i t a lw o r l d ，y e ta sa ne l e m e n to fc o m p u t a t i o na n da c o m p o n e n to fs y s t e m ，t h e r ei sn o ts of a rt h es t a n d a r do fa g e n tf o r m a t i o n a n d a p p l i c a t i o n t h es i t u a t i o ni sn o tb e n e f i c i a lt on e w p r o d u c t a n ds o f t w a r er e u s e i ti sa u t h o r sm o t i v a t i o n f o rt h es t u d y t h es o f t w a r e e n g i n e e r i n ga p p r o a c h i s p r o p o s e d i nt h ed i s s e r t a t i o n f o rt h e c o n s t r u c t i o no fa p p l i c a t i o n o r i e n t e ds o f t w a r ea g e n t t h ea n a l y s i s ，d e s i g na n dc o d i n go f s o f t w a r ea g e n ts y s t e m s ，c o n s e c u t i v e l yp h a s e sa c c o r d i n gt os o f t w a r ee n g i n e e r i n g ，a r e r e s p e c t i v e l ys u p p o r e db yt h et h e o r e t i cm o d e l ，g e n e r a ls t r u c t u r em o d e la n du m l - b a s e d a p p l i c a t i o nf r a m e w o r ki n t h ea p p r o a c h t h et h e o r e t i cm o d e ls u p p o r t sf o rc o n c e p t u a l m o d e l i n go ft h ed o m a i np r o b l e m sa n dp r o v i d e sat o p d o w na p p r o a c h f o rt h ea n a l y s i so f a g e n t ss t r a t e g yf u n c t i o n c o m b i n i n g t h e d e s i g nr e q u i r e m e n t s o fl o g i cs t r u c t u r eo f s o f t w a r es y s t e m t h eg e n e r a is t r u c t u r em e d e lw h i c hs t e m sf r o mt h et h e o r e t i cm o d e l s u p p o r t st h es o f t w a r es t r u c t u r ed e s i g na sap a r a d i g mo fs o f t w a r es t r u c t u r em o d e l t h e u m l b a s e da p p l i c a t i o nf r a m e w o r k d e r i v i n gf r o mt h eg e n e r a ls t r u c t u r em o d e l c a nb e t r a n s f o r m e dt oo b j e c to r i e n t e dc o d er a p i d l yw i t ht h eh e l po fc a s et o o l s m o r e o v e r , t h e t h e o r e t i cm o d e l p r o v i d e s a w a yt o h a n d l et h e c o m p u t i n ga n ds t r u c t u r ec o m p l e x i t y g e n e r a l l y ，t oa c c o m p l i s ht h es t r u c t u r ed e s i g na n dc o d ei m p l e m e n t a t i o no f s o f t w a r ea g e n t ， t h ed e s i g ns t a r t sf r o mt h em o d e la m ，t h e nt h ea g e n t s s t r a t e g yf u n c t i o ni sd e s i g n e d a c c o r d i n g t ot h er e q u i r e m e n t so ft h e p r o b l e m f o ri n s t a n c e ，i fo n l yt h es t a t e so f t h ew o r l d m o d e ls h o u l db ec o n c e r n e d t h em o d e la m c a nb eu s e d i ft h et a s kd e c o m p o s i t i o na n d e x e c u t i n gs c h e d u l e s h o u l da l s ob ec o n c e m e d ，t h em o d e la 朋r 9c a nb eu s e d i ft h e n e t w o r kt o p o l o g yo ft h ed i s t r i b u t e da p p l i c a t i o ns h o u l df u r t h e rb ec o n c e m e d ，t h em o d e l m b 爿m ，w i l l b ep r o p e r 1 1 1 et h e m e t i c - m o d e l b a s e ds o f t w a r ee n g i n e e r i n gm e t h o d o l o g yh a s b e e np r o v e dt ob ef e a s i b l ea n de f f e c t i v eb yt h ed e v e l o p i n gp r a c t i c eo fm o n i t o ra g e n t ， i n f o r m a t i o na g e n ta n d m o b i l e a g e n t m o n i t o ra g e n t ，w h o s es t r a t e g yf u n c t i o nc o m e sf r o mf e e d b a c kc e n t r e lm e c h a n i s m i s a ni m p l e m e n t a t i o no f a m t oc o n s t r u c ta na g e n tw i t hs e n s o ra n da c t i o nb a s e do nt h e c e n t r e lm e c h a n i s mi san e wm e t h o df o r a u t o n o m ya n da d a p t i v e a n dt h ed e t a i l so n m o d e l i n ga n dd e s i g no f t h ea g e n ti sd i s c u s s e da sw e l l t h e i m p l e m e n t a t i o no f t h em o n i t o r a g e n tw h o s es t r a t e g y f u n c t i o nu t i l i z i n gt h ep i dc o n t r o l a l g o r i t h mh a sp r o m o t e dt h e i i i 华中科技大学博士学位论文 ! ! 苎竺! ! ! ! ! ! ! 竺! ! ! 曼! ! = ! ! ! 竺i ii 曼! = ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 竺! ! 竺竺! = ! p e r f o r m a n c eo f ae l e c t r o n i cm a i ls y s t e m f u r t h e r m o r e t h en e wc o n t r o ls y s t e mc a nb ea n e v i d e n c et 0t h ep r o s p e c to f aw i d er a n g eo f a p p l i c a t i o no f s o f t w a r ea g e n t b a s e do nt h em o d e l 一 以”，t h ei n f o r m a t i o na g e n ti sd e v e l o p e d t h er e s e a r c hp r a c t i c e s h o w st h a tac o m p l e xt r a n s a c t i o nc a nb ed i v i d e di n t os e v e r a ls u b - t r a n s a c t i o n s e x e c u t e di n ac o r r e s p o n d i n go r d e f t od e c r e a s et h ec o m p l e x i t ya n di r e p r o v et h ee f t i c i e n c y a sa n i n t e l l e c t u a la s s i s t a n tt oh u m a n ，i n f o r m a t i o na g e n ta c c e p t st h ea s s i g n m e n t s ，a u t o m a t i c a l l y o b t a i n st h ed e s i r e di n f o r m a t i o nf r o mw w wa f t e r w a r d s t h ep r o c e d u r eo fi n f o r m a t i o n e x t r a c t i o ni sd i v i d e di nt h r e er e l e v a n tt a s k s ，r e t r i e v i n gt h ew e bd o c u m e n t e x t r a c t i n g i n f o r m a t i o nf r o mw i t h i na n d s t r u c t u r i z i n g t h e i n f o r m a t i o n t h e y a r e r e s p e c t i v e l y s u p p o r t e db yt h r e ei n d e p e n d e n tc o m p o n e n t s s i n c e 血et h r e es t e p sc a nb ee x e c u t e di na p a r a l l e iw a y , t h ei n f o r m a t i o ne x t r a c t i n ge 衔c i e n c yi si m p r o v e d a sa r t i m p l e m e n t a t i o no fa m t h em o b i l ea g e n tf o ri n t r u s i o nd e t e c ts y s t e mi s p r e s e n t e d am o b i l ei m m u n ea g e n ti sd i s c u s s e df o rp r e v e n t i n ga t t a c kb e f o r e h a n d a l s ot h e c o n t r o lc e n t e ro ft h ei n t r u s i o nd e t e c t s y s t e mw i t hm o b i l i t yc a ni m p r o v et h es y s t e m s u r v i v a b i l i t yb ys i d e s t e p p i n g t h ed e s i g no ft h ea b o v et h r e ea g e n t ，w h o s es t r a t e g yf u n c t i o nh a v eb e e nd i s c u s s e d ， a r eb a s e do nt h e o r e t i cm o d e lf o rd i f i e r e n tg o a l - o r i e n t e db e h a v i o ra n df u n c t i o np r o p e r t i e s s i n c et h ec o m m u n i c a t i o na n dc o l l a b o r a t i o nb e t w e e n a g e n t sa r ep r e r e q u i s i t et oa c c o m p l i s h a c o m m i t m e n t ，o n t o l o g y , w h i c h i st h ef o r m a le x p l i c i td e s c r i p t i o no f c o n c e p t si na d o m a i n o fd i s c o u r s e ，i sp r o p o s e df o rt h es e m a n t i cc o m m u n i c a t i o na td e s i g nt i m e t h ed i s s e r t a t i o n d e s c r i b e sa n dd e v e l o p so n t o l o g yb y o b j e c t - o r i e n t e dk n o w l e d g er e p r e s e n t a t i o n ，h e n c et h e r e p r e s e n t a t i o nl e a d st od o m a i na l g e b r as y s t e ma n da g e n ts e r v i c ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e t h e o n t o l o g yi sp r e s e n t e df o rs e m a n t i ci n t e r o p e r a b i l i t yi nt h es c e n a r i oo f o p e nb u y o nt l 】e i n t e m e t ，a n ds e r v i c ep r o v i d e rd e s c r i b e st h ef u n c t i o na n df l o wb yo n t o l o g y b a s e ds e r v i c e d e s c r i p t i o nl a n g u a g e ，a n d s e r v i c e a c q m r e r c a nu n d e r s t a n d i ta n db es e r v e d t h e i n t e r a c t i v ep r o c e s si sd i s c u s s e do nt h eb a s eo ft h et h e o r e t i cm o d e l t h eg e n e r a lr o l e so f c o m p u t i n g i n f r a s t r u c t u r ef o r m u l t i - a g e n ts y s t e m i sd i s c u s s e di n d i s t r i b u t e o b j e c t e n v i r o u m e n t 。 n o w a d a y s ，s o f t w a r ea g e n th a sb e c o m eav i t a lo r i e n t a t i o ni nt h er e s e a r c ho f c o m p u t e r s c i e n c ea sw e l la sa r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e t h ec o m b i n a t i o no f d i s t i n c t d i s c i p l i n e sh a sb e e n ac a t a l y s tf o rm a n yn e wp r o g r e s s e s w i t h g r e a te x c i t e m e n t ，t h ea u t h o rp r e s e n t e da p r o m i s i n gp r o s p e c to f s u c hr e s e a r c h k e y w o r d s a g e n t ，t h e o r e t i cm o d e l ，f e e db a c kc o n t r o l ，i n f o r m a t i o n a g e n t ，i n t r u s i o nd e t e c t i o n ， s e m a n t i ci n t e r a c t i o n ，i n f r a s t r u c t u r e ， i v 华中科技大学博士学位论文 1 绪论 1 1 智能体研究的背景 智能体理论与技术的研究最早源于分布式人工智能( 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 。d a i ) 1 1 i 。但从2 0 世纪8 0 年代末开始，智能体理论和技术的研究从分布式 人： 智能领域中拓展开来，并与许多其他领域技术相互借鉴和融合，得到了更为广 泛的应用。智能体技术作为一种设计和开发软件系统的新方法，已经得到了学术界 和企业界的广泛关注，是计算机科学和人工智能领域中重要的研究内容之。目前， 关于智能体理论和应用研究取得了较大进展，应用领域包括：并行系统、机器人、 用户接口设计( 含自然语言理解和对话理解) 、网络安全、数据通讯、机器学习( 包 括数据库中知识发现) 、网络管理、搜索引擎和网页信息提取等等隆6 i 。 1 1 1 互联网的发展 智能体研究的发展与互联网的发展是密不可分的。首先，互联网的发展是网络 技术的进步，这种进步使得人们思考和探索这样的问题：计算机怎样互联起来以更 好地利用资源，高效地完成各种信息处理? 许多研究工作围绕这个目的而展开，如 d a r p a 的基于智能体系统的控稚i i c o a b s ( c o n t r o lo f a g e n t - b a s e ds y s t e m s ) 、可分配 任务的智能体软件工具t a s k ( t a s k a b l ea g e n ts o f t w a r ek i t ) 1 7 。它们的共同特点 是在保持单机或单个应用灵活性的前提下。提供简便和广泛的网络资源共享和异构 信息集成。 其次，网络上的信息资源也越来越庞大，人们在享受它方便和快捷的同时也 为它所包含的庞大芜杂的信息所淹没，为了找到自己需要的信息往往要花费大量的 时间和精力。如何能够更有效、更准确地找到自己感兴趣的信息，滤除与自己的需 求无关的信息，已成为人们非常关心的问题。目前网上的y a h o o 、g o o g l e 和s o h u 等 搜索引擎( s e a r c he n g i n e ) ，一般以信息查询( i n f o r m a t i o nr e t r i e v a l ) 技术为基础， 帮助用户获得所需信息，但是这种信息查询方式存在着明显的不足f 8 j ： 1 用户必须以关键词的形式归纳出自己的信息需求，不同的关键词和及其组 合方式对搜索结果的有效性影响很大，因此，在有些情况下，这种方式很难获得好 的效果： 2 由于网络信息不断更新，用户为获得最新信息需要用相同的关键词进行反 复查询； 华中科技大学博士学位论文 3 查询方式的结果与用户兴趣无关，不能实现个性化的信息服务。人们迫切 需要根据自己的兴趣过滤和获取信息的各种类型的信息系统。 而且，人们的日常生活也越来越大的依赖网络限i o f 。随着电子商务的发展，人 们从网络上购买自己所需的商品，企业之间依靠网络完成商品的交易，政府部门通 过网络提供各种不同类型的服务。研究人员希望实现这样的功能：“个人数字助理” 在收到参加国际会议通知的电子邮件后，能够到会议所在地的旅馆预定价廉物美的 房间和往返机票。这就迫切需要一种能够适应“数字化生存”的个人数字助理的出 现。 1 1 2 分布式人工智能的进展 作为人工智能和分布式计算的结合，分布式人工智能逐渐受到人们重视。在分 布式人工智能中。智能本质上不是一个独立存在的概念，而只能在团体中实现，因 此分布式人工智能研究的兴趣主要是多个智能体之间的合作、交互等。分布式人工 智能分为分布式闷题求解和多智能体系统。分布式问题求解考虑怎样将一个特殊问 题的求解工作在多个合作的、知识共享的模块或节点之间划分；在多智能体系统中， 主要研究一组自治的智能体之间的行为协调和智能体之间的互操作性，即不同的异 构系统在变化的环境中交换信息、共同工作的能力：互操作性要求多智能体系统具 有丌放和灵活的结构。 在分布式人工智能研究中，智能体概念的出现并不单单是因为人们认识到了应 该把人工智能各领域的研究成果集成为一个具有智能行为概念的“智能体”，更重 要的原因是人们认识到了人类智能的本质是一种社会性的智能j 。人们在研究人类 智能行为中发现：人类绝大部分的活动都涉及多个人构成的社会团体，大型复杂问 题的求解需要多个专业人员或组织协作完成。在许多情况下，人的智能是在由众多 个体构成的社会中进行各种活动时体现出来的。“协作”、“竞争”、“谈判”等等是 人类智能行为的主要表现形式。要对社会性的智能进行研究，构成社会的基本构件 “人”的对应物“智能体”和社会的对应物“多智能体系统”就成为人工智能研究 的基本对象。 1 1 3 面向对象方法学的进展 面向对象的方法是2 0 世纪8 0 年代初期提出的一种新兴的程序设计方法，它彻底 克服了过去数据流等方式的缺点，采用直接对问题域进行自然抽象的方法，并逐渐 发展成包括面向对象分析、设计、编程、测试、维护等一套完整的内容体系。面向 对象的方法论所体现的对客观世界的描述比较符合人们对客观世界的认识，从而使 软件设计在数字世界中描述客观存在与现实世界人们的认识统一起来，并保持整个 _ - _ _ _ 一_ _ _ - _ - h _ _ _ _ _ 一 2 华中科技大学博士学位论文 软件开发过程中概念的一致性，便于各个阶段的管理与控制，是人们在软件开发过 程中认识的一次飞跃，其基本思想是用对象、类、继承、封装等基本概念来进行程 序设计。其主要特点有：继承性( 1 n h e r i t a n c e ) ，封装性( e n c 印s u l a t i o n ) ，多态性 ( p o l y m o r p h i s m ) 。 随着软件规模和复杂性的不断增长，人们对软件开发过程认识进一步深入，于 是面向对象的开发方法得到了改造和提升1 1 2 “i ，出现了一些具有“智能”的对象， 具体表现为： 1 消息机制的引入为对象间进行通信提供了手段，同时也为更有效地实现不 同类对象间的协作提供了保障； 、 2 把知识表示方法和行为模型与面向对象技术相结合，使得对象具有能根据 外界环境的变化而自主地对自己的行为和状态进行调整的能力，从而适应外界环境 的改变； 3 对象的复杂性不断增长，重用的粒度和级别发生变化。组件式程序设计使 得重用粒度变得更灵活，语言无关的重用性进一步增强。 1 2 智能体技术研究综述 1 2 1 智能体基本概念 许多研究人员依据不同的研究内容和目标对术语“智能体”赋予了不同的含义。 w o o l d r i d g e 和j e n n i n g s 对不同定义进行了总结，他们认为，“智能体”按其用法可 分为两种，也就是智能体的两种定义：弱定义与强定义) 。智能体的弱定义是将其 定义为具有如下特性的计算机软件或硬件系统。 自主性( a u t o n o m y ) ：智能体能自行控制其状态和行为，能在没有人或其他程序 介入时操作和运行； 社会性( s o c i a la b i l i t y ) ：智能体能通过智能体通讯语言与其他智能体或人类 进行交互： 反应性( r e a c t i v i t y ) ：智能体能及时地感知和响应其所处环境的变化； 能动性( p r o a c t i v e l y ) ：智能体主动表现出目标驱动的行为，能自行选择合适 时机采取适宜动作。 而符合强定义的智能体，他们除了具有弱定义中的特性以外，通常还具有以下 一种或多种特性： 可移动性( m o b i l i t y ) ：指具有在计算机网络上进行移动的能力，且在此过程中 保持状态一致； 葱 华中科技大学博士学位论文 理性( r a t i o n a li t y ) ：智能体的行动有助于达到其目标，不能接受冲突的目标： 可靠性和诚实性( b e n e v o l e n c e ，v e r a c i t y ) ：智能体采取的动作及产生的结果 应是可靠和符合用户利益的； 适应性( a d a p t i v e l y ) ：应能进行自我调整，具有适应其用户的工作方法、方式 及偏好的能力。 协作性( c o l l a b o r a t i o n ) ：智能体应能在多智能体环境中协同工作和消解冲突， 以执行和完成一些甄相受益且自身无法独立求解的复杂任务。 智能体系统是当前人工智能研究的一个前沿课题，几乎涉及人工智能的所有深 层次问题。对智能体的研究可以从很多角度展开，基于不同研究所做出的假设是不 同的，因而对智能体的描述也有很多。不论什么样的基于智能体的系统，必然涉及 两个方面的问题。 1 单个智能体的行为刻划( 即单智能体规范) 。不论什么样的多智能体系统， 其系统的行为必然要归约为单个智能体的行为，我们在研究多智能体系统时也必须 对单个智能体的行为进行刻划，而在实现的时候还必须考虑单个智能体的结构( 它 们应具有什么样的功能) 。 2 每个智能体如何与环境及其他智能体进行交互。在协作情况下，如何相互 帮助达到各自目标。 关于智能体系统的研究大体上可以分为两大类型。 第一类研究往往基于b d i 模型对单个智能体的心智状态进行刻划，采用的工具 是模态逻辑和分支时序逻辑7 。”。同时也采用b d i 模型对多智能体系统中的智能体 行为进行规范和描述，即刻划智能体在多智能体系统中所应具有的高级认知状态； 这种研究描述的智能体通常是协作型的，而研究的目的在于给出多智能体协作的形 式化模型1 2 2 + 2 6 l 。 另外一类研究往往运用面向对象 1 2 , 1 3 , 1 5 】、并行计算1 2 , 1 4 1 或基于知识 2 7 , 2 8 1 的方法来 描述和构建智能体，在多智能体系统中则采用博弈论、信息经济学、社会学等领域 的方法对智能体的行为进行描述与控制，并采用这些方法来控制智能体之间的协商 与协调，或控制智能体在系统中的行为。这类研究主要用于刻划自私智能体( 只考 虑自身利益的智能体) 在一个多智能体系统中的行为，或者研究如何让自私的智能 体对其所处的系统( 或社会) 作贡献，这些研究已取得了很多成果1 2 9 - 3 7 j 。 下面分别对这两类研究进行回顾和讨论。 1 2 2 基于印l 模型的智能体和多智能体系统 1 2 2 1 基于b d i 模型的智能体 4 华中科技大学博士学位论文 目前，智能体的理论研究者已经给出了一些能描述智能体特性的形式化系统。 用逻辑语言描述智能体心智状态成为形式化智能体模型的重要方法。b r a t r n a n p a l 从 哲学上对行为意图的研究对人工智能的研究产生了广泛的影响。他认为只有保持信 念、愿望和意图的平衡，才能有效地解决问题。在哲学和心理学中，像信念、希望 和意图等认知态度通常被称为是具有意向性的概念。理论研究者p 8 , 1 9 1 希望在逻辑的 框架下对具有意向性的概念进行形式化推理，在这样的框架下，意图、信念、目标 等高层认知功能被看作( 模态) 算子。而相应的理论模型则被称为信念( 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 ) 模型，或b d i 模型 1 9 2 1 l 。 该理论研究的一项重要内容就是对意图、目标和信念等高层( 或高级) 认知功能 的计算建模。这些研究工作者着重于研究智能体的自治机制，即目标、信念、规划 和行动的合理平衡方式：研究这些成分之间的关系，它们随时间变化的方式、以及 与实现之间的关系。基于这些理论的系统往往被称为意向系统。 这种形式化研究需要解决语法和语义两个方面的问题。因此任何形式系统都可 以用两个相互独立的属性来描述：即语法规则与语义模型。对于语法的问题可以有 两种解决方法。第一种是模态语言，这种语言包含称为非真值函数的模态算予，这 些算子再运用到逻辑公式上；另种方法需要使用元语言，即包含表示其他对象语 言项的带类型的一阶语言 3 9 ，删。 对语义问题的解决也有两种基本方法。最常用的是采用可能世界语义学的方 法，其中智能体的信念、知识、目标、意图等被一组所谓的可能世界及它们之间的 可达关系来刻划【1 7 ” 。然而基于可能世界语义学的模型都具有逻辑万能的问题，这 意味着智能体是理想的推理系统，即知道它们所拥有知识的所有逻辑后承。因此基 于这类模型的自治不是有限自治。 1 2 2 2 基于b d l 模型的多智能体系统 比较有影响的多智能体协作理论有两个，即：联合意图理论( j o i n ti n t e n t i o n ) 和规划团体行为理论( p l a nt e a ma c t i v i t y ) 1 2 2 - 2 6 。这两个协作理论都基于一定的 前提条件。 协作前提条件 s e a r l e 和b r a t m a n 对协作问题进行过深入的讨论和分析，实际上他们的分析对 协作理论的研究起了重要的指导性作用。 对于协作，s e a r l e “”认为认知算子信念、共同信念以及个人意图是不足以描述 协作参与者的心智状态的。协作规划并不是个人规划的累加。s e a r l e 还认为多个 智能体在协作过程中应该具有某种相同的心智( 认知) 状态，否则各个智能体的行 为将会不协调他引入了集体意图的概念来描述这种共同的心智( 认知) 状态。 嚣 。! ：_ 华中科技大学博士学位论文 而b r a t m a n 1 在研究中对意图进行了深入的讨论，这些工作后来成了智能体理 论研究的一个基础。b r a t m a n 又对协作进行了讨论，并确立了多个智能体的行为是 共享协作行为，所需同时满足的三个标准：( a ) 智能体之间应该相互响应；( b ) 每 个智能体对联合行为的承诺；( c ) 每个智能体对相互支持的承诺。这些标准已被研 究者广泛认同。 联合意图( j o i n ti n t e n t i o n s ) c o h e n 等人的联合意图模型2 2 , 2 5 是第一个关于多智能体协作的形式理论，并且 被认为是关于理性智能体的最著名的理论。他们的理论试图刻划在特定认知状态下 行动的意图或承诺( 个人的或共同的) 。一个承诺( c o m m i t m e n t ) 表示一个持续目标。 此理论的一个结论是，当智能体接受某些它相信其他智能体不知道的信念时，它有 责任将这些信念通知系统其他成员。 c o h e n 和l e v e s q u e 首先定义了个人的承诺与意图，他们用时序逻辑加上命题逻 辑来描述这些概念。智能体a 的某个目标a 是它的持续目标，当且仅当a 当前相信 a 不是真的，并有一个实现a 的目标，并且将保持这一目标直到a 相信目标已实现， 或相信目标无法实现或是无关的。为了对多智能体协作进行刻划，c o h e n 和l e v e s q u e 还引入了联合持续目标的概念。 规划团队行为( p l a nt e a ma c t i v i t y ) 当多个智能体进行协作时，联合意图模型要求它们立即建立完全的共同承诺。 而在下面介绍的理论中，研究人员讨论了团体形成的两种方法1 2 4 2 6 1 。这两种形成方 法都是基于团体组织者( 领导) 及其与成员之间的通讯，这个理论与前面理论的重要 区别是要求达到目标的规划事先给定，而不是由智能体来生成，并且要求在形成团 体之前已具有了规划的完全知识。 团体的信念、目标和意图的语义与联合意图中的语义不同。具体地说，一个团 体的共同的认知态度( 信念、意图、目标等) 是通过其成员的单智能体认知态度来解 释的，而不是用一些表示每个成员都具有某种认知态度的模态算子来解释。如果满 足( i ) 每个成员都对该规划具有相同的意图；( 2 ) 每个成员都相信团体中其他成 员具有和它相同的意图；( 3 ) 每个成员都相信，所有成员都完成各自的个人规划意 味将完成最初的( 共同) 规划那么一团体对某个规划具有共同的意图。 团体的形成始于智能体希望达到某个目标，但意识到它自己没能力单独达到目 标。于是它即是团体的组织者。它通过宣布共同目标、共同规划与每个参与者的任 务分配来与潜在的参与者进行通讯。 1 2 2 3 基于b d i 模型的智能体程序设计 研究人员研究智能体的角度和领域虽然不同，但许多基于b d i 的研究工作都试 6 华中科技大学博士学位论文 图给出相应的计算机实现。把面向智能体程序设计作为一种程序设计风范提出来的 是s h o h a m ，s h o h a m 是从b d i 的角度研究智能体程序设计的n 5 “3 。s h o h a m 认为- 一 个完接的a o p 系统应该包括以下成分。 ( 1 ) 一种受限的形式语言。它利用若干模态词，如信念及承诺等来描述心智状 态，这个语言必须具有清晰的语法和语义；在面向智能体程序设