（计算机系统结构专业论文）基于agent的网络教学系统的研究与应用.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 目前，远程教育的教学方式中应用最广泛影响最深远的是基于w e b 的远程教 育，然而这样基于w e b 的多媒体计算机远程教学系统，存在着系统智能性不高、 系统的弹性与适应性不足等缺点。a g e n t 技术提供了一种全新的、分布的计算模式 和问题求解途径，将是下一代复杂分布的工程系统的模型。利用a g e n t 技术，将 个性化数字服务运用在远程教育中，是解决学生需求的个性化和教学资源的单一 化这一矛盾的有效方案。尽管面向a g e n t 技术在复杂系统的开发和实现中起着重 要的作用，但a g e n t 技术本身也必须解决一系列关键性问题，尤其对于多a g e n t 系统( m as ) 的软件开发方法，更是缺乏规范的系统结构和描述、构造mas 的有效方法。 本论文通过对网络远程教育和面向a g e n t 方法学的研究，首先结合软件工程 方法学提出了一种简单易行的面向a g e n t 的凇s 开发方法，详细说明了分析一设 计一细节设计这一系列的开发进程。然后将智能a g e n t 技术与网络教育相结合， 通过对网络教学系统的研究和分析，设计出一个层次结构的多a g e n t 网络教学系 统模型。该模型分四大模块，各个模块由多个a g e n t 组成。利用a g e n t 的协作机 制，实现各模块间的知识交换与共享。模型的设计思想即发挥了教师的主导作用， 又充分体现了学生的主体作用。 教学模型是本文提出的网络教学系统的核心部分，所有的教学活动都在这里 进行。目前大多数的教学模型要么复杂难以实现，要么简单考虑不全。本文提出 的多a g e n t 教学模型涵盖了教学组织和教学两大模块。教学组织模块用来制定教 学策略、组织学习内容、安排教学环节。教学模块对是一个实际教学过程的模拟， 包括教学信息的呈现、教师的指导、答疑以及测试等等环节。本文又使用提出的 面向a g e n t 的m a s 设计方法对该模型进行了分析与设计，给出了该模型中各个 a g e n t 的详细设计。最后结合作者参加的远程教育资源管理项目，给出了教学过程 模块中a g e n t 的具体实现，通过测试得到了一系列结果，这些结果显示了智自e a g e n t 应用于网络教学系统的教学内容组织的智能性，验证了本文提出的面向a g e n t 的 m a s 开发方法的可行性。 关键词：智能a g e n t ，网络教育，教学模型，教学内容组织 重庆大学硕士学位论文英文摘要 a b s t r a c t n o w , t h ew e b - b a s e dd i s t a n c ee d u c a t i o ni su s e dm o s tw i d e l yi n t h ee d u c a t i o n m e t h o do fd i s t a n c ee d u c a t i o n ，w h i l et h ew e b b a s e dm u l t i - m e d i ac o m p u t e rd i s t a n c e e d u c a t i o ns y s t e mh a sm a n yd e f e c t s i th a sn o te n o u g hi n t e l l i g e n c e ，d e f e c t ss u c ha s s y s t e m a t i cr e s i l i e n c e ，e l a s t i c i t ya n d s oo n a g e n tt e c h n i q u ep r o v i d eo n ek i n do f t h en e w ， d i s t r i b u t e dc a l c u l a t i o np a t t e r na n dp r o b l e mr e s o l u t i o nm e t h o d ，i tw i l lb e c o m et h en e x t g e n e r a t i o ns y s t e mp a t t e mo f t h ec o m p l e xd i s t r i b u t e dp r o j e c ts y s t e m u s i n ga g e n t si n d i s t a n c ee d u c a t i o n , w ew i l l g e tt h ei n d i v i d u a ld i 百t a ld a t as e r v i c e ，i ti s t h ee f f e c t i v e m e t h o dt or e s o l v et h ec o n t r a d i c t i o nb e t w e e ns t u d e n t s i n d i v i d u a ld e m a n d sa n d s i n g l e n e s so fe d u c a t i o nr e s o u r c e a l t h o u g ha g e n tt e c h n i q u e h a v et h ei m p o r t a n ti m p a c t i nt h ed e v e l o p m e n ta n da c h i e v e m e n to fc o m p l e xs y s t e m ，y e ta g e n ti ni t s e l fh a st ob e r e s o l v e das e r i e so f k e y p r o b l e m s e s p e c i a l l y a st ot h es o f t w a r ed e v e l o p m e n tm e t h o do f m u l t i a g e n ts y s t e m ( m a s ) ，s t i l l l a c kt h en o r m a t i v es y s t e ma r c h i t e c t u r ea n dt h e e f f e c t i v em e t h o d o f d e p i c t i o n ，c o n s t i t u t i o nm a s a f t e rr e s e a r c h i n gt h en e t w o r ke d u c a t i o na n da g e n t - o r i e n t e dm e t h o d o l o g y , t h e p a p e ru n i t et h es 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 y t op r o p o s eo n ek i n do fs i m p l ea n d r e a l i z a b l et h eo ao fm a s d e v e l o p m e n tm e t h o d ，i np a r t i c u l a re x p o s i t i o nt h es e r i e so f d e v e l o p m e n tp r o g r e s s ( a n a l y s i s - - d e s i 霉 - d e t a i ld e s i g n ) 。a f t e r w a r d su n i t ei n t e l l i g e n t a g e n tt e c h n i q u ea g a i n s tn e t w o r ke d u c a t i o n ，t h r o u g hr e s e a r c h i n ga n da n a l y z i n gn e t w o r k e d u c a t i o ns y s t e m ，g e tam u l t i a g e n tn e t w o r ke d u c a t i o ns y s t e mm o d e lw i t hh i e r a r c h i c a l a r c h i t e c t u r e t h ep a t t e r nh a sf o u rm o d u l e s ，e v e r ym o d u l ec o n s i s t so faf e wa g e n t s u t i l i z et h ec o o r d i n a t i o nm e c h a n i s mo fa g e n t ，m o d u l e sc a r le x c h a n g ea n dp a r t i c i p a t e i n f o r m a t i o n t h ed e s i g n i n gi d e a so ft h ep a t t e r nn o to n l y b r i n g a l e a d i n gr o l eo f t e a c h e r i n t op l a yb u ta l s of u l l yr e f l e c tt h em a i n b o d y o fs t u d e n t t h e t e a c h i n g m o d u l ei st l l ec o r es e c t i o no fn e t w o r ke d u c a t i o ns y s t e m , a l le d u c a t i o n a c t i v i t i e sw i l lb em a d ei nh e r e i ti sam a i ns e c t i o no ft h ep a p e rr e s e a r c h i n g n o wm o s t o fe d u c a t i o n p a t t e r n se i t h e rt o oc o m p l e x t oa c h i e v eo rn o tc o m p l e t e l y i nt h i sp a p e r , t h e m u l t i a g e n te d u c a t i o np a t t e r nc o n t a i n st w om o d u l e s ，t e a c h i n go r g a n i z a t i o na n dt e a c h i n g p r o c e s s t h et e a c h i n go r g a n i z a t i o nm o d u l e i su s e dt od r a w i n gu pt h et e a c h i n gs t r a t e g y , m a k e u ps t u d yc o n t e n t ，s e t t l i n gt e a c h i n gs e g m e n t t e a c h i n gp r o c e s sm o d u l ei s t h e s i m u l a t i n g o fa na c t u a le d u c a t i o n p r o c e s s ，c o n s i s t o fp r e s e n t i n go fe d u c a t i o n i n f o r m a t i o n ，t h ed i r e c t i o no ft u t o r , a n s w e rq u e s t i o n s ，t e s t sa n ds oo n t h ep a p e ru s i n g i i 重鏖盔堂堡主堂垡笙奎 蔓壅塑茎 t h eo ao fm a sd e v e l o p m e n tm e t h o dt h a tp r o p o s e db e f o r ea n a l y z ea n dd e s i g nt h i s m o d u l e ，i na d d i t i o nt h ep a p e rg i v ee v e r ya g e n to f t h em o d u l ed e t a i ld e s i g n ，v a l i d a t et h e f e a s i b i l i t yo f t h i sm a sd e v d o p m e n t m e t h o d f i n a l l y , t h ep a p e r u n i t et h ea u t h o rh a sm a d ei nt h ef i e l do fd i s t a n c ee d u c a t i o n ，g i v e o u tt h es p e c i f i ca p p l i c a t i o no ft h ea g e n ti nt e a c h i n gp r o c e s sm o d u l e ，o b t a i nas e r i e so f r e s u l t sb ym e a r l so ft e s t i n g ，t h er e s u l td i s p l a yt h a tt h ei n t e l l i g e n ta g e n ta p p l yt o t h e i n t e l l i g e n c eo fs t u d yc o n t e n to r g a n i z a t i o ni nn e t w o r ke d u c a t i o ns y s t e m ，m a n i f e s tt h e f e a s i b i l i t yo f o am a s d e v e l o p m e n t m e t h o do f t h e p a p e r k e y w o r d s ：i n t e h i g e n ta g e n t , n e t w o r k e d u c a t i o n ，t e a c h i n gm o d u l e ， o r g a n i z a t i o no fs t u d y c o n t e n t 1 i i 重庆大学硕士学位论文i 绪论 1 绪论 1 1 论文选题及研究意义 智能a g e n t 是个飞速发展的研究领域，对智能a g e n t 的研究不仅成为分布 式人工智能研究的一个热点，而且成为了计算机技术研究的一个热点，同时还引 起了科学界、教育界和工业界的广泛关注，其应用也越来越广泛。其原因在于基 于a g e n t 的系统( a g e n t b a s e ds y s t e m ) 在问题求解方面具有出色的优势。a g e n t 技术提供了一种全新的、分布的计算模式和问题求解途径，它能够有效地缓解顺 序的、集中的控制对系统的约束，以一种并发的、非集中的方式来寻求问题的解 决“1 。它提供了一种新的计算和问题求解方案，将是下一代复杂分布的工程系统 的模型。尽管面向a g e n t 技术在复杂系统的开发和实现中起着重要的作用，但a g e n t 技术本身也存在着一些固有的缺陷。它必须解决一系列关键性问题：a g e n t 的通讯、 a g e n t 的内部构造、a g e n t 的生命周期管理以及系统的软件开发方法等。尤其对于 软件开发方法，目前缺乏规范系统结构和机制的统一标准以及描述、构造和评价 多a g e n t 系统( m as ) 的有效方法。需要制定系统的、标准化的软件开发方法 来指导基于a g e n t 系统的开发，包括需求分析、软件设计、测试、验证等等。 目前，远程教育的教学方式中应用最广泛影响最深远的是基于w e b 的远程教 育，这种教学方式对于系统配置无特殊要求，在i n t e r n e t 上可随时随处的访问。 然而这样基于w e b 的多媒体计算机远程教学系统，普遍存在许多共同的问题：系 统智能。陛不高、采用单一的教学策略及固定教材、缺乏适当的引导策略与工具、 系统无学习能力、系统的弹性与适应性不足。人们将数据仓库、数据挖掘、c s c w 、 人工智能等技术应用于远程教学中，使以上问题得以改善。尤其是基于a g e n t 的 教学系统已经成为一个非常重要和活跃的研究方向，代表了一种新的方式和途径。 利用a g e n t 技术，将个性化数字服务运用在远程教育中，是解决学生需求的个性 化和教学资源的单一化这一矛盾的有效方案，实现了个性化后的远程学习将是一 种自主的带反馈机制的学习，它使学生能够更多更高效地获取所需要的教学信息 资源。网络教学系统中的智能a g e n t 主要在五方面发挥作用：实时监督、教学分 析、信息过滤、协作学习和智能推理。 本文将对a g e n t 在系统软件开发方法中的缺陷进行探索和研究，并结合a g e n t 在网络教学系统中教学分析方面的作用，构造基于a g e n t 的易于实现的网络教学 系统模型。在各个a g e n t 间实现知识交换和共享，实现学生的按需学习和教师的 因材施教，从而改善传统基于w e b 的远程教育系统的不足。系统的软件设计从工 程设计的角度出发，在人工智能科学、认知科学和思维科学理论的指导下，依据 重庆大学硕士学位论文i 绪论 先进的教学理论，运用数据库技术来管理知识单元、学习状态等教学信息，建立 系统模型。利用软件工程和面向a g e n t 技术，实现各种教学信息内容及其结构的 有效表示，最终建立一个网络化的可扩充的集成教学系统。本论文的研究对加强 网络教育的智能性、智能化教学的易用性、提高远程教育的教学效果和教学质量 有着十分重要的意义。 1 2 论文的主要内容 本论文通过对面向a g e n t 方法学的研究，结合智能a g e n t 在网络教学系统中 教学分析方面的作用，构造一个基于a g e n t 的网络教学系统，主要研究内容如下： ( 1 ) 对远程教育和智能a g e n t 的发展历史、理论基础、研究现状、主要内容 等进行了综述。分析了网络教育教学和a g e n t 技术目前存在的问题。指出智能a g e n t 是改善网络教育缺陷，实现个性化教学的有效技术之一。 ( 2 ) 对面向a g e n t 的开发方法和多a g e n t 系统( l a s ) 进行了研究和探索， 结合软件工程方法学提出了一种简单易行的面向a g e n t 的m a s 开发方法，详细说 明了分析一设计一细节设计这一系列的开发进程。 ( 3 ) 将智能a g e n t 技术与网络教育相结合，通过对教学系统的研究和分析， 设计出一个层次结构的多a g e n t 网络教学系统模型，并使用前面论述的面向a g e n t 的设计方法对本网络教学系统的核心一一教学模型进行了详细的分析与设计。 ( 4 ) 最后结合作者参加的远程教育资源管理项目，给出了教学过程模块中 a g e n t 的具体实现，实验证明了a g e n t 应用于教学系统的智能性和本文提出的开发 方法的可行性。 本论文的后继部分组织如下： 第二章介绍远程教育的发展及研究现状。 第三章介绍智能a g e n t 技术。 第四章介绍面向a g e n t 的设计方法，提出一种简单易行的o a 设计模式。 第五章提出基于a g e n t 的网络教学系统模型、各模块的设计框架及管理组织 结构。 第六章对基于a g e n t 的网络教学系统核心一一教学模块遵循前面提出的o a 设计模式进行详细设计。并将部分模块应用到远程教育资源管理中验证它的可行 性。 第七章对论文工作进行总结并作出展望。 2 重庆大学硕士学位论文 2 远程教育概述 2 远程教育概述 2 1 远程教育现状 信息社会，知识爆炸，人们需要终身学习，远程教育特别是以网络为主要载 体的现代远程教育顺应了这一趋势，给人们随时获取新知识提供了便利和强有力 的支持。与传统教育相比远程教育是一种全新的教育模式，它可以突破时间和空 间的限制，帮助人们随时随地学习，让更多的学习者共享优秀教育资源。远程教 育具有开放性、交互性、协作性、自主性等特点，可以使更多的人尤其是无法到 校园内学习的人们接受高等教育，它成为终身教育的首选形式。 世界许多国家都把大力发展科技和教育作为推动国家进步的重要策略，利用 网络迸一步普及教育、提高国民素质更是风起云涌。美国政府用于网络教育的开 支每年高达l o o 一2 0 0 亿美元“1 。美国的网络大学已有3 0 0 多所，8 0 多所大学允许 通过网络学习获得学位。英国计划在2 0 0 2 年年底以前，建立全国教育网络，把全 国的学校免费与因特网连通，给每个学生配备电子邮件地址。亚洲、欧洲、美洲、 大洋洲的许多国家也都在积极发展现代远程教育。 我国普通学校在校生近2 ，5 亿，加上各级各类成人学校的在校学生，总数近 3 3 亿。为应对教育规模大、教育资源相对不足的状况，我国也在积极发展网络教 育，运用先进的信息技术和教育技术整合各类教育资源。1 9 9 4 年，我国相关部门 开始建设中国教育科研计算机网( c e r n e t ) 。如今c e r n e t 已连接通达7 0 多个城 市，7 7 0 多所院校，网络用户人数约1 0 0 万。1 9 9 8 年，国务院转发了教育部制定 的面向2 1 世纪教育振兴行动计划，启动了现代远程教育工程。至今教育部陆 续批准6 8 所高校设立网络教育学院，开展现代远程教育试点工作，已开设1 0 个 大类1 4 0 个专业，组织了近3 0 0 门课程和批素材库、案例库。网络教育的覆盖 面已达3 1 个省、自治区和直辖市。 2 2 基于网络的远程教育 远程教育在中国的发展经历了三代：第一代是函授教育；第二代是8 0 年代 兴起的广播电视教育，我国的这一远程教育方式和中央电视大学在世界上享有盛 名：第三代是9 0 年代随着信息和网络技术的发展，产生的以信息和网络技术为基 础的网络教育。从学习者( 主体) 的角度看，网络教育更符合建构主义学习理论， 它能为学习者建构知识提供更充足的信息。学习不是一个被动地记录外界信息的 过程，而是一个主动建构的过程。学习者主动地选择一些信息，忽视一些信息， 并运用原有的经验根据具体情况去理解新的信息。网络教育利用网络给学习者提 重庆大学硕士学位论文2 远程教育概述 供丰富的信息，使学习者可以自由建构知识，给予学习者更大的自主权。 2 2 1 网络教育的类型 根据交互和多媒体组件的数量，基于网络的远程教育可以分为三类“1 ： - 主要由文本和图片组成的程序 交互式设计的程序：学习者作为游戏的角色进行应用练习、测试等。它超 越了简单的文本和图片表示，将学习者带入程序中来获得内容和实践技巧。 交互式多媒体程序：这种程序一般需要软件工具来添加多媒体、控制高层 次的交互和保持记录( 例如j a v a a p p l e t s ) 。这样的程序设计允许学生进入一个试 图模仿真实生活的世界，对学生的输入提供接近于真实生活的响应，可使学习者 直接看到自己行为的结果，使环境更真实，调练更有效、更有趣。 2 2 2 目前存在的问题 在我国教育发达的地区，远程教育方兴未艾，各大计算机公司及网站纷纷推 出自己的“e - l e a r n i n g ”、“e s c h o o l ”，。然而远程教育远非如此简单，它不仅需 要高品质的教师和教材，还需要性能优越的硬件设备和网络环境。更重要的是， 网上教学要以足够丰富的课程和活动设计，满足学生的不同需求，否则就难以达 到预期的目的。总的来说，我国网络教育存在着以下几点问题： ( 1 ) 对w e b 形式的“远程教育”的理解尚未深入。教学方法及课程设计不够 合理，缺乏符合教育教学特点和规律的高质量、实用化的教育材料。远程教育并 不是简单地将书本制成“电子版”发布到网络上，供学员浏览。它其中应融八丰 富的教育理论，在科学的理论指导下进行，并随着教育理论的发展而不断地完善。 ( 2 ) 急需对我国教育资源进行整合。实现教育资源共享是现代远程教育工程 的一项重要工作，它有助于改变我国教育资源短缺的现状，有利于形成终身学习 体系的必要条件和环境。建设全国远程教育资源库是推进教育资源共享的一项基 础性工作，在全国采用分布方式建立，设立中央教育资源库、地区资源库和学习 资源库，它们依托于全国现代远程教育网，实现互联互通。 ( 3 ) 教育思想上缺乏有意义的突破，片面强调应试教育，内容多为热门考试 科目，形式多为照本宣科加题海战术，使得教学质量难以提高，忽视了学生综合 素质，尤其是创造力和探索精神的培养。系统多以呈现教学材料为主，缺少必要 的交互性，缺乏学习评价机制。 ， ( 4 ) 网络学习的个性化和交互特点未能充分体现。远程教育应充分利用网上 丰富和多样的学习资源，让学生们对教材、教师、学习工具、参考材料等学习条 件有广阔的使用空间。由于学习材料是超媒体化的，学生可以按照自身不同层次、 不同需求在知识的海洋里自由探索，培养批判性思维和创造性思维能力，提高综 合素质。系统没有智能性，系统无法了解个别学生的能力与认知风格的差别，对 4 重庆大学硕士学位论文2 远程教育概述 不同认知水平的学生呈现相同教学内容，采用相同的教学策略，无法适应个别学 生的具体需求，难以实现因材施教。 ( 5 ) 未给学生提供足够的学习活动交流与协作空间。没有集成的学习环境来 支持适合网络学习的策略，在网络中最适合的学习策略是探索式学习策略和协作 式学习策略，但目前的技术对它们的支持都比较简单。随着教育的发展，学习活 动逐渐由互不相关或互相竞争变为协同工作，这是现代教育的发展趋势。远程教 育应为学生的合作学习准备更多高效的支持工具、开辟更多的交流场所。 ( 6 ) 应在一定程度上实现管理自动化，发挥计算机管理优势，增加个性化指 导，减少人员维护负担。实现诸如：计算机自动跟踪和记录学生的学习进程，为 学生提供合适的考试和分配学习任务等等。 ( 7 ) 由于采用超文本的方法组织教学材料，且由学生掌握学习的主动权，系 统不能有针对性的做一些引导或限制，网络中信息浩如烟海，而又没有明确的分 门别类，要自己进去查找确实不易，而浏览又太费时间且不易找到自己所需的信 息。在学习过程中容易出现迷航现象，学生容易偏离学习目标。 重庆大学硕士学位论文 3 a g e i l t 技术 3 a g e n t 技术 a g e n t 的概念出现于2 0 世纪7 0 年代的人工智能( a i ) 中，8 0 年代后期才成 长起来。由于分布并行处理技术、面向对象技术、多媒体技术、计算机网络技术， 特别是i n t e r n e t 和w w w 技术的发展，a g e n t 不仅成为a i 和计算机领域最活跃的研 究内容之一，而且引起了科学界、教育界、工业界甚至娱乐界的广泛关注。 3 1 a g e n t 的定义与特征 人工智能学科的创始人之一m m i n s k y 曾经在1 9 9 4 年就指出，“a g e n t 是一些 具有特别技能的个体”。针对计算机系统，a g e n t 是指“当使用者向机器说明完成 某些任务而无需了解机器自身是如何工作，即将其处理为黑箱时，就称其为 a g e n t 。”。著名的a g e n t 理论研究者w o o l d r i d g e 和j e n n i n g s 在总结了前入在a g e n t 领域的一些工作后认为，可以从侠义和广义，也既是所谓的a g e n t 的“弱定义” 与“强定义”两个方面去理解a g e n t 的特性“1 。 a g e n t 的弱定义是从广义的角度来规定a g e n t 的特性，几乎所有被称为a g e n t 的软件或硬件系统都具有以下的特性： ( 1 ) 自治性( a u t o n o m y ) 。是a g e n t 最基本的特性，它是指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，而且对自己的行为和内部状态有一定 的控制能力。 ( 2 ) 社会性( s o c i a l ) 。指a g e n t 熊够通过某种a g e n t 通信语言与其他a g e n t 交换信息，这是a g e n t 协商与协作的基础。 ( 3 ) 反应性( r e s p o n s i v e ) 。指a g e n t 能及时地感知环境的变化，并作出反 应。 ( 4 ) 主动性( p r o a c t i v e ) 。指a g e n t 能主动产生目标，并为实现目标执行 一系列规划与动作。 a g e n t 的强定义是除了具有弱定义中的特性以外，还具有某些一般的人类特 性，如目的、信念、意图、义务、承诺等。a g e n t 还有其他一些比较重要的特性： 移动性、诚实性、持续性、推理能力、规划能力、协商协作能力、学习能方、个 性、自适应性等。 3 2 a g e n t 的结构 a g e n t 的结构是指a g e n t 由哪些模块组成，它们之间如何交互信息，a g e n t 感 知到的信息如何影响它的行为和内部状态，以便最终用软硬件的方式将这些模块 组织起来形成一个有机的整体，从而真正实现一个a g e n t 。 重庆大学硕士学位论文 3 a g e i l t 技术 从构造a g e n t 的角度出发，单个a g e n t 的结构通常可分为思考型a g e n t 、反应 型a g e n t 和混和型a g e n t ”1 。 思考型a g e n t 也称作慎思型a g e n t 或认知型a g e n t 。它包括对环境和智能行 为的逻辑推理能力。人们研究a g e n t 系统的目的之一就是把它们作为人类个体或 社会行为的智能代理，因此a g e n t 就应该能模拟或表现出被代理者所具有的意识 态度，如信念、愿望、意图、目标、承诺、责任等。 反应型a g e n t ：反应型a g e n t 与思考型a g e n t 相反，不包含用符号表示的世界 模型，并且不使用复杂符号推理，a g e n t 的智能取决于感知和行动。反应型a g e n t 与r b r o o k s 所倡导的基于行为的人工智能有关，他认为智能行为是a g e n t 和它周 围环境交互的结果。a g e n t 不需要知识，不需要表示也不需要推理，可以像人类一 样逐步进化，a g e n t 的行为只能在现实世界与周围环境的交互作用下表现出来。 混合型a g e n t ：从上边的讨论可以看出，思考型a g e n t 具有较高的智能，但 反应慢、执行效率较低，而反应型a g e n t 虽然反应快、能迅速适应环境变化，但 智能较低、不够灵活。无论是纯粹的思考型a g e n t 还是纯粹的反应型a g e n t 都不 是构造a g e n t 的最佳方式，然而结合二者的优点形成混合型的a g e n t ，则具有较好 的灵活性和较快的反应速度。混合型a g e n t 就是在个a g e n t 中包含二个子系统： 一个是思考子系统，含有用符号表示的世界模型。另一个是反应子系统，用来处 理不经过推理的事件。一般反应子系统具有较高的优先级，以保证对一些重要事 件有较快的反应。思考子系统用传统人工智能的方式处理规划和决策。 最典型的混合结构是g e o r g e f f 和l a n s k y 开发的过程推理系统( p r o c e d u r a l r e a s o n i n gs y s t e m ，p r s ) 。p r s 是一个“信念一愿望一意图”结构。信念是关于 外部世界和内部状态的一些情况。愿望用“系统行为”表示。意图就是当前系统 中激活的包含在规划库中的知识块。 3 3 多a g e n t 系统( m a s ) 3 3 1 多a g e n t 相关理论 m a s 的研究历史最早可以追溯到8 0 年代中期的a c t o r s 模型，接着是d a v i s 和 s m i t h 提出的合同网协议，合同网协议至今仍被认为是关于通信、m a s 协商研究的 经典工作。协调、协作求解问题是m a s 的主要研究内容，这也是m a s 产生的最直 接的原因。 m a s 是a g e n t 群体，其中的各a g e n t 通过相互协商与合作来实现多a g e n t 系统 的功能。各a g e n t 成员的活动是自制和独立的，其自身的目标和行为不受其他a g e n t 成员的限制，它通过竞争或磋商等手段协调和解决各成员a g e n t 的目标和行为之 间的矛盾和冲突。m a s 的数据和资源是分散的，每个a g e n t 对于所要完成的任务拥 重庆大学硕士学位论文3 a g t 技术 有不全面的信息或能力，不存在全局的控制系统。计算过程是异步、并发或并行 的，m a s 的系统协作求解能力超过了单个a g e n t 。在m a s 中人们所关心的是如何将 已有的a g e n t 组织起来，共同完成单个a g e n t 无法胜任的工作，系统中的a g e n t 必须能彼此通信和协作”1 。 a g e n t 之间的协同、协商和协作行为是在其各种精神状态的支配和控制下才产 生、进行和完成的，与共享精神状态相关的理论主要涉及到相互信念、联合目标 和联合意图等概念，其中以联合意图为代表。联合意图( j o i n ti n t e n t i o n ) 即多 个a g e n t 联合参与行动以完成其共同承诺的行为。一方面a g e n t 之间应相信各自 有能力完成自己的子目标，另一方面，只有参与实现该联合意图的所有a g e n t 都 承诺实现各自的子目标后，系统的联合意图才能实现。协商是m a s 实现协同、协 作、冲突消解和矛盾处理的关键环节。有关多a g e n t 协商的关键技术可以概括为 协商协议、协商策略和协商处理这三个方面的内容。协商协议主要处理协商过程 中a g e n t 问的交互，协商策略主要涉及a g e n t 内的决策和控制过程，而协商处理 则侧重于对单个a g e n t 和多a g e n t 协商社会的整体协商行为的描述和分析。前两 者描述了多a g e n t 协商的微观方面，而后者则刻画了多a g e n t 协商的宏观层。 3 3 2 多a g e n t 系统结构 m a s 的组织结构为a g e n t 成员提供一个相互之间交互的框架，为每个a g e n t 成 员提供一个多a g e n t 群体求解问题的高层观点和相关信息，以便合理地分配任务 并使这些a g e n t 成员能够更好地协同工作。m a s 的组成单位是a g e n t 组，a g e n t 组 是由多个较为简单的a g e n t 组成的关系较为密切的一个多a g e n t 集团。一个a g e n t 组至少必须拥有一个a g e n t 成员，一个a g e n t 组也可以认为是一个简单的m a s 或 一个子m a s 。 m a s 按其结构可以分为以下几种“1 ： ( 1 ) 集中式结构的m a s ：组中至少拥有一个协调器，以某种方式负责对组内 的所有a g e n t 成员的行为、协作、任务分配以及共享资源等提供统一的协调和管 理服务，协调器与各a g e n t 成员之间具有一定程度的管理与被管理的关系。 ( 2 ) 联邦式结构的m a s ：在此体系结构中，a g e n t 只与局部的协调器通信，局 部协调器之间互相通信。a g e n t 将自主权交给局部协调器，而局部协调器负责满足 a g e n t 的需要，所有局部协调器受统一的联邦协调器管理。协调器应用人工智能和 数据库领域中的自动推理技术。采用该结构的系统可提供目录服务、分布式对象 管理、经纪人等功能。 ( 3 ) 广播型机构的m a s ：特点是a g e n t 之间可以直接进行通信。广播型体系 结构的缺点是：通信代价高、实现复杂，要求每个a g e n t 都具有协商通信的能力。 典型实例有合同网、规范共享。 重庆大学硕士学位论文 3 a g e n t 技术 ( 4 ) 交互层次结构的m a s ：它采用分层结构，上一级对下一级负责，同级间 通信协作，类似于多级联邦式结构。其中由下向上的第一层为计算机网络协议层， 第二层是通信协议层，第三层是交互协议层，第四层是交互策略层。 3 4 面临的关键问题 尽管面向a g e n t 技术在复杂系统的开发和实现中起着重要的作用，但a g e n t 技术本身也存在着一些固有的缺陷。首先用a g e n t 技术开发的整个系统将是不确 定的。由于a g e n t 的自治性使其可以在一定程度上自由地作出决策，所以a g e n t 之间的关系无法得到准确的预测和管理。其次整个系统的性质和行为在系统的设 计阶段不能确定。虽然设计者可以给出个体a g e n t 的行为规范，但整体行为只有 在运行时才能体现“。为了支持a g e n t 的诸如自主性、社会性、自适应性等特性， 确保a g e n t 之间能够通过社会性交互来进行问题求解，a g e n t 技术必须解决一系 列关键性问题： ( 1 ) a g e n t 的通讯：a g e n t 之间进行合作的基础是交互，而通讯是实现交互 的一种重要的方式和手段。a g e n t 的通讯涉及a g e n t 通讯语言、通讯机制、本体论 通讯和a g e n t 交互协议等多方面内容的研究。a g e n t 之间通讯的消息必须具有良定 义的语法和语义，因此必须对a g e n t 通讯语言进行严格的定义。在基于a g e n t 的 系统中，必须提供某些机制确保a g e n t 之间的同步和或异步通讯，支持一对一、 一对多和广播通讯。本体论通讯可以较为有效地解决a g e n t 间通讯内容的语义不 确定问题。为了促进a g e n t 之间的合作，必须定义a g e n t 之间的交互协议，它决 定了通讯参与方a g e n t 对a g e n t 间通讯内容的理解以及作出的响应，因而决定了 a g e n t 间的合作模式。 ( 2 ) a g e n t 内部构造：构造具有自主性、社会性和自适应性的a g e n t 是a g e n t 技术的关键，它涉及到a g e n t 内部状态的表示和操纵、自适应性、对环境的理解 等问题的研究。a g e n t 的内部结构可以是反应式的、审慎式的或者二者皆有之的混 合式。在实际开发中采用什么样的内部结构主要取决于具体应用系统的需求。如 何表示a g e n t 的内部状态以及a g e n t 如何基于内部状态自主地作出行为决策将是 a g e n t 技术面临地一个关键问题。 ( 3 ) a g e n t 生命周期管理：在多数情况下，a g e n t 将以一种软件的形式持续 性地运行在一定的环境中，因此必须提供某些机制对a g e n t 生命周期中的各种活 动( 如启动、停止、跟踪等) 进行管理。 ( 4 ) 系统的软件开发方法：缺乏规范系统结构和机制的统一标准以及描述， 构造和评价mas 应用系统的有效方法。需要制定系统的、标准化的软件开发方 法来指导基于a g e n t 系统的开发，包括需求分析、软件设计、测试、验证等等。 9 重庆大学硕士学位论文 3 a g e n t 技术 3 5 a g e n t 与网络教育 将智能a g e n t 技术应用于网络教育中，将得到基于w e b 的个性化远程教学。 多a g e n t 的软件设计方法特别适用于网络教育这种分布式系统，它具有提高自适 应性、可靠性、灵活性和重用性等优势，并可以完成各个环节的协调与合作。 a g e n t 模型研究典型地分为智能模型和软件模型 12 1 0 前者侧重于a g e n t 的自 主性、智能性和协作性，重点在于如何实现a g e n t 智能；后者更多地考虑协作性、 移动性和安全性，侧重于如何实现移动a g e n t 系统。目前，网络教学系统中智能 a g e n t 应用多以软件模型为基础，更多的是关注于实现智能a g e n t 的协作性、移动 性、安全性，以及m a s 系统内部的相互结合。网络教学系统中的各a g e n t 根据功 能可以分为教学a g e n t 、管理a g e n t 、伴学a g e n t 、搜索a g e n t 、通信a g e n t 等。 网络教学系统中的智能a g e n t 主要在五方面发挥作用：即实时监督、教学分析、 信息过滤( 推荐) 、协作学习和智能推理。 ( 1 ) 实时监督。网络教学教育充分展现了远程教育与现代信息通信技术的优 势，但由于时空差异所产生的缺乏有效及时的指导这一痼疾没有得到有效解决， 所以学生的学习行为依旧完全依赖于自我调控。利用智能a g e n t 可以实现对学习 行为的监督，系统可以对长时间没有做出积极响应的学习者给予提醒( 例如对于 鼠标移动、点击过于频繁的学习者提出建议) ，同时可以将监督结果记录在系统日 志中，以备日后分析学习者学习状况所用。 ( 2 ) 教学分析。教学分析是智能a g e n t 的主要作用，它通过对学生学习行为 的分析，智能解决学生在学习过程中遇到的问题，并给出具体指导，协助学生完 成学习任务。利用具备教学分析功能的智能a g e n t ，学生可以像询问一位始终陪伴 在自己身边的有经验的老师一样提出困惑自己的问题。而a g e n t 则通过查询自身 知识库，将正确回答呈现给学生。首都师范大学的虚拟学习杜区的智能网络教学 支撑平台，就是一种基于网络的智能教学系统。它可以实现虚拟老师指导学生的 学习( 例如应该学什么，怎么学) ，同时还可以主动推理学习者的学习状态，推荐 适合学习者学习特征的学习材料以及帮助教师了解学生的学习成绩、学生的认知 过程和学习难点等，帮助每一位学习者进行自主学习。 ( 3 ) 信息过滤。网络教学中的智能a g e n t 系