（计算机软件与理论专业论文）基于gnet模型的mas实现方法研究.pdf

哈尔滨工程大学硕士学1 1 i ) = 论文 摘要 多a g e n t 系统的出现为开发复杂的分布式软件提供了新的途径。近年来， 为实现基于a g e n t 的系统，人们提出了许许多多的体系结构，同时也付出了巨 大的努力用形式化的方法来描述a g e n t 行为。但是大多数a g e n t 的形式化方 法仅仅只是描述a g e n t 的行为，与a g e n t 系统的具体实现还存在着很大的差 距。本文讨论了h a i p i n gx u 和s o lm s h a t z 提出的面向a g e n t 的g n e t 模 型，该模型不仅能够提供形式化的方法描述a g e n t 的行为，而且能够将形式 化的方法引入a g e n t 开发生命周期中指导智能a g e n t 的设计与实现，因此具 有很高的研究价值。 本文首先回顾了a g e n t 与多a g e n t 系统的相关理论；然后研究了面向 a g e n t 的g - n e t 模型如何扩展传统的g - n e t 来支持a g e n t 建模，并对该模型 体系结构和关键部件的工作机制进行了分析；最后，本文基于面向a g e n t 的 g - n e t 模型实现了一个智能a g e n t 的开发工具包a d k ，并给出了根据此工具包 设计智能a g e n t 的方法。为说明使用a d k 开发智能a g e n t 的具体过程，本文 还给出了一个机票交易的实例。 关键词：面向a g e n t 的g - n e t 模型；多a g e n t 系统：智能a 2 e n t ；a 2 e n t 开 发工具包 哈尔滨工程大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ea d v e n to fm u l t i - a g e n ts y s t e m sh a sb r o u g h to p p o r t u n i t i e sf o rt h e d e v e l o p m e n to fc o m p l e xs o f t w a r et h a t w i l ls e r v ea s t h ei n f r a s t r u c t u r ef o r a d v a n c e dd i s t r i b u t e da p p l i c a t i o n s d u r i n gt h ep a s td e c a d e ，t h e r eh a v eb e e nm a n y a g e n ta r c h i t e c t u r e sp r o p o s e df o ri m p l e m e n t i n ga g e n t - b a s e ds y s t e m s ，a n da l s o s o m ee f f o r t st of o r m a l l ys p e c i f ya g e n tb e h a v i o r s h o w e v e r ，t h e r eh a v eb e e ng r e a t g a pb e t w e e na g e n tf o r m a lm o d e l sa n da g e n ti m p l e m e n t a t i o ni sr a r e t h i st h e s i s p r e s e n t sa g e n t - o r i e n t e dg - n e tm o d e ld e s i g n e db yh a l p i n gx ua n ds o lm s h a t z t l l i sm o d e lc a l ln o to n l yp r o v i d ef o r m a lm e t h o d sf o rt h ep u r p o s eo fs p e c i f y i n g a g e n tb e h a v i o r , b u ta l s ob r i n gf o r m a lm e t h o d si n t ot h ed e s i g np h a s eo ft h ea g e n t d e v e l o p m e n tl i f ec y c l e f i r s t l y ，t h i st h e s i sr e v i e w st h er e l a t e dt h e o r i e so fa g e n ta n dm u l t i a g e n t s y s t e m s e c o n d l y i ti n t r o d u c e sa g e n t o r i e n t e dg - n e tm o d e lh o w t oe x t e n dg n e t s t os u p p o r tc l a s sm o d e l i n ga n di n h e r i t a n c em o d e l i n gf o ra g e n t o r i e n t e dd e s i g n ，i t a l s o a n a l y s e s t h ea r c h i t e c t u r eo ft h e a g e n t - - o r i e n t e d g - n e tm o d e la n dt h e m e c h a n i s m so fk e yc o m p o n e n to ft h em o d e l f i n a l l y ，b a s e do na g e n t o r i e u t e d g - n e tm o d e l ，t h i st h e s i si m p l e m e n t sat o o l k i tc a l l e da d k ( a g e n td e v e l o p m e n t k i t ) a n dd e s c r i b et h eg e n e r i cp r o c e d u r et od e v e l o pa i la p p l i c a t i o n s p e c i f i ca g e n t f o rm u l t i - a g e n ts y s t e m s t oi l l u s l r a t et h ed e t a i l e dd e s i g nf o ra g e n ti m p l e m e n t a t i o n b a s e do na d k ，a ne x a m p l eo f a na g e n tf a m i l yi na i r - t i c k e tt r a d i n gi sp r o v i d e d k e y w o r d s ：a g e n t - o r i e n t e d g - n e t m o d e l ，i n t e l l i g e n ta g e n t ，m u l t i - a g e n t s y s t e m ，a g e n td e v e l o p m e n tk i t 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导 下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文 献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已 注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已 经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律结果由本人承担。 土系 c 7 琳b ，琴 d 九 年 字 甄 辩 觚 者 飙 陋 b 哈尔滨：f ：程大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 研究目的和意义 现代网络环境的一个主要特点就是体系结构、设备和应用的复杂多变。 随着越来越多的移动设备和相关应用不断加入到传统的i n t e m e t ，网络的动态 性和不确定性表现得越来越明显。包括传统的客户n 务器和分步对象技术在 内的一些主流计算模式都显得不够灵活，而且缺乏一定的适应性。因此，探 索一种适应动态网络环境的计算模式是十分必要的。 。 多a g e n t 系统( m u l t ia g e n ts y s t e m - - m a s ) 是一个松散耦合的a g e n t 网络， a g e n t 之间通过合作解决超出单个a g e n t 能力或知识的问题。其中，a g e n t 是自 治的，它们可以是不同的人基于不同的平台采用不同的设计方法和计算机语 言开发而成的，因此可能是完全异质的。多a g e n t 技术被认为是复杂、开放 的分步式问题求解的一种可行的解决方案。 在过去的几年里，人们提出了许多a g e n t 体系结构来实现a g e n t 系统，同 时为形式化的描述a g e n t 行为也付出了巨大的努力。但是a g e n t 的形式化模型 大都仅仅用来说明a g e n t 系统的形式化体系结构，很少被引入到具体a g e n t 系统的开发生命周期中。因此，在a g e n t 系统的形式化模型描述与具体实现 之间存在着很大的差距。本课题就是以减小这种差距为目的，选择伊利诺斯 大学的h a i p i n gx u 和s o lm s h a d 提出的面向a g e n t 的g n e t 模型“1 作为智 能a g e n t 设计的高层次设计，通过把a g e n t 的形式化模型引入到a g e n t 开发生 命周期的设计阶段和具体实现阶段，设计与实现一个具有结构清晰、松散耦 合、平台无关和协议无关等特点的a g e n t 开发工具包来为m a s 应用开发提供 一个有效工具，对基于形式化模型的m a s 实现方法做出积极的研究与探索。 1 2 目前的研究现状 目前，与本课题相关的研究工作主要包括对a g e n t 系统的形式化模型的 研究和如何设计a g e n t 开发框架或工具包来具体的实现a g e n t 系统两个方面。 哈尔滨上稚人学硕士学位论文 对a g e n t 系统形式化模型的研究主要集中于使用z 逻辑语占、时态逻辑 或p e t r i 网来描述a g e n t 系统或a g e n t 的行为。例如，l u c k 和d l n v e m o 等人 致力于用形式化的z 语言设计一个框架从不同的抽象层次来描述a g e n t 体系 结构。他们提出了描述a g e n t 的四个层次：实体、对象、a g e n t 和自治a g e n t ”1 。 基本的思想是世界上所有的组件都是有属性的实体。其中对象是有行为的实 体a g e n t 是有目的的对象，自治a g e n t 是有动机的a g e n t 。f i s h e r 用时态逻辑 来描述a g e n t 的动态行为，他认为多a g e n t 系统仅仅是包含并发的可执行的对 象的系统“1 。x u 研究用形式化的谓词转移网o r t ) 对多a g e n t 系统进行建模和 验证。另外，还有一些工作主要是设计建模语言来对多a g e n t 系统进行概念 设计与描述。例如s l a b s ( f o r m a ls p e c i f i c a t i o nl a n g u a g ef o ra g e n t - b a s e d s y s t e m s ) 提供了对a g e n t 行为的描述，软件工程师们能够通过它在a g e n t 系统 实现之前分析a g e n t 行为i 。 近几年来人们提出了很多a g e n t 体系结构并开发出了很多a g e n t 设计与实 现的工具。目前，面向a g e n t 软件工程小组提出的j a c k ( j a v aa g e n tk e m e t ) 框架已成为商业智能a g e n t 应用的主流技术，j a c k 被设计为具有强数据类型 和高性能的轻负载组件。支持基于a g e n t 系统开发的p a r a d i g m a 也已经被实 现“，它是以l u c k 和d i n v e m o 的形式化a g e n t 框架为基础用j i n i 技术来实现 的。虽然这些系统的实现也以形式化的模型为基础，但它们仅仅是使用形式 化的模型作为a g e n t 的描述，而不是将形式化的模型直接运用到a g e n t 的设计 阶段。另外，实现这些系统的框架都是高度耦合、缺乏清晰的控制流程和详 细的设计模型，使用它们进行智能a g e n t 的开发与设计并不是很方便。 总之，形式化方法主要是用于说明a g e n t 系统和a g e n t 行为。早期提出的 形式化a g e n t 模型只是为了定义什么属性是将被a g e n t 系统实现的。相对比而 言，面向a g e n t 的g n e t 模型提供了多a g e n t 系统的一种高层次设计，它不仅 为a g e n t 开发提供了概念上的框架，而且它还能够帮助软件工程师理解怎样 来组织与实现一个a g e n t 系统。面向a g e n t 的g n e t 模型清晰地定义了多a g e n t 系统中主要的组件和机制。而且作为一种可操作模型，它可以在多a g e n t 系 统的概念模型和系统的详细设计与实现之间建立了具体的映射关系。这样， 就可以通过把形式化的方法直接引入到a g e n t 生命周期的设计阶段来指导 a g e n t 的设计。 哈尔滨上程火学硕士学位论文 1 3 课题的研究内容 本课题研究的总体技术思路是：在对a g e n t 与m a s 基本理论进行学习和 探讨的基础上，重点研究基于g n e t 模型的m a s 实现方法和理论，在综合己 有研究成果基础上设计实现一个智能a g e n t 开发工具包。最后，通过对一个 具体应用实例的分析和设计来晚明该工具包的使用方法。 本文研究和探讨的内容主要包括以下几个方面： ( 1 ) a g e n t 和m a s 基本理论的学习与探讨： ( 2 ) 对如何扩展传统的g n e t 模型来支持a g e n t 建模进行研究和探讨， 特别是面向a g e n t 的g n e t 模型的体系结构和其中关键组件的工作机制进行详 细的剖析； ( 3 ) 以面向a g e n t 的g - n e t 模型为基础，设计与实现一个智能a g e n t 的 开发工具包，以及如何利用实现的工具包进行智能a g e n t 的开发； ( 4 ) 如何利用j i n i 技术来简化a g e n t 通信的开发以及面向a g e n t 开发中 的继承机制。 1 4 论文的组织 本论文共分4 章，内容组织如下： 第1 章是绪论，对与本课题相关的当前研究动态进行了分析，明确了课 题的研究目的和意义，介绍了研究的内容。 第2 章是a g e n t 与m a s 基本理论。对与a g e n t 与m a s 基本理论进行了 的学习。分别讨论了a g e n t 的相关概念、结构、分类以及m a s 的一些相关内 容。 第3 章是面向a g e n t 的g n e t 模型，讨论了标准的g n e t 模型、支持面向 a g e n t 的g - n e t 建模方法和面向a g e n t 的g - n e t 模型的体系结构等问题，最后 对面向a g e n t 的g n e t 模型的特点进行了总结。 第4 章是智能a g e n t 开发工具包，分析了工具包的设计思想与实现策略 并给出了详细设计过程，讨论了j i n i 技术在a g e n t 开发中的运用；最后给出 利用该工具包进行智能a g e n t 丌发的一般方法并通过一个例子来进一步说明。 哈尔滨- 1 ：程大学硕士学位论文 第2 章a g e n t 与m a s 基本理论 2 1a g e n t 技术 2 1 1a g e n t 的定义 a g e n t 技术是近年来得到飞速发展和广泛应用的一项分布式人工智能技 术，在许多领域有着广泛的应用。一个多a g e n t 系统是包括许多智能a g e n t 的分布的、并行的系统。 因此要了解多a g e n t 系统首先应了解智能a g e n t 。 至今为止，在学术界仍然对a g e n t 没有一个统一、明确的定义。一般来 说a g e n t 可以理解为代理，但是学术界更倾向于把a g e n t 理解为智能体、主体 或智能代理。从广义上来说，a g e n t 可以是指具有智能的任何实体，包括硬件 和软件，如人、机器人、智能软件等” 当前对a g e n t 的典型定义大致有两种： ( 1 ) a g e n t 是驻留在环境中的实体，它可以解释环境中所发生事件的数 据，并执行对环境产生影响的行为。这是f i p a ( f o u n d a t i o nf o ri n t e l l i g e n t p h y s i c a l a g e n t ) 对a g e n t 的定义。 ( 2 ) a g e n t 是能为用户执行特定任务、具有一定程度的智能、能自治执 行任务并能与环境相互作用的软件程序。这是软件a g e n t 研究者对a g e n t 的定 义。 在a g e n t 的诸多定义中，得到广泛认同的是w o o l d r i d g e 和j e n n i n g s 提出 的关于a g e n t 的定义。他们认为可以从狭义和广义两个方面去理解a g e n t ，提 出了a g e n t 的弱概念和强概念”0 1 。 a g e n t 的弱概念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 ) ：a g e n t 可以在没有人或其它a g e n t 的控制下运 行，并且对自己的行为和内部状态有某种控制能力。 ( 2 ) 社会性( s o c i a b i l i t y ) ：也称为交流能力( c o m m u n i c a b i l i t y ) ，a g e n t 可 以和其它a g e n t 通过某种语言进行交互的能力。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 ( 3 ) 反应性( r e a c t i v i t y ) ：a g e n t 对周围环境有感知能力，并能够通过自身 的行为改变环境。 ( 4 ) 主动。n ! ( p r o a c t i v e n e s s ) ：a g e n t 不仅能够对环境做出反应，而且能够 通过接受某些启示信息，做出基于目标的行为。 在这种定义下，最简单的a g e n t 可以认为是一个具有以上特性的具有智 能的予程序。a g e n t 的弱概念使a g e n t 不仅仅应用于人工智能，而且广泛地用 于i n t e r a c t 的电子商务、信息搜索、人机界面、分布式计算、软件工程等领 域。 a g e n t 的强概念是指a g e n t 除了具有弱定义中的特性外，还应该具有人类 的某些特性，如：知识、信念、意图、目的、承诺等心智状态等等。当前对 a g e n t 的强概念的研究主要集中在理论方面。在a g e n t 的强概念下，a g e n t 就是 一个实体。a g e n t 一般还具有以下特性：长寿。n i ( 1 0 n g e v i t y ) 、移动性( m o b i l i t y ) 、 规划能力( p l a n n i n g ) 、学习和适应能力( 1 e a r n i n ga n da d a p t a b i l i t y ) 、诚实性 ( v e r a c i t y ) 、善意( b e n e v o l e n c e ) 、理。i 生( r a t i o n a l i t y ) 等。 a g e n t 的强概念定义了高层次的智能a g e n t 的特性，但是相对a g e n t 的弱 概念增加了a g e n t 的建模难度，也使a g e n t 用程序语言来实现的难度进一步加 大。 以上从全局的角度讨论了a g e n t 所应具有的特性，对于软件a g e n t 的研究 者来说，主要是根据以上特性构造a g e n t 的模型，采用面向a g e n t 的技术写出 可运行的a g e n t 代码。 2 1 2a g e n t 的结构 目前存在着许多种类的a g e n t ，如何对其进行合理的划分是一个十分困 难的问题。m a e s 把a g e n t 结构定义为1 ：建造a g e n t 的特殊的方法学。他定 义了a g e n t 如何能被解构为一组组件模块的建造，以及这些模块如何进行交 互。模块的整个集合和模块之间的交互为a g e n t 如何感知外部状态和自己当 前的内部状态以及决定如何行动、如何预测将来的内部状态等内容提供了答 案。a g e n t 结构包括了支持这种方法学的技术和算法。k a e l b l i n g 把a g e n t 结 构看为“定义软件( 或硬件) 模块集合，典型地是用带有箭头的框图来描述 模块间的数据和控制流图，更为抽象的观点是把结构看成是为特定任务设计 哈尔滨t 稗大学硕士学位论文 特定模块的分解的一般方法。 h y a c i n hsn w a n a 曾将a g e n t 划分为如下的四类：智能a g e n t ( s m a r t a g e n t ) 、合作a g e n t ( c o o p e r a t i v ea g e n t ) 、自治a g e n t ( a u t o n o m o u sa g e m ) 以及 学习a g e n tf l e a r na g e n o 。基于内部结构的差异，a g e n t 也可被划分为如下的 几种类型： ( 1 ) 慎思a g e n t ：最早出现于g e n e s e r e t h 所使用的d e l i b e r a t e a g e n t 一 词。w o o l d r i d g e 和j e n n i n g s 将慎思a g e n t 定义为：“包含世界显示表示的、符 号的模型，并且其决策是通过逻辑推理、基于模式匹配和符号操作”。根据大 多数通用的慎思方法，认知构件基本上由两部分组成：规划器和世、界模型。 慎思a g e n t 通过模式匹配和符号逻辑推理来实现。其内部结构框图如图2 1 所示。 图2 1 慎思a g e n t 内部结构框图 慎思方法的局限性在于这种结构的a g e n t 要面对以下两个问题： 转换问题：如何在一定时间内将现实世界翻译成一个准确、合适的符 号描述： 表示推理问题：如何用符号表示复杂现实世界中的实体和过程，以 及如何让a g e n t 在一定时间内根据这些信息进行推理，作出决策。 第一个问题涉及计算机视觉、自然语言理解等名个领域的研究：第二个 6 呤尔滨工程大学硕七学位论文 问题涉及知识表示、自动推理、自动规划等多个领域的研究。虽然很多学者 在这些领域进行了大量的研究，但是离真正解决这两个问题还有很大的距离。 ( 2 ) 反应a g e n t ：与慎思a g e n t 相反，反应a g e n t 是不包含用符号表示的 世界模型且不使用复杂符号推理的a g e n t 。第一个反应a g e n t 出现在8 0 年代 中期，其思想来源于人们的日常活动，由日常动作而不是抽象推理组成。故 在此类a g e n t 中，没有世界模型和规划，仅有一些简单的行为模式，这些行 为模式以刺激一响应的方式对环境的改变作出反应。反应结构的设计基于如 下假设： a g e n t 行为的复杂性是a g e n t 运作环境复杂性的反映，而不是a g e n t 复杂 内部设计的反映。其内部结构框图如图2 2 所示： 图2 2 反应a g e n t 内部结构框图 反应a g e n t 的缺点是除了不够通用之外，反应方法在处理需要世界知识 的任务时也存在一些问题，这些知识必须通过推理或从记忆中获于导，而不是 通过感知得到。另外，反应a g e n t 的适应能力一般比较差，常常没有任何学 习能力，而且在实现过程中，a g e n t 的每个行为需要分开编码，与之相关的是 系统的可扩展性。有些研究者得出基于反应方法的a g e n t 永远不会达到人类 一级行为的结论。 ( 3 ) 混合a g e n t ：许多研究认为，一个纯粹慎思a g e n t 或者一个纯粹反 应a g e n t 都是不适合的。因此，需要将慎思a g e n t 和反应a g e n t 结合起来，互 为补充。混合a g e n t 既能够对一些复杂的问题进行规划和求解，也能对环境 7 哈尔滨t ：程大学硕士学位论文 刺激以合乎常理的行为进行动作；目前，己经出现了多种较为著名的基于混 合型a g e n t 体系结构的a g e n t 和m a s ，如m a c e 、i r m a 、p r s 、g r a t e 、 i n t e r r a p 等。 ( 4 ) 移动a g e n t ：指可以在网络中移动，按照用户需求为用户完成相关 的任务，并将结果以一定的格式返回给用户的一种软件a g e n t 。移动a g e n t 一 般用于建立网络索引、检索网络资源、电子商务等方面。目前，常见的移动 a g e n t 开发平台包括i b m 公司开发的a g l e t ， g e n e r a lm a g i c 公司研制的 t e l e s c r i p t 以及i k v + + 公司的g r a s s h o p p e r 。有关的第一个商业性应用是s o n y 和m a g i cl i n k p d a 。 它可以帮助用户管理e m a i l 、f a x 、p h o n e 等。移动a g e n t 存在的问题 主要包括安全性、验证机制以及用户隐私等。 ( 5 ) 学习a g e n t ：指a g e n t 能够通过学习的方法增长知识和能力，即软 件a g e n t 本身的知识库可以扩充，能力可以增强或者更加适应于用户习惯和 兴趣等。学习方法一般包括经验学习、事例学习、概念学习、类比学习、神 经网络学习等。 关于学习方法可参见人工智能的有关书籍。l i r e nc h e n & k a t i as y c a r a 研 制的w e b m a t e 是一个典型的学习a g e n t 例子。它可以通过感觉用户的兴趣自 动提取网上新闻等资源，还能够满足用户检索领域相关资源等需求。 对a g e n t 技术的研究主要可以分为两大方面：一是对单个a g e n t 的研究， 这主要是研究a g e n t 的概念、特性、形式表示和推理机制及如何构建满足系 统需求的a g e n t 。另一方面是对多a g e n t 系统的研究。在实际应用中，多把重 点放在多a g e n t 系统的研究上。 2 1 3a g e n t 理论 对a g e n t 的理论研究主要包括对a g e n t 的认知模型和有关理论研究，主要 从逻辑、行为、心理、社会等角度出发，研究如何用符号表示复杂现实世界 中的a g e n t ，以及a g e n t 如何根据各种信息对环境进行推理和决策。在研究过 程中，运用逻辑学作为工具，先精确地定义有关a g e n t 的各种概念，如信念、 愿望、意图、协商、合作、承诺等，然后对有关推理问题进行研究。 在这方面，b r a t m a n 的b d i ( b e l i e f - d e s i r e - i n t e n t i o n ) 理论”2 是被公认的 哈尔滨工群大学硕士学位论文 a g e n t 理论基础。b r a t m a n 从哲学的角度对人们的意图进行了深入研究，认为 只有保持信念( b e l i e f ) 、愿望( d e s i r e ) 和意 ( i n t e n t i o n ) 的理性平衡刁能有效地 解决问题。 r a o 和g e o r g e f f 的研究将信念、期望和意图作为a g e n t 的三种基本心智 状态来对a g e n t 的行为进行描述，因此，称这种a g e n t 模型为b d i 模型。信 念( b ) 是系统状态的信息部件，是a g e n t 系统当前状态的主观反映，是a g e n t 对系统状态的认知。信念随a g e n t 对当前外部世界、a g e n t 社会以及a g e n t 自 身的感知而变化，具体地说，就是从直接输入、观察、通讯或推理中得到。 期望( d ) 反映a g e n t 希望达到的状态及行为喜好，刻画了a g e n t 的动机特性。 意图( i ) 是a g e n t 在当前信念和期望的指导下所选择的行为“。 一一伊- 图2 3b d i 关系图 信念、愿望、意图与行为具有某种因果关系，如图2 3 所示。其中，信 念描述a g e n t 对环境的认识，表示可能发生的状态；愿望从信念直接得到， 描述a g e n t 对可能发生情景的判断：意图来自愿望，制约a g e n t ，是目标的组 成部分。 2 2 多a g e n t 系统 随着a g e n t 技术的发展和月益复杂的应用问题的提出，对以对等方式进 行通讯的多a g e n t 组成的系统的需求f 变得日益突出。 多a g e n t 系统设计 和有效实施的关键技术正是分布式人工智能领域已研究多年的问题。随着网 络和分布计算技术的发展，一些现实系统往往异常复杂、庞大，并呈现出分 布式特性，单a g e n t 的能力已不能解决大型、复杂的现实问题，一个智能a g e n t 的能力受其知识、计算资源及其与其它a g e n t 相互关系的限制。因此，m a s 的 出现并成为研究的主流是必然的。 多a g e n t 系统是由多个可计算的a g e n t 构成的有机集合。陔系统可以协调 9 哈尔滨工程大学硕士学位论文 一组自治的a g e n t 行为( 知识、目标、方法和规划) ，以共同的目标或动作来求 解问题。各a g e n t 可以有同一个目标，也可有多个相互作用的不同目标”。 多a g e n t 技术是为解决大规模工业与商务应用的需求而出现的，核心是将大 的复杂系统( 软件或硬件) 分解成小的、彼此相互通讯及协调的易于管理的 a g e n t 子系统。 多a g e n t 系统除了具备前面介绍的a g e n t 的特性，还具有如下特点“： ( 1 ) 每一个a g e n t 具有有限信息资源和问题求解能力，缺乏实现协作的 全局观点； ( 2 ) 系统不存在全局控制，即控制是分散的； ( 3 ) 知识与数据都是分散的： ( 4 ) 计算是异步执行的。 2 2 1 m a s 的产生及定义 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，h e r b e t s i m o n 的“有效性( b o u n d e dr a t i o n a l i t y ) ”和m a r v i nm i n s k y 的“s o c i e t yo f m i n d ”奠定了m a s 的思想基础。s i m o n 在“a d m i n i s t r a t i v eb e h a v i o r ”一书 中指出：一个大的机构把许多个体组织起来，可以弥补个体能力的有限。同 样，劳动的分工和每个个体负责一项专门的任务，可以弥补个体学习新任务 能力的有限：社会机构间有组织的信息流动，可以弥补个体知识的有限：精 确的社会机构和明确的个体任务，可以弥补个体处理信息并运用信息作出决 策能力的有限。该理论为一类新的计算系统的结构奠定了基础。单个a g e n t 的智能是有限的，但可以通过适当的体系结构把a g e n t 组织起来，从而弥补 了各个a g e n t 的不足，使整个系统的能力超过单个a g e n t 的能力。 所谓m a s 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 联盟，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 。各a g e n t 成员的活动是自治和独立的， 其自身的目标和行为不受其它a g e n t 成员的限制，它通过竞争或磋商等手段 协调解决各a g e n t 成员的目标和行为之间的矛盾和冲突。它还具有个体信息 不完全、能力有限、无全局控制、数据分散化和计算异步等特点。m a s 作为 解决复杂系统的一个有效方法，能够利用并行分布式处理技术和模块化设计 哈尔滨工程大学硕士学位论文 思想，把复杂系统划分成相对独立的a g e n t 子系统，通过a g e n t 之间的合作与 竞争来完成对复杂问题的求解。实际系统中的a g e n t 可由不同开发者在不同 时间运用不同的工具和技术来实现，因此它们各自具有不同程度的问题求解 能力。 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有不全 面的信息或能力，其执行任务的观念是局部的，不存在全局的控制系统，问 题的求解和计算异步进行。主要研究整个m a s 活动中各a g e n t 之间的相互作 用如何产生，每个a g e n t 成员的推理和行为决策如何考虑系统或环境中其它 a g e n t 的存在，a g e n t 成员的目标和行为之间可能的冲突检测和协调以及任务 和资源的划分和分配等。 m a s 以人类社会为研究范本，与人类社会行为研究有关的系统科学、决 策科学，管理与组织理论、经济学、对策论等为m a s 提供了理论基础，将 过去封闭、孤立的知识系统发展为开放、分布的智能知识系统。 2 2 2m a s 的主要研究内容 目前关于多a g e n t 系统的研究主要集中在如下几个方面： ( 1 ) a g e n t 模型：m a s 中a g e n t 必须对其它a g e n t 进行建模，即如何在 一定的抽象层次上描述关于其它a g e n t 的知识。这是多a g e n t 推理和协作的基 础。将a g e n t 视为具有意图的智能系统，基于思维状态的a g e n t 建模成为研究 的主流。借鉴人类思维建立a g e n t 的b d i 模型，进而向多a g e n t 扩展，分析 社会承诺和联合意图等概念，研究多a g e n t 群体的b d i 模型。 ( 2 ) a g e n t 的通信：这是实现a g e n t 唰相互作用的基础，涉及到a g e n t 之 间的物理方式、a g e n t 通信语言的理解和生成等。如果多a g e n t 是异质的，则 如何将不同的知识表示转换成相同的通信语言也是一个重要问题。 ( 3 ) 多a g e n t 间的协调与协作：多a g e n t 的协调是指具有不同目标的多 个a g e n t 对其目标、资源等进行合理安排，以协调各自行为，以一致、和谐 的方式进行交互，最大程度的实现各自目标。多a g e n t 协作是指多个a g e n t 通过协调各自行为，合作完成共同目标。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 2 3 本章小结 本章从a g e n t 与多a g e n t 两个方面介绍了a g e n t 理论，详细讨论了a g e n t 的定义、结构及理论研究等内容以及多a g e n t 系统的产生、定义和m a s 的主 要研究内容。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 第3 章面向a g e n t 的g - n e t 模型 3 1 标准的g - n e t 模型 3 1 1g - n e t g - n e t 是一种高级p e t r i 网“”“7 ”1 ，是p e t r i 网基于对象的扩展，是一个 并发系统的图形化定义模型。p e t r i 网包括三个基本的实体：库所( 用圆圈来 表示) ，变迁( 用挡板来表示) 和弧线( 用来连接库所和变迁) 。其中库所拥 有托肯( t o k e n ) ，托肯能在库所之间移动来激发与之有关的变迁。 一个g - n e t 系统由一系列的g n e t 组成，每个g n e t 表示一个自包含的模 块或者对象。一个g - n e t 由类转换库所( g s p ) 和内部结构0 s ) n 部分组成，即 一个g - n e t 是一个二元组g = ( g s p ，i s ) ，其中： ( 1 ) g s p e g 是类转换库所( g e n e r i cs w i t c hp l a c e ) ，提供了g - n e t 和其它模 块之间的唯一接口。g s p = ( n i d m s ，a s ) ， n i d 是g - n e t 的唯一标识； m s 是方法集合； a s 是属性的集合。 ( 2 ) i s g 是内部结构( i n t e r n a ls t r u c t u r e ) ，是改进的p e t r i 网，i s = ( p ，t ，i ，o ) ， p 是有限但非空的库所集合： t 是变迁的有限集合； i ：t r 是输入函数，定义在变迁的入射弧； 0 ：t p 。是输出函数，定义在变迁的出射弧。 在g - n e t 的内部结构中，库所可以表示原语，变迁与弧线可以表示原语 间的连接或关系。这些原语可以是动作或方法调用，由实例转换库所( i s p ) 表 示。当原语接收到一个托肯时，这个原语可以被执行。给定一个g n e tg ，g 的i s p 可表示为一个二元组( g n i d ，m t d ) ，这里g 可以是g 或其它的g - n e t ， n i d 是g n e tg 的唯一标识，m t d g m s 。这样每一个 s p ( g n i d ，m t d ) 表示 了g n e tg 的一个m t d 0 方法的调用。在g - n e t 中，一个托肯是一个三元组 哈尔滨j ：程大学硕士学位论文 ( s e q ，s c ，m t d ) ，其中s e q 是托肯的传播序列，s c b e f o r e ，a f t e r ) 用来表示托肯 的状态颜色，m t d 是也是一个三元组( m t d n a m e ，p a r a _ l i s t ，r e s u l t ) 。对于普通 的库所，通过激发变迁，托肯从输入库所中除去而存入到输出库所。但是对 于特殊的库所i s p ，输出变迁与普通的激发方式不同，规定无论在什么时候 调用g n e t 对象的方法，该g n e t 对象的i s p 中托肯状态s c 被置为b e f o r e ， 阻止相关的输出变迁被激发，此时托肯携带上用于方法调用的信息从i s p 中 移除，被存放到被访问的g n e t 对象的g s p 入口库所中，如图3 1 所示。 isp(seller,sengoods0缮) 。 生止j i ，1 s p ( s e e r ， 童节r 叭u 鬲p n ) ) 宰塞、。 画画 、 9p 牛牛 图3 1b u y e r 对象和s e l l e r 对象的g n e t 模型 图3 1 中，当b u y e r 对象调用s e l l e r 对象的r e t u m p r i e e 0 方法时，b u y e r 对象的i s p ( s e l l e r ，r e t u m p r i c e 0 ) 库所的托肯被移除，此托肯被存放到 g s p ( s e l l e r ) 。由于托肯中包含有相应方法调用的标识，当托肯通过被调用的 g n e t 对象的入口库所g s p 时，它被分派到相应方法调用的处理实体去执行。 当调用完成后托肯携带返回结果信息到达一个返回库所( 由双圈表示) ，随后， 托肯返回到调用者g n e t 对象的i s p 库所，这时托肯的状态从b e f o r e 变为 a f t e r ，同时，与调用方法相关的信息从托肯中分离。这时调用者g n e t 对象 1 4 哈尔滨工程犬学硕士学位论文 的输出变迁能够被激发。 3 1 2 扩展g - n e t 支持类建模 为了支持面向对象的软件建模，首先需要扩展g n e t 模型来支持类建模。 这种扩展的思想是为g - n e tg 生成一个唯一对象标识g o i d ，然后在g 被实 例化为一个g - n e t 对象时初始化g a s 中定义的状态变量。i s p 的方法调用不 再用二元组( g n i d ，m t d ) 来描述，而是用二元组( g o i d ，m t d ) 来代替它。这 样，不同的对象标识就可以与同一个种类的g 。n e t 模型相关联。 在一个g n e t 对象中的托肯的移动方式与前面介绍的g n e t 模型中托肯移 动方式类似，唯一不同的就是每个g n e t 对象中包含两种类型的托肯，s t k n 托 肯和m t k n 托肯。s t k n 托肯在同步模块中使用，m t k n 托肯是消息托肯 ( m e s s a g e t o k e n ) 。m t k n 托肯的定义与上小节中普通托肯的定义相同。 支持类建模的的g - n e t 模型被称为为标准的g n e t 模型“3 。下面给出标准 的g n e t 模型中的一些关键定义： 定义3 1 g n e t 系统：一个g n e t 系统( g n s ) 是一个三元组g n