有关多Agent系统的分析.docx

1. 简介在软件工程领域，多代理系统是比较常见的一个研究课题，尤其是在分布式，开放式的网络环境中，多代理系统有很多的优势。所谓多代理系统是指一个由多个自治运行的Agent组成的集体.在开放分布式网络环境中Agent是一个抽象实体.它是自治的可以对自身环境、操作环境和环境变化采取行动，一个系统中一般有多个IntelligentAgent这样的系统就称为多Agent系统.多Agent系统必须找出一种使各个Agent能够协同工作的适当方法。依据这些理论基础建立起来的系统均称为多Agent系统,即MAS.最近研究的东西就是使用多代理的方法，对在线网络拍卖进行欺诈检测。在线拍卖的一个很重要的特点就是其隐蔽性。每个竞标者可以很轻松的拥有很多的拍卖的账号，进行欺诈性投标，进而达到inflate成交价格的目的。当然了，对于欺诈投标有很多策略，想了解更多关于欺诈投标的特点，方法，可以参考我的一片会议论文A real-time Monitoring Framework for Online Auction Frauds，这是跟我的研究生导师Dr. Samira Sadaoui合作发表的一片论文。写该系列博客的主要目的是，关于多代理系统（multi-agent）的实现，资料很少，并且，德国人开发的一个框架Jadex学习起来成本很高，可以提供的API很少，并且都是英文的，理解起来有一定的难度。为了能够尽快完成研究生的毕业设计，也为了能够给大家提供一些学习的资源，就把学习Jadex的过程以及部分资料进行翻译，希望会对国内的相同研究方向的学生，学者有一定的帮助。我所使用的Jadex是Jadex BDI V3，纯Java实现，没有使用XML。后面慢慢会引入一点关于下一篇论文的一些Implementation的核心。2. 大笔一挥，Helloworld首先Jadex的启动问题，相信只要能够懂一点Eclipse使用，并且懂一点英文的都可以做到。按照手册BDI V3 Tutorial上的步骤，就可以直接启动。1. 创建第一个Agent，简单来说就是Helloworld创建Agent的方法很简单，新建一个java文件，然后命名为*BDI.java,注意：命名的结尾要以BDI结束，这表示你的多代理系统能够认识这个文件为BDI Agent，其他的文件命名是不被接受的。接下来，就是键入如下的代码：package a1;import jadex.bdiv3.BDIAgent;import jadex.micro.annotation.Agent;import jadex.micro.annotation.AgentBody;import jadex.micro.annotation.Description;AgentDescription(Hello, Jadex!)public class AucControllerBDI Agent protected BDIAgent agent; AgentBody public void body() System.out.println(Hello, Jadex); 启动Agent，你会看见控制台输出：Hello, Jadex. 说明，一切万事大吉，你已经踏入了，Jadex大门了。恭喜恭喜！3. 使用Plan在Jadex中，Plans起着很重要的作用，因为Plan封装了很多的状态（下面会介绍）。Plan的使用包括两个方面：Plan说明了Plan的元信息已经被定义了，从此以后这个就是Plan了，像是宣誓主权一样。那么，这个Plan就已经定义了很多的属性，比如Plan被激活的条件或者与其他Plan之间的关系。另外一方面就是Plan的body部分，主要包含具体的实现部分。首先，Plan在Multi-Agent中，有三种形式：可以定义成成员方法，内部类，以及类。关于这三种的优劣势，下面会通过代码进行说明。如果Plan来驱动events和goals，我们可以在Plan的头部进行说明，进而使这个Agent知道，这个Plan能够处理的events。这样的话，当这个Agent收到来自于其他的Agent的events时候，就可以创建自己的Plan表或者候选Plan来处理该events。通常情况下，一个Plan会处于等待状态，直到某个状态被执行完毕。这样的话，一个Plan就可以使用Plan API的waitFor()方法。作为一个对象的Plan API能够有两种方法被检索到：1，在Plan的类中，可以使用PlanAPI的标识，声明一个field。然后Jadex的推理引擎就会自动加入这个plan的实例。请注意，Jadex的方法能够被框架随时调用。推理引擎会自动决定哪些值是所期待的，哪些参数是需要设置的。如果没有找到的话，系统就会返回null。3.1 Plan作为一个普通的类一个简单的实例，实现中英文之间的翻译：使用一个Java的类来定义Plan：/ TranslatePlan.javapackage a1;import java.util.HashMap;import java.util.Map;import jadex.bdiv3.annotation.Plan;import jadex.bdiv3.annotation.PlanBody;Planpublic class TranslatePlan protected Map wordTable; public TranslatePlan() this.wordTable = new HashMap(); / add some examples of word pairs wordTable.put(milk, 牛奶); wordTable.put(banana, 香蕉); wordTable.put(school, 学校); wordTable.put(teacher, 老师); wordTable.put(science, 科学); PlanBody public void translateEnglishChinese() / Here we only test one example System.out.println(Translated: teacher to Chinese is + wordTable.get(teacher); 定义Plan很简单，就是要一个类要实现的功能，然后加上对应的annotation，也就是Plan和PlanBody等等。/TranslateEngChBDI.javapackage a1;import jadex.bdiv3.BDIAgent;import jadex.bdiv3.annotation.Body;import jadex.bdiv3.annotation.Plan;import jadex.bdiv3.annotation.Plans;import jadex.micro.annotation.Agent;import jadex.micro.annotation.AgentBody;import jadex.micro.annotation.Description;AgentDescription(Translate English to Chinese)Plans(Plan(body=Body(TranslatePlan.class)public class TranslateEngChBDI Agent protected BDIAgent translateAgent; AgentBody public void body() TranslatePlan transPlan = new TranslatePlan(); translateAgent.adoptPlan(transPlan); 两点需要主要，首先要在Agent类的开始部分加上可能要使用的Plan，就是Plans(Plan(body=Body(TranslatePlan.class)这一行。主要了，agent体中得body方法是在启动JCC的时候，自动被调用的。然后adopt这个Plan。输出：Translated: teacher to Chinese is 老师3.2 Plan作为一个内部类package a1;import java.util.HashMap;import java.util.Map;import jadex.bdiv3.BDIAgent;import jadex.bdiv3.annotation.Plan;import jadex.bdiv3.annotation.PlanBody;import jadex.micro.annotation.Agent;import jadex.micro.annotation.AgentBody;import jadex.micro.annotation.Description;AgentDescription(Translate English to Chinese)/ Plans(Plan(body=Body(TranslatePlan.class)public class TranslateEngChBDI Agent protected BDIAgent translateAgent; Plan public class TranslatePlan protected Map wordTable; public TranslatePlan() this.wordTable = new HashMap(); / add some examples of word pairs wordTable.put(milk, 牛奶); wordTable.put(banana, 香蕉); wordTable.put(school, 学校); wordTable.put(teacher, 老师); wordTable.put(science, 科学); PlanBody public void translateEnglishChinese() / Here we only test one example System.out.println(Translated: teacher to Chinese is + wordTable.get(teacher); AgentBody public void body() TranslatePlan transPlan = new TranslatePlan(); translateAgent.adoptPlan(transPlan); 不太建议把Plan作为内部类进行使用，懂编程的人，都知道为什么。对吧？可能我的经验不足，还是比较讨厌这种使用方法。3.3 Plan作为方法使用package a1;import java.util.HashMap;import java.util.Map;import jadex.bdiv3.BDIAgent;import jadex.bdiv3.annotation.Plan;import jadex.micro.annotation.Agent;import jadex.micro.annotation.AgentBody;import jadex.micro.annotation.AgentCreated;import jadex.micro.annotation.Description;AgentDescription(Translate English to Chinese)/ Plans(Plan(body=Body(TranslatePlan.class)public class TranslateEngChBDI Agent protected BDIAgent translateAgent; protected Map wordTable; AgentCreated public void init() this.wordTable = new HashMap(); / add some examples of word pairs wordTable.put(milk, 牛奶); wordTable.put(banana, 香蕉); wordTable.put(school, 学校); wordTable.put(teacher, 老师); wordTable.put(science, 科学); Plan public void translateEngCh() / Here we only test one example System.out.println(Translated: teacher to Chinese is + wordTable.get(teacher); AgentBody public void body() translateAgent.adoptPlan(translateEngCh); 作为方法使用是，在Agent的body方法中，要使用Plan方法的名字就可以。框架提供了自动检索的方法。3.4 使用其他Plan的方法除了已经学习到的使用方法外，下面介绍其他三个Plan的生命周期方法。1. PlanPassed Plan顺利执行的2. PlanFailed Plan执行失败3. PlanAborted Plan被取消，比如当Plan的上下文变得不可用的时候。演示这个例子的时候，需要用到try-catch块，完成adoptPlan()的调用和等待Plan被执行完成的调用（在调用完成以后，使用get()。get() 是基于future的异步转同步的方法。package a1;import java.util.HashMap;import java.util.Map;import jadex.bdiv3.BDIAgent;import jadex.bdiv3.annotation.Plan;import jadex.bdiv3.annotation.PlanAborted;import jadex.bdiv3.annotation.PlanBody;import jadex.bdiv3.annotation.PlanFailed;import jadex.bdiv3.annotation.PlanPassed;import jadex.micro.annotation.Agent;import jadex.micro.annotation.AgentBody;import jadex.micro.annotation.Description;AgentDescription(Translate English to Chinese)/ Plans(Plan(body=Body(TranslatePlan.class)public class TranslateEngChBDI Agent protected BDIAgent translateAgent; Plan public class TranslateEngChPlan protected Map wordTable; public TranslateEngChPlan() this.wordTable = new HashMap(); / add some examples of word pairs wordTable.put(milk, 牛奶); wordTable.put(banana, 香蕉); wordTable.put(school, 学校); wordTable.put(teacher, 老师); wordTable.put(science, 科学); PlanBody public void translateEngCh() / Here we only test one example System.out.println(Translated: teacher to Chinese is + wordTable.get(teacher); PlanPassed public void passed() System.out.println(Plan finished successfully!); PlanAborted public void aborted() System.out.println(Plan Aborted!); PlanFailed public void failed() System.out.println(Plan failed); AgentBody public void body() try translateAgent.adoptPlan(new TranslateEngChPlan().get(); catch (Exception e) / TODO: handle exception e.printStackTrace(); 上面代码的主要功能就是在Plan执行完成之后，其他的Plan方法会相应的根据Plan来执行。如果是成功执行，就执行PlanPassed，不成功就会根据异常的类型执行相应的方法。3.5 Plan的上下文条件除了Plan的生命周期方法之外，一个Plan，还有其他的先决条件或者上下文条件的方法。先决条件的方法是在Plan执行之前进行evaluated的。作为对比，上下文条件则是必须在Plan执行的时候来evalued。也就是说，如果在Plan执行的某个时候，上下文条件变成false了，那么该计划就不得不被取消了。package a1;import java.util.HashMap;import java.util.Map;import jadex.bdi.runtime.IPlan;import jadex.bdiv3.BDIAgent;import jadex.bdiv3.annotation.Belief;import jadex.bdiv3.annotation.Plan;import jadex.bdiv3.annotation.PlanAPI;import jadex.bdiv3.annotation.PlanAborted;import jadex.bdiv3.annotation.PlanBody;import jadex.bdiv3.annotation.PlanContextCondition;import jadex.bdiv3.annotation.PlanFailed;import jadex.bdiv3.annotation.PlanPassed;import jadex.micro.annotation.Agent;import jadex.micro.annotation.AgentBody;import jadex.micro.annotation.Description;AgentDescription(Translate English to Chinese)/ Plans(Plan(body=Body(TranslatePlan.class)public class TranslateEngChBDI Agent protected BDIAgent translateAgent; Belief protected boolean boolContext = true; Plan public class TranslateEngChPlan protected Map wordTable; PlanAPI protected IPlan plan; PlanContextCondition(beliefs=boolContext) public boolean checkContext() return boolContext; public TranslateEngChPlan() this.wordTable = new HashMap(); / add some examples of word pairs wordTable.put(milk, 牛奶); wordTable.put(banana, 香蕉); wordTable.put(school, 学校); wordTable.put(teacher, 老师); wordTable.put(science, 科学); PlanBody public void translateEngCh() throws InterruptedException / Here we only test one example System.out.println(Plan started:); plan.wait(10000); System.out.println(Plan resumed.); System.out.println(Translated: teacher to Chinese is + wordTable.get(teacher); PlanPassed public void passed() System.out.println(Plan finished successfully!); PlanAborted public void aborted() System.out.println(Plan Aborted!); PlanFailed public void failed() System.out.println(Plan failed); AgentBody public void body() try translateAgent.adoptPlan(new TranslateEngChPlan(); translateAgent.waitForDelay(1000); boolContext = false; System.out.println(); catch (Exception e) / TODO: handle exception e.printStackTrace(); 总结：该篇主要介绍了关于Jadex的Agent的创建方法和Plan的使用。Agent在V3中得使用只需要Java文件就可以，并且，在需要设置为Plan的方法或者类上面添加Plan就可以声明为Plan，在Agent的body中直接调用使用。Plan的定义方法比较多，但是常用的还是每个Plan定义为一个类文件，比较符合常规的系统开发规范。这一篇是学习关于Beliefs的使用。1.Beliefs的简单说明一个Agent的Belief集是表示这个Agent对这个世界环境的了解。跟人类一样，知识积累的越多，越会处理世界上发生事情，换句话来说，就是你的适应性很强。当然，Agent就是Intelligent的，这样研究的东西才会对人类有所贡献。Beliefs不仅能够初始化goals或者Plans，从而使agent执行相应的action，而且能够控制正在执行的行为。Beliefs的表示方法：作为类的一个成员来使用。这是比较常见的一种方式，并且把这个成员作为这个agent的belief。这个成员可以使任意类型的Getter/Setter的方法对。为了满足更多的逻辑要求，增加了这两个pair。未实现的Getter和Setter方法对。一句话点破Belief的功能：就是让Agent知道这些beliefs的改变。换句话来说，就是一个人肯定知道自己知道什么和不知道什么，当你学了点新东西的时候，肯定会提醒自己的大脑。当belief被重新赋值，那么Agent就能够发现这点变化然后做出相应的动作。2. Belief触发Plan和普通的Plan区别就是在Plan之后增加了相应的信息。package a1;import java.util.HashMap;import java.util.Map;import jadex.bdiv3.BDIAgent;import jadex.bdiv3.annotation.Belief;import jadex.bdiv3.annotation.Plan;import jadex.bdiv3.annotation.Trigger;import jadex.micro.annotation.Agent;import jadex.micro.annotation.AgentCreated;import jadex.micro.annotation.Description;AgentDescription(Translate English to Chinese)/ Plans(Plan(body=Body(TranslatePlan.class)public class TranslateEngChBDI Agent protected BDIAgent translateAgent; protected int i = 1; Belief protected Map wordTable; AgentCreated public void init() this.wordTable = new HashMap(); / add some examples of word pairs wordTable.put(milk, 牛奶); wordTable.put(banana, 香蕉); wordTable.put(school, 学校); wordTable.put(teacher, 老师); wordTable.put(science, 科学); Plan(trigger = Trigger(factaddeds = wordTable) public void checkMacPlan() / directly show the automatically triggered. System.out.println(Beliefs have been added + i+ + elements); 这个例子是关于静态的Belief的使用，而有些时候，一个Belief依赖于其他的Beliefs，并且任何时候其他Beliefs的其中一个改变时，都会自动被重新评估。下面就是关于动态Belief的例子。3. 动态的Beliefs开启动态Beliefs的方法比较简单，相当于一个开关，把Dynamic设置成true即可。4. Getter and Setter Belief为了能够进一步动态获取和设定Beliefs，那么需要使用Getter和Setter的方法。当然，这个也不是很确切的说法。用一个简单的例子来说明一下。package a1;import java.text.SimpleDateFormat;import jadex.bdiv3.BDIAgent;import jadex.bdiv3.annotation.Belief;import jadex.bdiv3.annotation.Plan;import jadex.bdiv3.annotation.Trigger;import jadex.micro.annotation.Agent;import jadex.micro.annotation.AgentBody;import jadex.micro.annotation.Description;AgentDescription(Print the time)public class ClockBDI Agent public BDIAgent clockAgent; protected long time; AgentBody public void body() setTime(); protected SimpleDateFormat formatData = new SimpleDateFormat( yyyy.MM.dd HH:mm:ss); Belief public long getTime() return System.currentTimeMillis(); Belief public void setTime() / TODO Auto-generated method stub Plan(trigger = Trigger(factchangeds = time) public void printTime() System.out.println(Now, the time is: + formatData.format(getTime(); 5. 动态更新的Belief动态更新就是说，Belief能够每个一定的时间间隔进行更新。例子是关于打印时间的程序：package a1;import java.text.SimpleDateFormat;import jadex.bdiv3.BDIAgent;import jadex.bdiv3.annotation.Belief;import jadex.bdiv3.annotation.Plan;import jadex.bdiv3.annotation.Trigger;import jadex.micro.annotation.Agent;import jadex.micro.annotation.AgentBody;import jadex.micro.annotation.Description;AgentDescription(Print the time)public class ClockBDI Agent public BDIAgent clockAgent; protected long time; AgentBody public void body() setTime(); protected SimpleDateFormat formatData = new SimpleDateFormat( yyyy.MM.dd HH:mm:ss); Belief public long getTime() return System.currentTimeMillis(); Belief(updaterate=1000) public void setTime() / TODO Auto-generated method stub Plan(trigger = Trigger(factchangeds = time) public void printTime() System.out.println(Now, the time is: + formatData.format(getTime(); 在setTime的函数上，添加updaterate就可以实现动态的更新。总结：对于Belief的使用，方法有两种1，使用类的成员；2，使用getter和setter方法。但是在实际的应用中，第一种方法用的还是会比较多一些。另外关于Belief的使用，就是动态更新检测。但是这种定时的更新检测，还是会消耗一定的资源。具体的应用还是根据自己的使用情况来定。本篇介绍如何实现多代理系统的Goal。1. Goals的简单介绍面向Goal的编程是Agent Programming的一个核心概念。它表示一个Agent把自己托付给一个托管者，尝试所有的可能性来实现目标。Goal的分类为四种。1. achieve goal：比如飞机着落。这个Agent会尝试所有的Plans,直到飞机安全着落。否则是没有机会去尝试其他的可能性，造成飞机坠毁。这种就是Agent必须要到达某种事物的状态。2. query goal：顾名思义就是要查询某个目标，检索某些信息。比如清洁工Agent，无时不刻在寻找垃圾这个目标。3. maintain goal：维持目标。一直使事物能够保持某种状态。比如核反应堆。当反应的状态不满足的时候，就会调用相应的Plan来维持这种状态。4. perform goal：Agent必须要执行的某个动作。比如边境官兵的巡逻，只有执行巡逻这个动作，才能保证边疆的安全。从这些生活中得例子可以看出，多代理的应用在我们的生活中，无处不在。只有从生活中得例子得到启发，才能从理论上更好的改进提升我们的生活空间。那么，Goal的表示方法有几种呢？1. 内部类：如果一个Goal是某个Agent的私有物，比人是不可以也不能用到的话，那么就是用内部类。简单并且方便参数的传递。2. 类：这个Goal没有直接的联系与某个agent。2. 开始使用Goal是用Goal作为内部类。添加Goal标记。package a1;import java.util.HashMap;import java.util.Map;import jadex.bdiv3.BDIAgent;import jadex.bdiv3.annotation.Belief;import jadex.bdiv3.annotation.Goal;import jadex.bdiv3.annotation.Plan;import jadex.bdiv3.annotation.Trigger;import jadex.micro.annotation.Agent;import jadex.micro.annotation.AgentBody;import jadex.micro.annotation.AgentCreated;import jadex.micro.annotation.Description;AgentDescription(Translate English to Chinese)/ Plans(Plan(body=Body(TranslatePlan.class)public class TranslateEngChBDI Agent protected BDIAgent translateAgent; Belief protected Map wordTable; AgentCreated public void init() this.wordTable = new HashMap(); / add some examples of word pairs wordTable.put(milk, 牛奶); wordTable.put(banana, 香蕉); wordTable.put(school, 学校); wordTable.put(teacher, 老师); wordTable