隨著電腦技術和網路技術的發展和應用, 集中式系統已不能完全適應科學技術的發展需要。 平行計算和分散式處理等技術應運而生,
Agent技術是在分散式人工智慧研究需要的基礎上發展起來的一種技術。 現在, Agent和多Agent系統的研究成為分散式人工智慧研究的一個熱點。
Agent技術是一種處於一定環境下包裝的電腦系統, 為實現設計目的, 能在該環境下靈活的, 自主的活動。 而在1995年Wooldrige給出了Agent的兩中定義:(弱定義)Agent用以最一般的說明一個軟硬體系統, 她具有這樣的特性:自治性, 社會性, 反映性, 能動性;(強定義)Agent除了具備弱定義中的所有特性外, 還應具備一些人類才具有的特性, 如知識, 信念, 義務, 意圖等。
Agent技術在90年代成為熱門話題,甚至被一些文獻稱為軟體領域下一個意義深遠的突破,其重要原因之一在於,該技術在基於網路的分佈計算這一當今電腦主流技術領域中,正發揮著越來越重要的作用。
一個分散式系統是把各種不同地理位置上的計算資源連接起來形成一個系統。
分散式人工智慧主要研究在邏輯上或物理上分散的智慧系統如何並行的、相互協作地實現問題求解。 有兩種主要的辦法:
(1)自頂向下:分散式問題求解。 在多個合作和共用的知識模組或系統之間劃分任務, 並求解問題。
(2)自底向上:基於Agent的方法。 在一群自主的Agent之間進行智慧行為的協調。
(一)、分散式人工智慧的特點
1.分佈性:系統中的資料、知識以及控制不但在邏輯上, 而且在物理上是分佈的, 既沒有全域控制, 也沒有全域的資料存儲。
2.連線性:各個求解機構由電腦網路互連, 在問題求解過程中, 通信代價要比求解問題的代價低得多。
3.協作性:系統中諸多機構能夠相互協作, 來求解單個機構難以解決甚至不能解決的任務。
4.開放性:通過網路互連和系統的分佈, 便於擴充系統規模, 具有比單個系統更多的開放性和靈活性。
5.容錯性:系統具有較多的冗餘處理結點、通訊路徑和知識, 能夠使系統在出現故障時, 僅僅降低回應速度或求解精度, 以保持系統正常工作, 提高工作可靠性。
6.獨立性:系統把求解任務歸納為幾個相對獨立的子任務,
分散式人工智慧的優點:
(1)提高問題求解能力。
(2)提高問題求解效率。
(3)擴大應用範圍。
(4)降低軟體的複雜性。
(二)分散式問題求解
分散式問題求解將問題分解成若干子問題, 並分配給各個子系統並行完成求解, 最後通過綜合各個子問題的解而完成整個問題的求解。
分散式問題求解過程可以分為四步:任務分解、任務分配、子問題求解、結果綜合。
在分散式問題求解系統中, 資料、知識、控制均分佈在系統的各節點(子系統)上, 沒有全域資料和知識寸純, 因此, 在求解子問題時, 子系統之間通常需要交互和協作。
1.分散式問題求解中有兩種基本的協作方式:
(1)任務分擔 (2)結果共用
(1)任務分擔
Smith和Davis提出了任務分擔方式。 在任務分擔系統中, 結點之間通過分擔執行整個任務的子任務而相互協作, 系統中的控制以目標為指導, 各結點的處理目標是為了求解整個任務的一部分。
任務分擔的問題求解方式適合於求解具有層次結構的任務, 如工廠聯合體生產規劃、數位邏輯電路設計、醫療診斷。
(2)結果共用
Lesser和Corkill提出了結果共用方式。 在結果共用方式的系統中, 各結點通過共用部分結果相互協作, 系統中的控制以資料為指導, 各結點在任何時刻進行的求解取決於當時它本身擁有或從其他結點收到的資料和知識。
結果共用的求解方式適合於求解與任務有關的各子任務的結果相互影響, 並且部分結果需要綜合才能得出問題解的領域。如分散式運輸調度系統、分散式車輛監控實驗系統DVMT。
二、基於Agent的問題求解1.在人工智慧領域的Agent有多種翻譯,如“智慧體”、“主體”、“智慧代理”、“真體”等。它可以看做是一個自動執行的實體,通過感測器感知環境,通過效應器作用於環境。
多Agent系統主要研究在邏輯上或物理上分離的多個Agent協調其智慧行為,即知識、目標、意圖及規劃等,實現問題求解。可以看做是一種由底向上設計的系統。
2.Agent的結構
構建Agent的任務就是設計Agent程式,即實現Agent從感知到動作的映射。體系結構使得感測器的感知對程式可用,運行程式並把該程式的作用選擇回饋給執行器。
Agent結構需要解決的問題包括:
a.Agent由哪些模組組成
b.模組之間如何交互資訊
c.Agent感知到的資訊如何影響它的行為和內部狀態
d.如何將這些模組用軟體或硬體的方式組合起來形成一個有機的整體
三、Agent的模型Agent的理論模型研究主要從邏輯、行為、心理、社會等角度出發,對Agent的本質進行描述,為Agent系統創建奠定基礎。
1.理性Agent模型(BDI模型)
Belief——信念,Agent對環境的基本看法。
Desire——願望,Agent想要實現的狀態,即目標。
Intention——意圖,目標的子集。
BDI模型可以通過下列要素描述:
(1)一組關於世界的信念;
(2)Agent當前打算達到的一組目標;
(3)一個規劃庫,描述達到目標和改變信念的方案;
(4)一個意圖結構,描述當前狀態如何達到目標和改變信念。
BDI解譯器
2.動作理論模型
情景演算是描述動作的主要的形式框架。在情景演算中引入了狀態和動作的概念,並利用兩條邏輯公理來描述動作與狀態的關係。一條公理描述一個動作在滿足什麼條件的狀態下可能發生,另外一條描述在一個狀態之下某個動作發生後當前狀態如何改變。
四、Agent的基本結構
(1)在電腦系統中,Agent相當於一個獨立的功能模組、獨立的電腦應用系統,它含有獨立的外部設備、輸入/輸出驅動裝備、各種功能操作處理常式、資料結構和相應輸出。
(2)Agent程式的核心部分叫做決策生成器或問題求解器,起到主控作用,它接收全域狀態、任務和時序等資訊,指揮相應的功能操作程式模組工作。
(3)Agent的運行時一個或多個進程,並接受總體調度。特別是當系統的工作狀態隨工作環境而經常變化時以及各Agent的具體任務時常變更時,更需搞好總體協調。
(4)各個Agent在多個電腦CPU上並行運行,其運行環境由體系結構支援。體系結構還提供共用資源(黑板系統)、Agent間的通訊工具和Agent間的總體協調,使各Agent在統一目標下並行協調地工作。
五、Agent的特性通常認為一個Agent需要具有以下部分或全部特徵:
A.自治性:Agent能夠控制它的自身行為,其行為是主動的、自發的和有目標和意圖的,並能根據目標和環境要求對短期行為作出規劃。
B.交互性:也叫反應性,Agent能夠與環境交互作用,能夠感知其所處環境,並借助自己的行為結果,對環境作出適當反應。
C.協作性:各Agent合作和協調工作,求解當個Agent無法處理的問題,提高處理問題的能力。
D.社會性:Agent存在於由多個Agent構成的社會環境中,與其他Agent交換資訊、交互作用和通訊。
E.持續性:Agent的程式在起動後,能夠在相當長一段時間內維持運行狀態,不隨運算的停止而立即結束運行。
F.適應性:能夠把新建立的Agent集成到系統中而無需對原有的多Agent系統進行重新設計,因而具有很強的適應性和擴展性。
G.智能性:Agent強調理性作用,可作為描述機器智慧、動物智慧和人類智慧的統一模型。Agent的功能具有較高智慧,而且這種智慧往往是構成社會智慧的一部分。
在實際應用中,Agent可以具有上述全部或部分特性。另外也可以根據實際需要,具有一些其他的特性,如即時性、移動性等。
六、Agent的結構分類根據人類思維的不同層次,可把Agent分為下列幾類:
(一)反應式Agent:反應式Agent只簡單地對外部刺激產生回應,沒有任何內部狀態。每個Agent既是客戶,又是伺服器,根據程式提出請求或作出回答。
(二)慎思式Agent:又稱為認知式Agent,是個具有顯示符號模型的基於知識的系統;
(三)跟蹤式Agent:具有內部狀態的反應式Agent通過找到一條條件與現有環境匹配的規則進行工作,然後執行與規則相關的作用。這種結構叫做跟蹤世界Agent或跟蹤式Agent。
(四)基於目標的Agent:Agent還需要某種描述環境情況的目標資訊。Agent的程式能夠與可能得作用結果資訊結合起來,以便選擇達到目標的行為。
(五)基於效果的Agent:效果是一種把狀態映射到實數的函數,該函數描述了相關的滿意程度。一個完整規範的效果函數允許對各類情況做出理性的決策。
(六)複合式Agent:複合式Agent即在一個Agent內組合多種相對獨立和執行的智慧形態,其結構包括感知、動作、反應、建模、規劃、通信和決策等模組。
並且部分結果需要綜合才能得出問題解的領域。如分散式運輸調度系統、分散式車輛監控實驗系統DVMT。二、基於Agent的問題求解1.在人工智慧領域的Agent有多種翻譯,如“智慧體”、“主體”、“智慧代理”、“真體”等。它可以看做是一個自動執行的實體,通過感測器感知環境,通過效應器作用於環境。
多Agent系統主要研究在邏輯上或物理上分離的多個Agent協調其智慧行為,即知識、目標、意圖及規劃等,實現問題求解。可以看做是一種由底向上設計的系統。
2.Agent的結構
構建Agent的任務就是設計Agent程式,即實現Agent從感知到動作的映射。體系結構使得感測器的感知對程式可用,運行程式並把該程式的作用選擇回饋給執行器。
Agent結構需要解決的問題包括:
a.Agent由哪些模組組成
b.模組之間如何交互資訊
c.Agent感知到的資訊如何影響它的行為和內部狀態
d.如何將這些模組用軟體或硬體的方式組合起來形成一個有機的整體
三、Agent的模型Agent的理論模型研究主要從邏輯、行為、心理、社會等角度出發,對Agent的本質進行描述,為Agent系統創建奠定基礎。
1.理性Agent模型(BDI模型)
Belief——信念,Agent對環境的基本看法。
Desire——願望,Agent想要實現的狀態,即目標。
Intention——意圖,目標的子集。
BDI模型可以通過下列要素描述:
(1)一組關於世界的信念;
(2)Agent當前打算達到的一組目標;
(3)一個規劃庫,描述達到目標和改變信念的方案;
(4)一個意圖結構,描述當前狀態如何達到目標和改變信念。
BDI解譯器
2.動作理論模型
情景演算是描述動作的主要的形式框架。在情景演算中引入了狀態和動作的概念,並利用兩條邏輯公理來描述動作與狀態的關係。一條公理描述一個動作在滿足什麼條件的狀態下可能發生,另外一條描述在一個狀態之下某個動作發生後當前狀態如何改變。
四、Agent的基本結構
(1)在電腦系統中,Agent相當於一個獨立的功能模組、獨立的電腦應用系統,它含有獨立的外部設備、輸入/輸出驅動裝備、各種功能操作處理常式、資料結構和相應輸出。
(2)Agent程式的核心部分叫做決策生成器或問題求解器,起到主控作用,它接收全域狀態、任務和時序等資訊,指揮相應的功能操作程式模組工作。
(3)Agent的運行時一個或多個進程,並接受總體調度。特別是當系統的工作狀態隨工作環境而經常變化時以及各Agent的具體任務時常變更時,更需搞好總體協調。
(4)各個Agent在多個電腦CPU上並行運行,其運行環境由體系結構支援。體系結構還提供共用資源(黑板系統)、Agent間的通訊工具和Agent間的總體協調,使各Agent在統一目標下並行協調地工作。
五、Agent的特性通常認為一個Agent需要具有以下部分或全部特徵:
A.自治性:Agent能夠控制它的自身行為,其行為是主動的、自發的和有目標和意圖的,並能根據目標和環境要求對短期行為作出規劃。
B.交互性:也叫反應性,Agent能夠與環境交互作用,能夠感知其所處環境,並借助自己的行為結果,對環境作出適當反應。
C.協作性:各Agent合作和協調工作,求解當個Agent無法處理的問題,提高處理問題的能力。
D.社會性:Agent存在於由多個Agent構成的社會環境中,與其他Agent交換資訊、交互作用和通訊。
E.持續性:Agent的程式在起動後,能夠在相當長一段時間內維持運行狀態,不隨運算的停止而立即結束運行。
F.適應性:能夠把新建立的Agent集成到系統中而無需對原有的多Agent系統進行重新設計,因而具有很強的適應性和擴展性。
G.智能性:Agent強調理性作用,可作為描述機器智慧、動物智慧和人類智慧的統一模型。Agent的功能具有較高智慧,而且這種智慧往往是構成社會智慧的一部分。
在實際應用中,Agent可以具有上述全部或部分特性。另外也可以根據實際需要,具有一些其他的特性,如即時性、移動性等。
六、Agent的結構分類根據人類思維的不同層次,可把Agent分為下列幾類:
(一)反應式Agent:反應式Agent只簡單地對外部刺激產生回應,沒有任何內部狀態。每個Agent既是客戶,又是伺服器,根據程式提出請求或作出回答。
(二)慎思式Agent:又稱為認知式Agent,是個具有顯示符號模型的基於知識的系統;
(三)跟蹤式Agent:具有內部狀態的反應式Agent通過找到一條條件與現有環境匹配的規則進行工作,然後執行與規則相關的作用。這種結構叫做跟蹤世界Agent或跟蹤式Agent。
(四)基於目標的Agent:Agent還需要某種描述環境情況的目標資訊。Agent的程式能夠與可能得作用結果資訊結合起來,以便選擇達到目標的行為。
(五)基於效果的Agent:效果是一種把狀態映射到實數的函數,該函數描述了相關的滿意程度。一個完整規範的效果函數允許對各類情況做出理性的決策。
(六)複合式Agent:複合式Agent即在一個Agent內組合多種相對獨立和執行的智慧形態,其結構包括感知、動作、反應、建模、規劃、通信和決策等模組。