第13章-Agent 系統(tǒng)

1、第 13 章 Agent系統(tǒng) 第 13 章 Agent系統(tǒng) 13.1 Agent的概念的概念 13.2 Agent的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 13.3 Agent實(shí)例實(shí)例Web Agent 13.4 多多Agent系統(tǒng)系統(tǒng) 13.5 Agent的實(shí)現(xiàn)工具的實(shí)現(xiàn)工具 13.6 Agent技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用習(xí)題十三習(xí)題十三 第 13 章 Agent系統(tǒng) 13.1 Agent的概念的概念 13.1.1 13.1.1 什么是什么是AgentAgent我們知道,Agent一詞的通常含義有: 代理(人)、代辦、 媒介、服務(wù)等, 而且作為“代理”在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域廣為使用。但在人工智能領(lǐng)域現(xiàn)在所說的Agent則具

2、有更加特定的含義。簡單地講, 這里的Agent指的是一種實(shí)體, 而且是一種具有智能的實(shí)體。 這種實(shí)體可以是智能軟件、智能設(shè)備、智能機(jī)器人或智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等等, 甚至也可以是人。國內(nèi)人工智能文獻(xiàn)中對(duì)Agent的翻譯或稱呼有智能體、主體、智能Agent等, 現(xiàn)在則逐漸趨向于不翻譯而直接使用Agent。Agent的這一特定含義是由MIT 的Minsky在其1986年出版的思維的社會(huì)一書中提出的。Minsky認(rèn)為社會(huì)中的某些個(gè)體經(jīng)過協(xié)商之后可求得問題的解, 這些個(gè)體就是Agent。他還認(rèn)為Agent應(yīng)具有社會(huì)交互性和智能性。從此, 這種含義擴(kuò)展了的Agent便被引入人工智能領(lǐng)域, 并迅速成為研究熱點(diǎn)。

3、 第 13 章 Agent系統(tǒng) Agent的抽象模型是具有傳感器和效應(yīng)器,處于某一環(huán)境中的實(shí)體。它通過傳感器感知環(huán)境; 通過效應(yīng)器作用于環(huán)境; 它能運(yùn)用自己所擁有的知識(shí)進(jìn)行問題求解; 它還能與其他Agent進(jìn)行信息交流并協(xié)同工作。 因此, Agent應(yīng)具有如下基本特性: (1) 自主性,亦稱自治性, 即能夠在沒有人或別的Agent的干預(yù)下, 主動(dòng)地自發(fā)地控制自身的行為和內(nèi)部狀態(tài), 并且還有自己的目標(biāo)或意圖。 (2) 反應(yīng)性, 即能夠感知環(huán)境, 并通過行為改變環(huán)境。 第 13 章 Agent系統(tǒng) (3) 適應(yīng)性, 即能根據(jù)目標(biāo)、環(huán)境等的要求和制約作出行動(dòng)計(jì)劃, 并根據(jù)環(huán)境的變化, 修改自己的目標(biāo)

4、和計(jì)劃。 (4) 社會(huì)性,即一個(gè)Agent一般不能在環(huán)境中單獨(dú)存在, 而要與其他Agent在同一環(huán)境中協(xié)同工作。而協(xié)作就要協(xié)商, 要協(xié)商就要進(jìn)行信息交流, 信息交流的方式是相互通信。從面向?qū)ο蟮挠^點(diǎn)來看, Agent也就是一種高級(jí)對(duì)象, 或者說是具有智能的對(duì)象。 第 13 章 Agent系統(tǒng) 13.1.2 Agent13.1.2 Agent的類型的類型從Agent理論模型角度來看, Agent可分為反應(yīng)型、 思考型(或認(rèn)知型)和兩者復(fù)合型。從特性來看, Agent又可分為以下幾種: (1) 反應(yīng)式Agent。這種Agent能夠?qū)Νh(huán)境主動(dòng)進(jìn)行監(jiān)視并能做出必要的反應(yīng)。反應(yīng)式Agent最典型的應(yīng)用是

5、機(jī)器人, 特別是Brookes類型的機(jī)器昆蟲。 第 13 章 Agent系統(tǒng) (2) BDI型 Agent, 即有信念(Belief, 即知識(shí))、愿望(Desire, 即任務(wù))和意圖(Intention,即為實(shí)現(xiàn)愿望而想做的事情)的Agent, 它也被稱為理性Agent。 這是目前關(guān)于Agent的研究中最典型的智能型Agent, 或自治Agent。BDI Agent的典型應(yīng)用是在Internet上為主人收集信息的軟件Agent, 比較高級(jí)的智能機(jī)器人也是BDI Agent。 第 13 章 Agent系統(tǒng) (3) 社會(huì)Agent。這是處在由多個(gè)Agent構(gòu)成的一個(gè)Agent社會(huì)中的Agent。

6、各Agent有時(shí)有共同的利益(共同完成一項(xiàng)任務(wù)), 有時(shí)利益互相矛盾(爭奪一項(xiàng)任務(wù))。 因此, 這類Agent的功能包括協(xié)作和競爭。辦公自動(dòng)化Agent是協(xié)作的典型例子, 多個(gè)運(yùn)輸(或電信)公司Agent爭奪任務(wù)承包權(quán)是競爭的典型例子。 第 13 章 Agent系統(tǒng) (4) 演化Agent。這是具有學(xué)習(xí)和提高自己能力的Agent。 單個(gè)Agent可以在同環(huán)境的交互中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn), 提高自己的能力, 但更多的學(xué)習(xí)是在多Agent系統(tǒng),即社會(huì)Agent 之間進(jìn)行的。模擬生物社會(huì)(如蜜蜂和螞蟻)的多Agent系統(tǒng)是演化Agent的典型例子。 第 13 章 Agent系統(tǒng) (5) 人格化Agent。這

7、是不但有思想, 而且有情感的Agent。 這類Agent研究得比較少, 但是有發(fā)展前景。在故事理解研究中的故事人物Agent是典型的人格化Agent。 從所承擔(dān)的工作和任務(wù)性質(zhì)來看, Agent又可分為信息型Agent、合作型Agent、接口型Agent、移動(dòng)型Agent等。 特 別 地 , 以 純 軟 件 實(shí) 現(xiàn) 的 A g e n t 被 稱 為 軟 件Agent(Software Agent, SA)。軟件Agent是當(dāng)前Agent技術(shù)和應(yīng)用研究的主要內(nèi)容。 第 13 章 Agent系統(tǒng) 13.2 Agent的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 由于Agent的多樣性,很難給出一個(gè)統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)模型。 下面僅給出思

8、考型Agent的一個(gè)簡單結(jié)構(gòu)模型(見圖13-1)和一個(gè)簡化Agent的結(jié)構(gòu)圖(見圖13-2)。 第 13 章 Agent系統(tǒng) 圖 13-1 思考型Agent結(jié)構(gòu)模型示意圖 第 13 章 Agent系統(tǒng) 圖 13-2 簡化Agent結(jié)構(gòu)模型圖 第 13 章 Agent系統(tǒng) 13.3 Agent實(shí)例實(shí)例Web AgentWeb Agent是在智能Agent的概念基礎(chǔ)上, 結(jié)合信息檢索、 搜索引擎、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘、統(tǒng)計(jì)等多個(gè)領(lǐng)域知識(shí)而產(chǎn)生的用于Web導(dǎo)航的工具。隨著網(wǎng)絡(luò)化的飛速發(fā)展, Web Agent 將是有廣泛應(yīng)用前景的一種小型Agent系統(tǒng)。 事實(shí)上, 目前已經(jīng)有許多的Web Agent實(shí)

9、驗(yàn)系統(tǒng)存在, 有些已經(jīng)出現(xiàn)在人們?nèi)粘ＴL問的網(wǎng)站中。比較著名的有Web Watcher和PersonalWeb Watcher, Syskill&Webert, WebMate, Letizia等。 第 13 章 Agent系統(tǒng) Web Watcher是由CMU的Tom Mitchell等人開發(fā)的服務(wù)端Web Agent系統(tǒng), 它建立一種用戶模型, 為所有登錄服務(wù)器的用戶服務(wù), 這種模型是根據(jù)當(dāng)前大多數(shù)用戶的普遍訪問模式而訓(xùn)練生成的,它區(qū)別于許多運(yùn)行于客戶端的為單一客戶服務(wù)的Web Agent。 當(dāng)用戶上網(wǎng)時(shí), Web Watcher記錄用戶從登錄開始一直到退出系統(tǒng)或服務(wù)器時(shí), 用戶瀏覽

10、過的頁面序列,點(diǎn)擊過的超鏈序列, 以及它們的時(shí)間戳。在退出系統(tǒng)或服務(wù)器之前, Web Watcher會(huì)詢問用戶是否達(dá)到目標(biāo),即要求用戶對(duì)此次瀏覽給出一個(gè)二值的評(píng)價(jià), 即成功或否。這種事例對(duì)同一時(shí)刻連接服務(wù)器的成千上萬的用戶都會(huì)發(fā)生, Web Watcher就是通過對(duì)這種大量的訓(xùn)練事例的分析,得出當(dāng)前大多數(shù)用戶普遍的瀏覽方式。 第 13 章 Agent系統(tǒng) 13.4 多多Agent系統(tǒng)系統(tǒng)13.4.1 13.4.1 多多AgentAgent系統(tǒng)的特征和研究內(nèi)容系統(tǒng)的特征和研究內(nèi)容多Agent系統(tǒng)是一個(gè)松散耦合的Agent網(wǎng)絡(luò), 這些Agent通過交互、 協(xié)作進(jìn)行問題求解(所解問題一般是單個(gè)Age

11、nt能力或知識(shí)所不及的)。 其中的每一個(gè)Agent都是自主的, 它們可以由不同的設(shè)計(jì)方法和語言開發(fā)而成, 因而可能是完全異質(zhì)的。 多Agent系統(tǒng)具有如下特征: (1) 每個(gè)Agent擁有解決問題的不完全的信息或能力。(2) 沒有系統(tǒng)全局控制。 (3) 數(shù)據(jù)是分散的。 (4) 計(jì)算是異步的。 第 13 章 Agent系統(tǒng) 多Agent系統(tǒng)的理論研究是以單Agent理論研究為基礎(chǔ)的, 所以, 除單Agent理論研究所涉及的內(nèi)容外, 多Agent系統(tǒng)的理論研究還包括一些和多Agent系統(tǒng)有關(guān)的基本規(guī)范, 主要有以下幾點(diǎn): (1) 多Agent系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。(2) 多Agent系統(tǒng)中Agent心智

12、狀態(tài)包括與交互有關(guān)的心智狀態(tài)的選擇與描述。(3) 多Agent系統(tǒng)的特性以及這些特性之間的關(guān)系。(4) 在形式上應(yīng)如何描述這些特性及其關(guān)系。 (5) 如何描述多Agent系統(tǒng)中Agent之間的交互和推理。 第 13 章 Agent系統(tǒng) 13.4.2 13.4.2 多多AgentAgent系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)(1) Agent(1) Agent網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是Agent之間都是直接通信的。對(duì)這種結(jié)構(gòu)的Agent系統(tǒng), 通信和狀態(tài)知識(shí)都是固定的, 每個(gè)Agent必須知道消息應(yīng)該在什么時(shí)候發(fā)送到什么地方, 系統(tǒng)中有哪些Agent是可以合作的, 都具備什么樣的能力等。但是, 將通信

13、和控制功能都嵌入到每個(gè)Agent內(nèi)部, 就要求系統(tǒng)中的每個(gè)Agent都擁有有關(guān)其他Agent的大量信息和知識(shí), 而在開放的分布式系統(tǒng)中這往往是做不到的。另外,當(dāng)系統(tǒng)中Agent的數(shù)目越來越多時(shí), 這種一對(duì)一的直接交互將導(dǎo)致低效率。 第 13 章 Agent系統(tǒng) (2) Agent聯(lián)盟。該結(jié)構(gòu)不同于Agent網(wǎng)絡(luò), 其工作方式是: 若干相距較近的Agent通過一個(gè)叫做協(xié)助者的Agent來進(jìn)行交互, 而遠(yuǎn)程Agent之間的交互和消息發(fā)送是由各局部Agent群體的協(xié)助者Agent協(xié)作來完成的。這些協(xié)助者Agent可以實(shí)現(xiàn)各種各樣的消息發(fā)送協(xié)議。當(dāng)一個(gè)Agent需要某種服務(wù)時(shí), 它就向它所在的局部Ag

14、ent群體的協(xié)助者Agent發(fā)出一個(gè)請(qǐng)求,該協(xié)助者Agent將以廣播方式發(fā)送該請(qǐng)求, 或者將該請(qǐng)求與其他Agent 所聲明的能力進(jìn)行匹配, 一旦匹配成功, 則將該請(qǐng)求發(fā)送給匹配成功的Agent。同樣地,當(dāng)一個(gè)Agent產(chǎn)生了一個(gè)對(duì)其他Agent可能有用的信息的時(shí)候, 它通知它所在的局部Agent群體的協(xié)助者Agent,該協(xié)助者Agent通過匹配, 將此信息發(fā)送給對(duì)它感興趣的Agent,這種結(jié)構(gòu)中的Agent不需要知道其他Agent的詳細(xì)信息, 因此較Agent網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有較大的靈活性。第 13 章 Agent系統(tǒng) (3) 黑板結(jié)構(gòu)。它和聯(lián)盟系統(tǒng)有相似之處, 但不同的地方是黑板結(jié)構(gòu)中的局部Agen

15、t把信息存放在可存取的“黑板”上, 實(shí)現(xiàn)局部數(shù)據(jù)共享。在一個(gè)局部Agent群體中,控制外殼Agent(類似于聯(lián)盟中的協(xié)助者)負(fù)責(zé)信息交互, 而網(wǎng)絡(luò)控制者Agent負(fù)責(zé)局部Agent群體之間的遠(yuǎn)程信息交互。黑板結(jié)構(gòu)的不足之處在于: 局部數(shù)據(jù)共享要求一定范圍的Agent群體中的Agent擁有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或知識(shí)表示, 這就限制了系統(tǒng)中Agent設(shè)計(jì)和建造的靈活性。因此,開放的分布式系統(tǒng)不宜采用黑板結(jié)構(gòu)。 第 13 章 Agent系統(tǒng) 圖 13-3 FIPA的MAS體系結(jié)構(gòu) 第 13 章 Agent系統(tǒng) 如圖13-3所示,FIPA標(biāo)準(zhǔn)的MAS體系結(jié)構(gòu)分為四個(gè)層次: Agent消息傳輸層、Agent管

16、理層、Agent通信層和基于Agent的應(yīng)用程序?qū)印?其中, Agent消息傳輸層定義了一種消息格式, 它由消息封套和消息體構(gòu)成, 起到如下作用: 能支持多種傳輸協(xié)議, 例如IIOP、HTTP、WAP等。 以特定方式套封消息, 例如XML用于HTTP協(xié)議下的消息封裝, bitefficient用于WAP下的消息封裝。 第 13 章 Agent系統(tǒng) 能夠表達(dá)FIPA的ACL, 例如使用字符串編碼, XML編碼, bit-efficient編碼。 Agent管理層處理Agents的創(chuàng)建、注冊(cè)、尋址、通信、遷移以及退出等操作, 它提供如下服務(wù): 白頁服務(wù), 比如Agent定位(尋址)、命名和控制訪問

17、服務(wù)。 Agent的名字被表示成一種靈活的可擴(kuò)展的結(jié)構(gòu), 這種結(jié)構(gòu)被稱為Agent標(biāo)識(shí)(Agent Identifier), 它包含了Agent 的名稱、傳輸?shù)刂?、名稱服務(wù)等相關(guān)信息。 黃頁服務(wù),比如服務(wù)定位、注冊(cè)服務(wù)等,此類服務(wù)由一個(gè)叫做目錄DF(Directory Facilitator)的部分提供。 第 13 章 Agent系統(tǒng) Agent消息傳輸服務(wù)。 Agent通信層是一種基于通信謂詞又叫通信斷言的機(jī)制, 支撐這種機(jī)制的就是Agent通信語言ACL。 ACL描述兩部分內(nèi)容, 其一是通信的行為者, 其二是通信的內(nèi)容, 并且支持上下文機(jī)制。 FIPA的ACL是在早期的Agent通信語言A

18、RCOL和KQML基礎(chǔ)上形成的。在內(nèi)容描述方面, FIPA使用一種內(nèi)容語言作為FIPA語義語言,這些內(nèi)容語言就是通常的約束選擇語言, 比如KIF、RDF等。FIPA交互協(xié)議描述了通過某些行為或者交互以完成某種目的而進(jìn)行的對(duì)話。 第 13 章 Agent系統(tǒng) 圖 13-4 基于FIPAMAS體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)的多Agent系統(tǒng)應(yīng)用示例 第 13 章 Agent系統(tǒng) OMG也致力于標(biāo)準(zhǔn)化Agent和多Agent系統(tǒng)。 OMG認(rèn)為Agent技術(shù)不是一種獨(dú)立的新技術(shù), 而是多種技術(shù)的集成應(yīng)用; 同樣它也不是一種獨(dú)立的應(yīng)用, 它可以為現(xiàn)有應(yīng)用增加新的功能。 OMG將多Agent應(yīng)用分為以下幾種: 企業(yè)級(jí)應(yīng)用,

19、主要包括智能文檔(Smart Document), 面向目標(biāo)的企業(yè)規(guī)劃,動(dòng)態(tài)人事管理等。 交互級(jí)企業(yè)應(yīng)用, 主要包括產(chǎn)品或者服務(wù)的市場拓展、 代理商管理、 團(tuán)隊(duì)管理。 過程控制包括智能大廈、工廠管理、機(jī)器人等。 第 13 章 Agent系統(tǒng) 個(gè)人Agents, 包括像郵件和新聞過濾、 個(gè)人日程管理、 自動(dòng)秘書等。 信息管理任務(wù)包括信息檢索、信息過濾、信息監(jiān)視、 數(shù)據(jù)資源調(diào)節(jié)、 Agents和個(gè)人助手程序間的交互。 這些基本涵蓋了目前Agent系統(tǒng)的應(yīng)用范圍, 基于此, OMG給出了一種多Agent系統(tǒng)的參考結(jié)構(gòu)(詳見http: /)。 第 13 章 Agent系統(tǒng) 1

20、3.5 Agent的實(shí)現(xiàn)工具的實(shí)現(xiàn)工具 Agent的實(shí)現(xiàn)(即編程)工具可分為兩類: 一類是專用的面向Agent的程序語言, 另一類則是現(xiàn)有的通用面向?qū)ο蟪绦蛘Z言(或其擴(kuò)充)。 已知的專用Agent編程語言有Agent描述語言ADL、 Agent處理控制語言PCL和Agent通信語言SACL(中科院計(jì)算所開發(fā))、AGENT0、PLACA(PLAnning Communicating Agent language Thomas 1993)、 KQML(Knowledge Query and Manipulation Language, 國際上比較流行的Agent通信語言, 美國ARPA的知識(shí)共享計(jì)

21、劃的一部分)等。 第 13 章 Agent系統(tǒng) 在通用面向?qū)ο蟪绦蛘Z言中, Java語言則是很好的候選語言。Java的面向?qū)ο?、多線程、分布式、 平臺(tái)無關(guān)、 可遷移、 可嵌入等特性正是構(gòu)造Agent所需要的。 事實(shí)上, 現(xiàn)在的不少Agent都是用Java開發(fā)的。 另外, 現(xiàn)在已有不少軟件公司(如微軟)都推出了商品化的Agent軟構(gòu)件。這樣, 在開發(fā)一個(gè)Agent系統(tǒng)時(shí), 用戶則不必從頭編程, 而只需直接引用相應(yīng)的Agent構(gòu)件即可。 第 13 章 Agent系統(tǒng) 13.6 Agent技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用 Agent系統(tǒng)是一種新的智能系統(tǒng), 關(guān)于它的研究方興未艾。目前的熱點(diǎn)課題主要是Agent 的理論模型、多Agent系統(tǒng)及其開發(fā)應(yīng)用。Agent的理論模型的研究主要有邏輯方法和經(jīng)濟(jì)學(xué)方法兩種。 前面提到的BDI型 Agent就是基于邏輯方法而提出的一種Agent模型, 被稱為理性Agent。多Agent系統(tǒng)的主要課題是其問題求解機(jī)制, 包括組織形式、協(xié)商協(xié)調(diào)機(jī)制、 學(xué)習(xí)機(jī)制等有關(guān)的理論和方法學(xué)。 第 13 章 Agent系統(tǒng) Agent系統(tǒng)雖然是一種新的智能系統(tǒng), 但它與傳統(tǒng)的人工智能系統(tǒng)并不是截然分開的。 事實(shí)上, 二者在技術(shù)上是