一個(gè)基于Multi_agent的決策支持系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、文章編號 :1001 5132(2002 01 0059 04收稿日期 :2001-10-23., 一個(gè)基于 Multi agent 的決策支持系統(tǒng)的設(shè)計(jì)熊偉清 , 魏 平 , 沈明(寧波大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院 , 浙江 寧波 315211摘要 :在 DSS 開發(fā)中 , 引入 agent 技術(shù) , 提出了一個(gè)基于 Multi agent 的決策支持系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ,并為該系統(tǒng)構(gòu)造界面 Agent 、 信息 Agent 、 模型 Agent 和管理 Agent, 在實(shí)際使用中 , 取得了良好的效果 . 關(guān)鍵詞 :DSS; Multi agent; 人機(jī)接口 ; 模型庫 ; 信息檢索 中圖分

2、類號 :TP319 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 :BThe Design of DSS based on Multi agent TechnologyXIONG Wei qing, W EI ping, SHEN Ming xin(Faculty of Information Science and Technology, Ningbo university, Ningbo 315211, ChinaAbstract:Agent technique in DSS development and its design frame work based on Multi a gent technology are

3、 discussed. Interface Agent, Information Agent, Model Agent and Management Agent are constructed and applied to built up the IDSS.Key words:DSS; Muti agent; human computer interface; model base; information reterieve CLC oumber:TP319 Document code:BAgent 是近年來計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域中的一個(gè)重要 概念 , 它是指一類在特定環(huán)境下能感知環(huán)境 , 并能自

4、 主地運(yùn)行以代表其設(shè)計(jì)者或使用者實(shí)現(xiàn)一系列目標(biāo) 的計(jì)算實(shí)體或程序 . 具有自主性、 社會(huì)性、 主動(dòng)性、 反 應(yīng) 性等特性 . Multi agent 系 統(tǒng)由一組具 有一定資 源 和能力、 相對獨(dú)立且相互作用的 Agent 組成 . 人工智 能的發(fā)展由單機(jī)智能發(fā)展為 DAI, 由 DAI 的發(fā)展到 MAS, 該領(lǐng)域也成為當(dāng)前人工智能研究的一個(gè)熱門 領(lǐng)域 , 在許多領(lǐng)域都有成功的應(yīng)用 . 有人預(yù)測 , Agent 將是未來十年最重要的計(jì)算范型 1.Agent 的概念是由美國 Minskey M 教授提出的 , 對它的定義由多種描述 , 其中普遍為人們所接受的 如 :Agent 被定義為一個(gè)軟件過

5、程 , 它對外界環(huán)境進(jìn) 行檢測并做出反應(yīng) , Agent 具有自治和智能的特性 ,并具有獲取經(jīng)驗(yàn)的能力 , 能根據(jù)自身的原則來決定 自身的行為 . 從功能角度來分為智能型和非智能型 兩類 , 即認(rèn)知 Agent 和反應(yīng) Agent. 智能體的表現(xiàn)為能 夠進(jìn)行高級問題求解 , 可隨著環(huán)境變化修改自己的 目標(biāo)、 學(xué)習(xí) 知識并提高能力 . 目前針對 各種應(yīng)用領(lǐng) 域 , 出現(xiàn)了各種各樣的智能體 . 軟件 Agent 是計(jì)算機(jī) 程序 , 具有自主性、 協(xié)作性 , 當(dāng)把分布式環(huán)境下的信 息處理看作分布式問題求解系統(tǒng)時(shí) , 開發(fā)系統(tǒng)即創(chuàng) 建一組組粒度的協(xié)作 Agent, 使它們共同解決某一任 務(wù) .決策支持

6、系統(tǒng)是綜合利用各種數(shù)據(jù)、 信息和知 識 , 以模型技術(shù)為核心 , 輔助人們解決半結(jié)構(gòu)或非結(jié) 構(gòu)決策問題的人機(jī)交互信息系統(tǒng) . 基于人工智能技 術(shù)的智能決策 支持系統(tǒng)是決策支持系 統(tǒng)的重要方第 15卷 第 1期 2002年 3月寧 波 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) (理 工 版 JOURNAL OF NINGBO UNIVERSITY (NSEEVol. 15No. 1Mar. 2002向 , 智能體技 術(shù)為智 能決策 支持 系統(tǒng)提 供了新 的途徑 .另外 , 軟件開發(fā)方法的發(fā)展是人們認(rèn)識不斷深 化的過程 , 從早期的結(jié)構(gòu)化方法到目前的面向?qū)ο蟆?Agent 技術(shù)的應(yīng)用 , 反應(yīng)了人們對客觀世界認(rèn)識的深 入

7、, 同時(shí) , 也更加符合人們的思維方式及客觀世界的 本來面目 .1 一個(gè)具體應(yīng)用的設(shè)計(jì)我們在開發(fā)某水電檢修公司管理信息系統(tǒng)中 , 由于系統(tǒng)龐大 , 施工現(xiàn)場遍及全省各個(gè)水電站 , 整個(gè) 系統(tǒng)包括生產(chǎn)管理子系統(tǒng)、 物資管理子系統(tǒng)、 人事管 理子系統(tǒng)、 行政管理子系統(tǒng)、 安全管理子系統(tǒng)、 計(jì)劃 管理子系統(tǒng)等 , 我們采用了 Multi agent 技術(shù) 應(yīng)用于 該系統(tǒng) , 大大提高了軟件開發(fā)的效率 , 較好的完成了 該課題 .以其中一個(gè)物資分配決策系統(tǒng)為例 , 該問題是 根據(jù)各單位提出對物資的需求申請 , 按倉庫的庫存 情況和生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的要求制定分配方案 , 再根據(jù) 分配方案以及倉庫和單位的距

8、離制定物資運(yùn) 輸方 案 . 最后 , 按照物資運(yùn)輸方案制定各倉庫的發(fā)物表和 各單位接收表 , 修改各倉庫庫存和各單位的物資數(shù) . 該決策問題需要設(shè)計(jì)多個(gè)數(shù)據(jù)庫和多個(gè)模 型共同 求解 .該系統(tǒng)的基本功能是 :(1 物資申請和庫存的計(jì)劃匯總 . 各單位按自己 的需要提出對物資的申請 , 各倉庫產(chǎn)生物資的可供 應(yīng)情況 .(2制定物資的分 配方案 . 利用物資分配 模型 (該模型由一系列公式實(shí)現(xiàn)的 產(chǎn)生物資分配方案 . (3 制定物資運(yùn)輸方案 . 利用運(yùn)輸問題數(shù)學(xué)模型 的求解方法 , 制定各物資的運(yùn)輸方案 .(4 制定物資調(diào)撥方案 . 制定物資調(diào)撥方案包括 物資調(diào)撥模型和制表模型 , 它們都是數(shù)據(jù)處理

9、模型 . 其中物資調(diào)撥模型完成物資調(diào)撥匯總工作和修改庫 存和物資數(shù) 2個(gè)數(shù)據(jù)庫 . 制表模型要完成發(fā)物和收 物報(bào)表的打印 .該 DSS 由界面 Agent 、 模型 Agent 、 管理 Agent 和 信息 Agent 等組成 , 整體框架如圖 1所示 . 下面分別 討論每個(gè) Agent 的作用和實(shí)現(xiàn) .圖 1 DSS 的多 Agent 的組織結(jié)構(gòu)圖2 界面 Agent 與人機(jī)接口決策支持系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)決策過程的人機(jī)交互 , 它比 一般的軟件系統(tǒng)更需要一個(gè)界面友好的人機(jī)交互系 統(tǒng) . 界面 Agent 可充當(dāng)用戶和機(jī)器信息溝通的橋梁 , 形成一種人機(jī)互相激發(fā)、 優(yōu)勢互補(bǔ)、 共同尋求問題的 有效途徑

10、 , 從而構(gòu)成基于網(wǎng)絡(luò)的分布式人機(jī)共存環(huán) 境 . 整個(gè)系統(tǒng)成為一個(gè)多 Agent 系統(tǒng) . 用 Agent 來表 示事件將可實(shí)現(xiàn)事件的并發(fā)處理 , 并使事件的加入、 修改、 刪除與組合變得非常容易 .界面 Agent 強(qiáng)調(diào) Agent 的自主性和學(xué)習(xí)性 , 它可 作為人的助手 , 通過與用戶協(xié)作替用戶傳達(dá)決策任 務(wù) . 在決策過程中 , 界面 Agent 可采用以下幾種學(xué)習(xí) 方式來適應(yīng)問題的變化 :通過發(fā)現(xiàn)和模擬用戶學(xué)習(xí) 知識、 通過獲得用戶的正向和負(fù)向反饋學(xué)習(xí)知識、 通 過用戶的指導(dǎo)獲得知識、 通過與其它界面 Agent 通 訊獲得知識 .基于界面 Agent 的人機(jī)交互方式如圖 2所示 .

11、圖 2 界面 Agent 工作方式通過界面 Agent, 可實(shí)現(xiàn)人機(jī)智能結(jié)合 , 通過多 Agent 系統(tǒng)的集成 , 可提高人 機(jī)系統(tǒng)的綜合智能水 平 , 可以為人和機(jī)器的雙向通信提供友好交互、 自然 對話的條件 , 構(gòu)成人機(jī)協(xié)調(diào)系統(tǒng) . 例如 , 可以理解用 戶發(fā)出的命令、 并替用戶執(zhí)行諸如數(shù)據(jù)庫搜索或替 用戶記錄和處理信息等 .60寧波大學(xué)學(xué)報(bào) (理 工 版 2002供信息 , 提出任務(wù)要求 ; 另一方面系統(tǒng)也要通過界面向用戶提供解答和各種輔助決策信息 , 或者向用戶 索取為完成任務(wù)需要的補(bǔ)充信息 . 不同的界面 Agent 對應(yīng)處理不同的用戶要求和不同的任務(wù) .本系統(tǒng)的 Agent 的工

12、作流程如下 :(1 用戶登錄 , 確認(rèn)用戶和口令 ; (2 選擇此次奧作的任務(wù) ;(3 若為新用戶 , 則提示用戶選擇其對系統(tǒng)的熟 悉程度、 知識背景、 決策風(fēng)格 , 并根據(jù)選擇結(jié)果建立 用戶的初步模型 ; 否則在用戶模型庫中查詢得到其 用戶模型 ;(4 根 據(jù) 用 戶 模 型 , 確 定 界 面 Agent 的 工 作 方式 .(5用戶按界面 Agent 提供的輸入方式錄 入信 息 , 包括數(shù)據(jù)信息或一些定性信息 ;(6 根據(jù)系統(tǒng)模型 , 觸發(fā)適當(dāng)?shù)墓δ?Agent, 由它 們相互協(xié)作完成相應(yīng)的預(yù)測功能 ;(7 接受其他 Agent 傳送來的處理結(jié)果 , 按確定 的輸出方式輸出結(jié)果 , 并提

13、供系統(tǒng)執(zhí)行過程中形成 的解釋文件 .用戶模型采用紀(jì)錄形式表達(dá) , 存儲(chǔ)于范例庫中 , 其中的字段代表用戶的特征 , 形式為 :用戶模型 用 戶類型、 對系統(tǒng)熟悉程度 , 知識背景 , 決策背景 , 決策 風(fēng)格 , 系統(tǒng)提取這些主要是因?yàn)樗鼈兣c用戶所偏好 的界面形式由密切關(guān)系 . 而對于每個(gè)用戶 , 信息存于 范例庫中 , 存儲(chǔ)方式為 :用戶用戶名 , 用戶類型 .界面 Agent 中的 學(xué)習(xí) 主要 用于用 戶模 型的 調(diào) 整、 范例庫的修正、 知識庫的完善 .3 模型 Agent 與模型庫系統(tǒng)DSS 的模型庫系統(tǒng)主要涉及模型表示和模型管 理方式 . 目前已有的模型表示方式主要有這樣幾種 ; 模

14、型表示的實(shí)體關(guān)系模型、 結(jié)構(gòu)化模型、 面向?qū)ο蟮?模型、 模型的數(shù)據(jù)表示法、 模型的框架表示法、 構(gòu)模 語言表示模型 . 模型表示方法恰當(dāng)與否 , 直接影響模 型定義、 模型操縱與模型求解等具體功能 . 一個(gè)好的 模型表示方法應(yīng)支持模型與方法的集成 , 模型與方 法的獨(dú)立 , 支持漸近式構(gòu)模 , 支持模型的集成、 共享 與重用 3.將 Multi agent 引入 DSS 模型的建立 , 用 Agent 來 描述模型 , 一個(gè) Agent 可以描述一個(gè)簡單模型 , 復(fù)雜 , 型庫系統(tǒng)即是一個(gè) Multi agent 系統(tǒng) . 利用 Agent 的特性 , 可使基于 Multi agent 建造

15、的 DSS 模型庫系統(tǒng)較 好地實(shí)現(xiàn)模型與數(shù)據(jù)、 模型與方法的集成 , 共享與重 用 , 并可大大減少模型庫管理系統(tǒng)的工作 , 模型管理 只是更高層的協(xié)調(diào)與監(jiān)控 . 模型 Agent 的基本結(jié)構(gòu) 如圖 3所示 .圖 3 模型 Agent 的基本結(jié)構(gòu)由于模型庫系統(tǒng)中的模型均是可以完成某一種 任務(wù)的模型 , 使用時(shí)一般不需要改變其結(jié)構(gòu)與功能 , 因此用多 Agent 設(shè)計(jì)的模型庫系統(tǒng)簡 單 . 將問題劃 分到子問題 , 由單 個(gè) Agent 盡可能完全地負(fù)責(zé)某個(gè) 子問題 , 使用時(shí) Agent 間可以有共同目標(biāo)的合作方 式進(jìn)行協(xié)商與重組 , 這樣可以減少通訊量以及協(xié)商 的難度 , 同時(shí)將每個(gè) Age

16、nt 限制在其問題領(lǐng)域中 , A gent 的領(lǐng)域間不重疊 , 也可以避免冗余推理 . 模型 Agent 在管理 Agent 的調(diào)度下和信息 Agent 的支持 下提供問 題的 具體求 解 , 在本 系統(tǒng)中 模型 Agent 包括物資分配模型、 物資調(diào)撥預(yù)處理模型和 運(yùn)輸問題模型等 , 圖 3給出了一個(gè)完整的模型 Agent 結(jié)構(gòu) .4 信息 Agent 與信息檢索信息 Agent 是用來進(jìn)行信息檢 索的智能體 , 采 用信息 Agent, 可以對分布式信息進(jìn)行管理、 控制和 分類 . 信息 Agent 主要有以下幾個(gè)方面的功能 :信息 處理、 任 務(wù)安排、 協(xié)助、 瀏 覽、 信 息檢 索 .

17、 Multi agent 構(gòu)成信息集成 .在智能決策 支持系統(tǒng)中 , 可 采用信息 Agent 的 上述功能實(shí)現(xiàn)決策信息的檢索與調(diào)度 . 在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境 下運(yùn)行的信息 Agent 也可稱為移動(dòng) Agent, 它是一種 移動(dòng)式的信息 Agent, 能夠通過在 Internet/intranet 上 使用信息檢索工具來采集信息 , 可實(shí)現(xiàn) Web 服務(wù)器 和 Web 服務(wù)器之間的主動(dòng)通訊 , 從而可以實(shí)現(xiàn) Web 要素之間的協(xié)同作用 , 實(shí)現(xiàn)信息資源一體化檢索 .61第 1期 熊偉清等 :一個(gè)基于 Mul ti agent 的決策支持系統(tǒng)的設(shè)計(jì)交給用戶或模型 Agent, 并監(jiān)視信息的變化 . 信息資

18、 源包括物資總申請數(shù)據(jù)庫、 物資總庫存數(shù)據(jù)庫、 物資 分配數(shù)據(jù)庫、 物資調(diào)撥數(shù)據(jù)庫、 實(shí)際距離矩陣庫和采 購情況庫等 . 另外 , 實(shí)現(xiàn)客戶與共享信息部件之間的 交互 , 有助于提高系統(tǒng)的其它部分 , 從而提高了系統(tǒng) 的靈活性 .我們在實(shí)現(xiàn)時(shí)采用的是通訊協(xié)議 TCP/IP 以及 Java 語言 , 因此 , 可支持異構(gòu)平臺(tái)間的信息共享 , 同 時(shí)采用了 C/S 的管理模式 , 便于擴(kuò)充和管理 .本系統(tǒng)信息 Agent 按指示進(jìn)入數(shù)據(jù)倉庫或其他 的數(shù)據(jù)環(huán)境獲取數(shù)值、 信息和知識、 提供查詢需要或 定量求解需要 . 同時(shí) , 還可把聚類后的對象增補(bǔ)到數(shù) 據(jù)倉庫之中 , 以備重用 . 一個(gè) Agen

19、t 可擔(dān)負(fù)一類數(shù)據(jù) 采集 , 一群 Agent 可以負(fù)責(zé)全局?jǐn)?shù)據(jù)的獲取 .信息庫建立在 Oracle 數(shù)據(jù)庫上 , 因此可以直接 使用其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)維護(hù)和管理工具 .5 管理 Agent 與組織管理在現(xiàn)實(shí)世界中 , 領(lǐng)導(dǎo)者總控管理機(jī)制 , 向其下屬 的職能個(gè)體分派互不相同的職能 ; 智能個(gè)體無須考 慮其上的全局問題 , 只按領(lǐng)導(dǎo)者的要求處理好本身 的行為 , 以及與相關(guān)個(gè)體之間的關(guān)系 . 上述基本原理 對 Agent 團(tuán)體也是適用的 4.DSS 系統(tǒng)由多個(gè) Agent 系統(tǒng)構(gòu)成 . 全部 Agent 構(gòu) 成一個(gè)團(tuán)體 , 在團(tuán)體中 , 根據(jù) Agent 的工作范圍 , 分 成若干組 , 每個(gè)項(xiàng)目組都有某些成員和相應(yīng)的約束 關(guān)系組成 . 引入管理 Agent 擔(dān)負(fù)管理智能職能 , 每個(gè) 項(xiàng)目組中只能有一個(gè)管理 Agent.管理 Agent 的職能為對 問題的決策、 查詢及對 其它 Agent 的控制和監(jiān)督 , 對不同項(xiàng)目組之間的成 員進(jìn)行協(xié)調(diào) . Multi Agent 系統(tǒng)中需要解決的難點(diǎn)問 題是任務(wù)分解、 任務(wù)分配和 Agent 之間的磋商 . 可將上述 Agent 相結(jié)合 , 形成多 Agen