第9章分布式人工智能及其應(yīng)用.pptx

1、第9章 分布式人工智能及其應(yīng)用1概述分布式人工智能（Distributed Artificial Intelligence，DAI）主要研究邏輯或物理上分散的智能Agent群體的行為，以完成多任務(wù)系統(tǒng)的求解。DAI分為三個(gè)基本范疇：多Agent 系統(tǒng)（MAS）分布式問(wèn)題求解（DPS）并行人工智能（PAI）2提綱9.1 DAI的特點(diǎn)9.2 多Agent系統(tǒng)9.3 分布式問(wèn)題求解9.4 并行人工智能9.5 分布式人工智能的應(yīng)用39.1 DAI的特點(diǎn)9.1.1 Agent及其特性9.1.2 Agent分類9.1.3 Agent的BDI模型9.1.4 Agent聯(lián)盟9.1.5 DAI系統(tǒng)特性49.1.

2、1 Agent及其特性（1）Agent是能通過(guò)傳感器感知環(huán)境信息、能自主進(jìn)行信息處理并作出行動(dòng)決策、再借助執(zhí)行器作用于環(huán)境的一種智能事物。 圖9-1 Agent通過(guò)傳感器和執(zhí)行器與環(huán)境的交互示意圖59.1.1 Agent及其特性（2）眾多學(xué)者給出了Agent的定義Wooldridge和Jennings總結(jié)了前人在Agent領(lǐng)域的一些工作后，于1995年提出了Agent定義：弱定義：Agent是一個(gè)基于軟件（在較多情況下）或硬件的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它擁有以下特性：自治性（Autonomy）、社會(huì)性（social）、響應(yīng)性（responsive）和主動(dòng)性（proactive）。強(qiáng)定義：Agent在弱定義

3、的特性基礎(chǔ)上，還應(yīng)該具有某些人類特性，如目的、信念、意圖、義務(wù)、承諾等。 69.1.1 Agent及其特性（3）（1）自治性（Autonomy）（2）響應(yīng)性（Reactivity）（3）結(jié)構(gòu)分布性（Configuration Distributing）（4）社會(huì)性（Sociality）（5）通信/合作/協(xié)調(diào)性（Communication/Cooperation/Coordination）（6）主動(dòng)性/目的性（Activity/Goal oriented）（7）推理/學(xué)習(xí)/自適應(yīng)能力Reasoning/Learning/Adaptation）：（8）可移動(dòng)性（Mobility）79.1.2 Ag

4、ent分類（1）根據(jù)Agent的工作環(huán)境軟件Agent人工生命Agent 按控制機(jī)制分類按照構(gòu)成性質(zhì)分類人類Agent、硬件Agent軟件Agent 89.1.2 Agent分類（2）按照其應(yīng)用領(lǐng)域，分為：工業(yè)應(yīng)用、商業(yè)應(yīng)用、醫(yī)療應(yīng)用、娛樂(lè)應(yīng)用 按功能分為：信息型Agent、界面型Agent、任務(wù)型Agent按屬性分類：響應(yīng)式Agent、慎思式Agent 99.1.3 Agent的BDI模型一個(gè)BDI模型包括三種基本成分一組關(guān)于世界的信念；Agent打算達(dá)到的一組目標(biāo)（愿望）一個(gè)意圖結(jié)構(gòu)，描述Agent當(dāng)前一定要達(dá)到的目標(biāo)和為這個(gè)目標(biāo)要改變的信念一個(gè)意圖結(jié)構(gòu)將對(duì)應(yīng)一個(gè)規(guī)劃庫(kù)，描述怎樣達(dá)到目標(biāo)和

5、怎樣改變相關(guān)信念。圖9-5 BDI結(jié)構(gòu)示意圖（信念，愿望，意圖）109.1.4 Agent聯(lián)盟Agent之間可以通過(guò)協(xié)商形成Agent組，稱之為Agent聯(lián)盟（Coalition），來(lái)共同承擔(dān)該任務(wù)。聯(lián)盟：是一組合作的、共同完成某一任務(wù)并共享任務(wù)收益的Agent集合。Agent聯(lián)盟形成過(guò)程步1 聯(lián)盟劃分的產(chǎn)生；步2 求解聯(lián)盟值，將聯(lián)盟劃分每一個(gè)可能的聯(lián)盟資源和任務(wù)進(jìn)行組合分配，求得相應(yīng)的聯(lián)盟值；步3 將聯(lián)盟值在成員之間進(jìn)行分配，求得一個(gè)穩(wěn)定的U。 119.1.5 DAI系統(tǒng)特性1.系統(tǒng)數(shù)據(jù)和知識(shí)的分布性2.系統(tǒng)模型的獨(dú)立、連接、開(kāi)放特性3.系統(tǒng)求解的高效、容錯(cuò)、協(xié)同特性129.2 多Agent

6、系統(tǒng)（1）特點(diǎn)（1）每一Agent具有有限信息資源和問(wèn)題求解能力，缺乏實(shí)現(xiàn)協(xié)作的全局觀點(diǎn)。（2）系統(tǒng)不存在全局控制，即控制分布。（3）知識(shí)與數(shù)據(jù)都是分散的。（4）計(jì)算是異步執(zhí)行的。139.2 多Agent系統(tǒng)（2）9.2.1 多Agent系統(tǒng)分類9.2.2 Agent的學(xué)習(xí)9.2.3 多Agent通信149.2.1 多Agent系統(tǒng)分類1.按系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類 （1）系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不變（2）系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)改變2.按系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)分類 （1）同構(gòu)型系統(tǒng)（2）異構(gòu)型系統(tǒng)3.按控制結(jié)構(gòu)分類 （1） 集中控制（2） 層次控制（3） 網(wǎng)絡(luò)控制159.2.2 Agent的學(xué)習(xí)Agent學(xué)習(xí)可以定義為：“學(xué)習(xí)是一種

7、能力，包括新知識(shí)和認(rèn)知技能的獲取能力，以及將所獲取的知識(shí)和認(rèn)知技能應(yīng)用于未來(lái)活動(dòng)中的應(yīng)用能力。這樣的獲取和應(yīng)用是Agent自發(fā)進(jìn)行的，并且可以提高Agent的性能?！?Agent學(xué)習(xí)可以根據(jù)學(xué)習(xí)過(guò)程的反饋以及對(duì)反饋的處理情況分為三大類：1.監(jiān)督學(xué)習(xí)2.監(jiān)督學(xué)習(xí)3.強(qiáng)化學(xué)習(xí)169.2.3 多Agent通信（1）1.多Agent通訊邏輯結(jié)構(gòu)圖9-5 Agent通訊 179.2.3 多Agent通信（2）多Agent的通訊模式有以下兩種：（1）使用TELL和ASK通訊：以這種通訊形式進(jìn)行通訊的Agent分享相同的內(nèi)部表示，并通過(guò)接口TELL和ASK直接訪問(wèn)相關(guān)知識(shí)庫(kù)。 （2）使用形式語(yǔ)言KQML或K

8、IF通訊：大多數(shù)Agent的通訊是通過(guò)一種外部語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)的。每種模式下，多Agent間的通訊方法可以采用直接通訊（對(duì)話/消息的方式）黑板通訊189.2.3 多Agent通信（3）Agent通訊語(yǔ)言 （1）KQML（Knowledge Query And Manipulation Language，知識(shí)查詢與操縱語(yǔ)言）（2）KIF（Knowledge Interchange Format，知識(shí)交換格式）從Agent間相互交互的角度看，通訊的作用有：（1）預(yù)測(cè)（2）控制： 199.3 分布式問(wèn)題求解9.3.1 多Agent聯(lián)合求解過(guò)程9.3.2 合同網(wǎng)209.3.1 多Agent聯(lián)合求解過(guò)程聯(lián)合求

9、解過(guò)程包括1.聯(lián)合動(dòng)機(jī)的產(chǎn)生2.任務(wù)分解與分配3.團(tuán)隊(duì)和規(guī)劃最終形成4.執(zhí)行規(guī)劃219.3.2 合同網(wǎng)（1）合同網(wǎng)是用于分布式聯(lián)合求解環(huán)境下各Agent進(jìn)行通訊和協(xié)作的協(xié)議。它引入市場(chǎng)中的招標(biāo)-投標(biāo)-中標(biāo)機(jī)制，對(duì)系統(tǒng)的任務(wù)進(jìn)行委托分配，從而解決資源、知識(shí)的沖突等問(wèn)題。 圖9-7 合同網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖229.3.2 合同網(wǎng)（2）合同網(wǎng)協(xié)商過(guò)程239.4 并行人工智能9.4.1 并行人工智能的軟件支持9.4.2 并行人工智能的硬件支持249.4.1 并行人工智能的軟件支持1.并行模塊的支持2.分布式知識(shí)庫(kù)的支持3.并行算法和并行語(yǔ)言的支持259.4.2 并行人工智能的硬件支持對(duì)并行人工智能的硬件支持，主要體現(xiàn)在計(jì)算機(jī)硬件并行運(yùn)算的出現(xiàn)。在多CPU的環(huán)境下，各Agent可以在不同的CPU上運(yùn)算，或者在同一個(gè)CPU環(huán)境下的多線程并行執(zhí)行。在硬件的并行上主要由時(shí)間和空間并行來(lái)實(shí)現(xiàn)。時(shí)間并行空間并行269.5 分布式人工智能的應(yīng)用9.5.1 多Agent在軍事作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)中的應(yīng)用9.5.2 多Agent在智能交通中的應(yīng)用9.5.3 多Agent在智能大廈中的應(yīng)用279.5.1 多Agent在軍事作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)中的應(yīng)用（1