智能代理技術(shù)和基本模型分析

1、智能代理技術(shù)和基本模型分析一、什么是智能代理智能代理，即Intelligent Agent，又簡稱Agent。Agent是當(dāng)前計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域中的一個重要概念，已被廣泛應(yīng)用于AI(人工智能)、分布計(jì)算、CSCW(計(jì)算機(jī)支持協(xié)同工作)、人機(jī)界面等計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域。一個能為AI領(lǐng)域的大部分研究人員所接受的定義是將Agent視為在某一環(huán)境下能持續(xù)自主地發(fā)揮作用、具有生命周期的計(jì)算實(shí)體。盡管目前人們對Agent仍無一個統(tǒng)一的認(rèn)識，但一種普遍的觀點(diǎn)認(rèn)為:作為Agent的軟件或硬件系統(tǒng)一般具有以下基本特征:(1)自主性:A.Agent具有屬于其自身的計(jì)算資源和局部于自身的行為控制機(jī)制。B.Agent能在沒有人

2、類或其他Agent的直接干涉和指導(dǎo)的情況下持續(xù)運(yùn)行，并能根據(jù)其內(nèi)部狀態(tài)和感知到的環(huán)境信息，決定和控制自身行為。C.自主性是Agent的一個重要屬性，它是Agent概念區(qū)別于對象(object)概念的一個重要特征。(2)社會性:A.Agent處于由多個Agent構(gòu)成的社會環(huán)境中，它的行為必須遵循和符合Agent社會的社會規(guī)則。B.Agent擁有其他Agent的信息和知識，并能通過某種Agent通訊語言與其他Agent實(shí)施靈活多樣的交互和通訊、能夠有效地與其他Agent進(jìn)行合作。(3)反應(yīng)性:Agent能夠感知所處的環(huán)境(可能是物理世界，或操縱圖形界面的用戶，或與它進(jìn)行交互和通訊的其他Agent等

3、等)，并能對環(huán)境中發(fā)生的相關(guān)事件（如Agent間的交互和通訊，系統(tǒng)中特定事件的發(fā)生）做出適時反應(yīng)。(4)主動性:Agent能夠遵循承諾采取主動的行動，它的行為是為了實(shí)現(xiàn)其內(nèi)在的任務(wù)，因而Agent是一個目標(biāo)制導(dǎo)(Goal-Directed)的行為實(shí)體，能夠在條件滿足時主動將相關(guān)信息提供給Agent。上述特性屬于Agent的基本特征。對于某些特定領(lǐng)域的研究人員而言，Agent還有其他性質(zhì)和特征如:(5)合理性(Rationality):Agent中沒有沖突的目標(biāo)，Agent的行為總是基于其已有的任務(wù)，而且其行為不會故意阻止其任務(wù)的實(shí)現(xiàn)。(6)學(xué)習(xí)相適應(yīng)性:一個Agent可以從過去的經(jīng)驗(yàn)中不斷積累

4、知識，并能根據(jù)知識的變化來改變自己的行為，來適應(yīng)新的環(huán)境。(7)推理能力:一個Agent能具有一種合理的、可再生的方法，基于現(xiàn)有的知識和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理的能力。二、網(wǎng)上智能代理的基本模型1.一個Agent往往由用戶界面模塊、學(xué)習(xí)模塊、任務(wù)計(jì)劃模塊、操作系統(tǒng)接口模塊、執(zhí)行模塊、一個知識庫以及中央控制模塊組成。2.其中，中央控制模塊處于Agent的核心地位，控制著其他所有模塊。Agent的基本模型見圖。3 Agent的構(gòu)成模型（1）用戶界面模塊:A.用戶界面模塊負(fù)責(zé)Agent和用戶之間進(jìn)行交流。B.知識庫中的知識主要是從該模塊中獲得。用戶界面模塊必須生動有趣形象，讓用戶有更多的選擇余地，使用戶感到自己

5、始終控制著Agent。（2）學(xué)習(xí)模塊:A.學(xué)習(xí)模塊使得Agent能更新知識庫，適應(yīng)外界環(huán)境的變化。B.Agent的學(xué)習(xí)主要通過觀察和模擬用戶的行為、接收來自用戶的反饋、接收來自用戶的精確的指令、”向其他的Agent學(xué)習(xí)等方式。（3）任務(wù)計(jì)劃模塊:任務(wù)計(jì)劃模塊允許用戶制定一些計(jì)劃或定時任務(wù)，這些計(jì)劃或任務(wù)由一系列的行為組成，然后交由執(zhí)行模塊處理。（4）執(zhí)行模塊:執(zhí)行模塊把用戶的請求或計(jì)劃任務(wù)，進(jìn)行分解，轉(zhuǎn)化為一系列的Agent內(nèi)部命令，并進(jìn)行安全性檢查，若通過則提交給操作系統(tǒng)接口模塊執(zhí)行，并負(fù)責(zé)把執(zhí)行結(jié)果返回給中央控制模塊。(5) 操作系統(tǒng)接口模塊:A.該模塊負(fù)責(zé)同操作系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。其主要

6、功能是把執(zhí)行模塊傳來的Agent內(nèi)部命令根據(jù)知識庫的內(nèi)容轉(zhuǎn)為操作系統(tǒng)能夠執(zhí)行的實(shí)際命令，同時提交操作系統(tǒng)執(zhí)行。B.一旦命令執(zhí)行完畢，操作系統(tǒng)接口模塊將去獲取命令執(zhí)行的最后結(jié)果，并把結(jié)果交由中央控制模塊顯示給用戶。三、代理間的合作和通信1.在AI領(lǐng)域，人們通常將由多個Agent所構(gòu)成的、相互作用、相互關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)稱多代理系統(tǒng)(MAS: Multii-Agent System)。2.在MAS中，由于資源、能力、信息的有限性和分布性，因而合作(Cooperation)是它的一個重要特征。3.Agent間進(jìn)行合作的基礎(chǔ)是交互，而通信是實(shí)現(xiàn)Agent交互的一種重要方式和手段。4.在MAS中，Agent間的

7、合作方式多種多樣。其中，請求/服務(wù)是一類典型的合作方式。在采用這種合作方式的MAS，系統(tǒng)簡單而有效，它不涉及復(fù)雜的資源競爭、沖突等問題。請求/服務(wù)是分布式信息服務(wù)系統(tǒng)中一類典型、有效的合作方式。其計(jì)算模型Client/Server計(jì)算已被廣泛應(yīng)用于分布式信息服務(wù)系統(tǒng)的開發(fā)，并成為當(dāng)前分布計(jì)算領(lǐng)域中的一種主要計(jì)算模型。5.請求/服務(wù)模型可細(xì)分為:無條件請求/被動服務(wù)合作模型，條件終止請求/主動服務(wù)合作模型，條件非終止請求/主動服務(wù)模型。四、基于智能代理的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)1)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)是一個多代理的系統(tǒng)，學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的每個代理都是一個軟件模塊。2)這些代理能夠發(fā)送和接收消息，并能根據(jù)內(nèi)部儲存的知識對收

8、到的消息做出具有智能的決定，同時采取相應(yīng)的行動。3)其依據(jù)的知識儲存在學(xué)習(xí)系統(tǒng)的知識庫中，它具有適合表達(dá)某種知識的儲存結(jié)構(gòu)。如圖給出了基于智能代理的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境。4)分布在教師站點(diǎn)和學(xué)生站點(diǎn)上的多個Agent組成了一個Agent團(tuán)體。根據(jù)團(tuán)體中每一個Agent所扮演的角色及擔(dān)負(fù)的職能，可將其分為教師代理和學(xué)生代理兩類。圖 基于智能代理的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境一般說來，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)由以下幾種代理組成：1.知識庫代理A.一個擁有強(qiáng)大信息檢索能力、答疑、提供建議的能力的智能代理必然要依據(jù)存儲在知識庫中的知識進(jìn)行推理。B.知識庫能根據(jù)請求向其他代理提供大量的、能夠理解的知識信息，并能與其他知識庫相連，構(gòu)成一個巨

9、大的知識庫。2界面代理界面代理能監(jiān)控用戶的行為，并能從用戶的行為中獲取知識，最終成為用戶的助手。3.導(dǎo)師代理(TUTOR AGENT)A.導(dǎo)師代理是一種用來支持學(xué)生完成新的學(xué)習(xí)任務(wù)的教學(xué)手段。B.學(xué)生在進(jìn)行新的學(xué)習(xí)任務(wù)的過程中，導(dǎo)師代理能提供學(xué)習(xí)指南等形式的幫助，使得學(xué)生更成功的完成學(xué)習(xí)任務(wù)。C.導(dǎo)師代理能提供學(xué)習(xí)建議、學(xué)習(xí)參考資料、及時的錯誤糾正等形式的幫助。D.當(dāng)學(xué)生完成了學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)到了新知識，掌握了新技能，教師代理自動消失。E.在許多現(xiàn)有的軟件包中，導(dǎo)師代理通常表現(xiàn)為“向?qū)А钡刃问健?沖突調(diào)解代理A.沖突調(diào)解代理主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)其他代理之間的活動，并解決他們之間的沖突。B.在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)中

10、，需統(tǒng)一協(xié)調(diào)的活動包括:計(jì)劃安排、任務(wù)構(gòu)建、任務(wù)間的協(xié)商，任務(wù)分配，解決方案評價(jià)。5知識管理代理A.知識管理代理提供對知識信息的創(chuàng)建、維護(hù)和解釋。B.知識管理代理提供對這些知識處理活動的高層協(xié)調(diào)功能，這些功能和具體應(yīng)用是獨(dú)立的，可同時支持多個工程應(yīng)用，它實(shí)際上是協(xié)調(diào)各個應(yīng)用之間的一種高級沖突協(xié)調(diào)代理，并提供了一個合作框架。6信息搜索代理A.信息搜索代理能根據(jù)用戶的要求搜索特定的信息，并以友好的方式返回結(jié)果。B.在搜索信息時，它遍歷整個系統(tǒng)，從一個節(jié)點(diǎn)到另一個節(jié)點(diǎn)不斷搜索，不斷查看有無用戶需要的信息。C.信息搜索代理也被稱為信息機(jī)器人或知識機(jī)器人，能夠幫助用戶在Internet上搜索信息。7目錄

11、代理A.目錄代理主要為各種服務(wù)、資源提供地址，便于用戶存取。B.由于整個學(xué)習(xí)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和信息以及知識都是分布式存儲的。因此，高效的目錄管理是不可缺少的。C.用戶通過目錄代理可迅速得到所需信息的位置，進(jìn)而進(jìn)一步取得相應(yīng)的資料。D.目錄代理涉及到數(shù)據(jù)重復(fù)、更新，以及各處數(shù)據(jù)的保持同步和一致性等問題。六、智能代理的實(shí)例七、智能代理的教育應(yīng)用A.智能代理技術(shù)作用于教育領(lǐng)域中，給教學(xué)活動帶來了很多好處。為簡便起見，我們將應(yīng)用于教育環(huán)境下的智能代理簡稱為教育代理。B.教育代理通過生動逼真的代理人促進(jìn)了學(xué)習(xí)過程，它是在過去關(guān)于智能導(dǎo)師系統(tǒng)的研究基礎(chǔ)上建立起來的，但比起過去的系統(tǒng)，教育代理就促進(jìn)在線學(xué)習(xí)方面存

12、在的問題提出了新的看法，并著手于過去在智能導(dǎo)師的研究中普遍忽視的問題。由于不同的學(xué)生在智力、熟練程度和學(xué)習(xí)方式上有不同的表現(xiàn)，學(xué)生行為通常是不可預(yù)測的。C.動態(tài)教育代理通過模擬逼真的代理人促進(jìn)了計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)環(huán)境下的學(xué)習(xí)。這些逼真的代理人能根據(jù)學(xué)習(xí)者的行為作出反應(yīng)。此外，憑著對學(xué)習(xí)情境及學(xué)習(xí)主題的充分理解，它們能夠在學(xué)習(xí)過程中發(fā)揮重要作用。Adele(遠(yuǎn)距離教育代理 )a)USC開發(fā)的一種教學(xué)代理一一Adele(遠(yuǎn)距離教育代理簡易版Agent for Distance Education-Light Edtion)。b)Adele是一種專為適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)虛擬教育環(huán)境而設(shè)計(jì)的教育代理。這一教育代理的體系結(jié)

13、構(gòu)貫徹了最基本的教育功能:表述知識、監(jiān)控學(xué)生及提供反饋、探究問題，以及提示和解答。d)這些功能都是通過一個能夠支持與學(xué)生進(jìn)行連續(xù)和多種模式交互的逼真代理人來完成的。e)Adele體系結(jié)構(gòu)能夠在網(wǎng)絡(luò)瀏覽環(huán)境的客戶端執(zhí)行，并能與用其他幕后創(chuàng)作工具產(chǎn)生的虛擬環(huán)境相互作用。f)Adele設(shè)計(jì)目的是為幫助學(xué)生完成基于問題的訓(xùn)練而設(shè)計(jì)的，這些練習(xí)被整合到教學(xué)材料中并由互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳送。Adele在設(shè)計(jì)中不僅支持單機(jī)用戶及單一系統(tǒng)教學(xué)，同時也支持多用戶和多系統(tǒng)的協(xié)作訓(xùn)練。Adele結(jié)構(gòu)綜述的結(jié)構(gòu)1）Adele系統(tǒng)包括四個主要的組成部分:教育代理、虛擬環(huán)境、客戶-服務(wù)器和服務(wù)器存儲器。其中教育代理又包括兩個子部

14、分:動態(tài)代理人及推理引擎。2）中央服務(wù)器的作用是保存記錄學(xué)生進(jìn)展的數(shù)據(jù)庫，并在適當(dāng)時候保證多機(jī)及多用戶協(xié)作訓(xùn)練同步進(jìn)行。3）推理引擎完成所有的監(jiān)控和決策。決策建立過程為：選擇案例后從服務(wù)器下載的學(xué)生模型，案例任務(wù)圖示以及初始狀態(tài)，以及隨學(xué)生完成案例過程而更新的當(dāng)前代理的智力狀態(tài)。案例完成后，學(xué)生行為的記錄將被保存到服務(wù)器，用于評價(jià)學(xué)生的技術(shù)水平并對以后案例中Adele如何與學(xué)生進(jìn)行交互作出決策。4）動態(tài)代理人不過是一段Java程序，能夠單獨(dú)使用于基于網(wǎng)絡(luò)的JavaScript接口，也可以合并到更大的應(yīng)用程序中，例如我們在此所描述的虛擬訓(xùn)練。5）自制動態(tài)代理不像Microsoft那樣的幕后(of

15、f-the-shelf)代理，可以保證平臺的獨(dú)立性和可擴(kuò)展性。代理人程序使我們能夠方便地增加和改變動畫畫面以支持用戶選擇不同的代理。2.Adele面向代理的方法a)Adele是基于自治代理范例而不是智能導(dǎo)師系統(tǒng)范例設(shè)計(jì)的。Adele則為運(yùn)行于網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計(jì)的，過渡到基于網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境不僅限制了與用戶交互的可能模式，也對其執(zhí)行提出了更高的要求。b)Adele對注視的眼神和身體姿勢的運(yùn)用，以及它對學(xué)生行為的反應(yīng)能力，使它具有真實(shí)性并能感到學(xué)習(xí)者的存在，而它使用的面部表情則激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)。c)Adele的設(shè)計(jì)模塊化，并能支持外部程序接口的幕后(off-the-shelf)創(chuàng)作工具所制作的網(wǎng)上訓(xùn)練和虛擬

16、學(xué)習(xí)相結(jié)合。的學(xué)習(xí)任務(wù)表示Adele的陳述方案雖然簡單而又通用，卻能達(dá)到對學(xué)生提供可用的反饋的目的。為了使代理的推理引擎能在用戶端高速運(yùn)行，也為了支持知識的掌握和建構(gòu)，簡單原則是必不可少的。目前Adele的任務(wù)陳述不僅能支持大范圍的科學(xué)課程教育，同時也適用于多種技能訓(xùn)練。4.Adele基于情境的推理A.引用情境空間來建構(gòu)學(xué)科領(lǐng)域的狀態(tài)空間，以達(dá)到在動態(tài)的域里指導(dǎo)行為的計(jì)劃。B.情境由命名、通用狀態(tài)(world state)、目標(biāo)表示、優(yōu)先級和一系列的轉(zhuǎn)換而定義。其中，world state和目標(biāo)表示是狀態(tài)描述的一部分。優(yōu)先級用來在適用選擇不止一個的情形下進(jìn)行情境的組織。轉(zhuǎn)換則描述當(dāng)相關(guān)條件在通

17、用狀態(tài)(world state)為真時可能導(dǎo)致的各種情境。C.通常，進(jìn)入一種情境后，適應(yīng)該情境的子程序?qū)⒈蛔鳛槭纠?，以達(dá)到目標(biāo)表達(dá)式。由于教學(xué)領(lǐng)域允許我們事先知道所有可能出現(xiàn)的情境，所以沒有必要為每一個情境生成實(shí)時程序。相反，所有情境的程序都是提前設(shè)計(jì)的，并把可能出現(xiàn)的負(fù)面交互考慮進(jìn)去。例如，由于新增步驟消除已執(zhí)行步驟的效果而產(chǎn)生的負(fù)面交互等，因此，Adele的推理引擎要完成的任務(wù)是監(jiān)控情境。D.對于Adele的推理引擎來說，總有一個已定義的當(dāng)前情境，推理引擎監(jiān)控通用狀態(tài)(world state)的變化，并決定是否向另一情境轉(zhuǎn)化。作為教學(xué)狀態(tài)變化基礎(chǔ)的當(dāng)前程序隨著情境變化而變化。(三)Adele的教育功能Adele與以前的教育代理比較，支持了一些新增的教育功能。運(yùn)用對學(xué)生和情境的雙重知識，Adele能在教學(xué)中插入測試，提供相關(guān)參考資料的指示器，并通過贊許學(xué)生的進(jìn)步進(jìn)而激發(fā)學(xué)生。1隨機(jī)式教學(xué)A.基于情境的推理也可應(yīng)用于當(dāng)學(xué)生從事某一給定任務(wù)時進(jìn)行隨機(jī)引導(dǎo)的問題。B.為了保持對情境的實(shí)時響應(yīng)，代理可以和學(xué)生進(jìn)行適用于情境的交互。C.通過這種方式表述知識，使得代理能夠?qū)μ摂M世界的各種變化作出響應(yīng)，不僅適用于具體學(xué)科領(lǐng)域的情況，同時可以探索不同的教育方式。2情境參考A.由于Adele是教學(xué)系統(tǒng)的一部分，必須支持課程設(shè)計(jì)者對與教學(xué)目標(biāo)相關(guān)的材料提供參考。這些