基于Agent的智能人機(jī)接口技術(shù)-技術(shù)方案

精品文檔-下載后可編輯基于Agent的智能人機(jī)接口技術(shù)-技術(shù)方案摘要:本文提出利用“代理人”的思想來實現(xiàn)人機(jī)協(xié)調(diào),將agent技術(shù)和方法應(yīng)用于人機(jī)接口,并設(shè)計了一個決策支持系統(tǒng)中的基于Agent的人機(jī)接口模型,應(yīng)用Agent接口實現(xiàn)人、機(jī)器和其它設(shè)備的三位一體模型,并給出了該系統(tǒng)的工作流程。

關(guān)鍵詞:Agent;人機(jī)協(xié)調(diào);人機(jī)接口

1人-機(jī)失調(diào)問題

人、機(jī)(計算機(jī)、生產(chǎn)及控制設(shè)備等)是由兩種截然不同的對象,在一定的環(huán)境和組織機(jī)構(gòu)中組成的復(fù)雜人機(jī)系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)中,人與機(jī)器配合工作,各司其職。人主要從事思維、感知、決策、創(chuàng)造等方面的工作,機(jī)器則在生產(chǎn)過程的實施與控制方面發(fā)揮作用,或從事由于生理或心理因素人們無法完成的工作。受傳統(tǒng)思維方式的影響,人們常常不自覺地將系統(tǒng)中人與機(jī)器之間的有機(jī)聯(lián)系割裂開來,用技術(shù)的方法研究機(jī)器的作用,用管理學(xué)的方法研究人的影響。

近年來,雖已開始對人在生產(chǎn)制造系統(tǒng)中的地位有所認(rèn)識,但對如何處理好系統(tǒng)中人機(jī)的關(guān)系,尚無具體的研究成果。

2智能人機(jī)接口技術(shù)實現(xiàn)人機(jī)協(xié)調(diào)

控制論的創(chuàng)始人維納早就指出“:當(dāng)我們使用有理智的機(jī)器的時候,我們自己應(yīng)該在利用這些機(jī)器之前,表現(xiàn)出更大的理智和才能”。在復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)中,人與機(jī)器的合理分工、協(xié)同和集成是有效實施智能管理系統(tǒng)集成及優(yōu)化技術(shù)的關(guān)鍵。

2.1人機(jī)一體化思想

在制造環(huán)境中,人的作用是不可替代的。在制造智能管理自動化系統(tǒng)的人機(jī)關(guān)系問題上,初的思想是強(qiáng)調(diào)高度自動化,但在研究和應(yīng)用實踐中產(chǎn)生的種種問題,使人們逐漸認(rèn)識到適度自動化的重要性,進(jìn)而提出了“人件”(Humanware)與“軟件”、“硬件”

具有同等重要性。1990年錢學(xué)森在研究思維科學(xué)時,提出了“綜合集成工程”(Meta-syntheticEngineering),其中蘊(yùn)涵了人在集成系統(tǒng)中的不可替代作用。

路甬祥院士提出了“人機(jī)一體化系統(tǒng)”,其內(nèi)容是強(qiáng)調(diào)人在系統(tǒng)中的重要性,人機(jī)協(xié)同感知、思維和執(zhí)行實現(xiàn)人與機(jī)械的整體綜合(Metasynthesis),強(qiáng)調(diào)人在回路中的重要性,通過超介質(zhì)(hypermedia)實現(xiàn)人機(jī)耦合(human-machinecoupling),從而實現(xiàn)人機(jī)協(xié)同合作(human-machinesynergy)。

人與機(jī)器是兩種具有重大區(qū)別的系統(tǒng),要實現(xiàn)二者有機(jī)的結(jié)合,達(dá)到協(xié)同的目的,首先必須了解各自的特點(diǎn),然后尋求二者通過超介質(zhì),如智能人機(jī)接口結(jié)合實現(xiàn)人機(jī)一體化系統(tǒng)。

2.2智能人機(jī)接口

涂序彥教授指出的“人機(jī)協(xié)調(diào)”意味著:人與自動化機(jī)器設(shè)備組成的人機(jī)系統(tǒng)(Man-MachineSystem)中,人與機(jī)器通過多媒體智能界面(MultimediaIntelligentInterface)進(jìn)行人機(jī)友好通信,在人機(jī)合理分工的基礎(chǔ)上,進(jìn)行人機(jī)協(xié)同工作,實現(xiàn)人機(jī)“智能集成”(IntelligenceIntegration),促進(jìn)人機(jī)“智能共生”(IntelligenceCo-growing),達(dá)到“人機(jī)和諧”(Man-MachineHarmonization)。為了實現(xiàn)人機(jī)協(xié)調(diào),在系統(tǒng)設(shè)計中要做到人機(jī)合理分工,而在實現(xiàn)中則要提供多媒體的人機(jī)智能接口,以便在系統(tǒng)運(yùn)行中能夠進(jìn)行人機(jī)的友好交互,實現(xiàn)人機(jī)智能結(jié)合,人機(jī)協(xié)同工作。在多庫協(xié)同軟件支持下,可以為智能管理系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)可視化的多媒體人機(jī)智能界面,建立人機(jī)協(xié)調(diào)的智能管理系統(tǒng)。

借助智能人機(jī)接口實現(xiàn)人機(jī)協(xié)調(diào)的要求:

(1)要實現(xiàn)人機(jī)協(xié)同的思想,必須充分發(fā)揮人與機(jī)器各自的特點(diǎn),以協(xié)同為目標(biāo),借助一個既能理解人的思維和行為,又能理解機(jī)器行為的人機(jī)接口,在人與機(jī)器之間建立一種柔性的耦合關(guān)系,是將具有本質(zhì)區(qū)別的兩個事物有機(jī)融合的一種可行思路。

(2)人特有的認(rèn)知和行為特點(diǎn),決定了人機(jī)接口的視線中應(yīng)該設(shè)計由人根據(jù)自身特點(diǎn)、經(jīng)驗知識創(chuàng)造的,并具有人類某些重要意識屬性和行為特點(diǎn)的“代理人”。這個“代理人”駐留在人機(jī)接口系統(tǒng)中。

(3)“代理人”需要具有適用于不同人的認(rèn)知和行為特點(diǎn)的能力,這是建立在對人的認(rèn)知和行為特點(diǎn)充分理解的基礎(chǔ)之上的。因此中間體本質(zhì)上是一個知識系統(tǒng)。

(4)讓“代理人”作為人和機(jī)器之間信息、知識、情感溝通的橋梁,既不需要構(gòu)建具有超人的智能機(jī)器(實踐已經(jīng)證明一味追求智能化機(jī)器的道路已經(jīng)步履維艱),又避免了人與機(jī)器地生硬的直接接觸。這就是一種智能化人機(jī)—體的超介質(zhì)。

3智體(Agent)的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)

智體(Agent)是很好的實現(xiàn)上述“代理人”的工具。

Agent代表擬人的智能實體,具有類似于人的特性和功能,如:

(1)自律性(Autonomy)。Agent具有根據(jù)自己的信念、愿望和意圖,自律地、獨(dú)立地自行決策的性能。

(2)主動性(Activity)。Agent能預(yù)見環(huán)境的變化并按照其目的和需求主動地采取行動。

(3)敏感性(Sensibility)。Agent具有感知、識別和理解環(huán)境或其它智體的性能。

(4)反應(yīng)性(Reactivity)。Agent能輸入刺激信息和輸出反應(yīng)行為,能接收指示并執(zhí)行任務(wù)。

(5)機(jī)動性(Mobility)。Agent具有機(jī)動性、靈活性和適應(yīng)性,能在其生存環(huán)境中隨意移動,并實現(xiàn)某些遠(yuǎn)程操作。

(6)社團(tuán)性(Sociality)。各種Agent之間可以相互通信、協(xié)商、協(xié)作和協(xié)調(diào)。若干Agent可組成Agent團(tuán)隊或Agent社會。

為了表達(dá)agent的特性和功能,agent的模型可用一個六元素的數(shù)據(jù)集來給出。如下:

A={Au,Ac,Se,Re,Mo,So}(1)其中:A—Agent;Au—自律性;Ac—主動性;Se—感知性;Re—反應(yīng)性;Mo—移動性;So—社團(tuán)性作為擬人的智能實體,智體的結(jié)構(gòu)應(yīng)類似于人。

智體的一般結(jié)構(gòu)如圖1所示。在圖中,智體包括如下3個單元素:

(1)決策生成器(DecisionMaker)。具有自律性Au和主動性Ac的決策生成器根據(jù)自己的信念、愿望、意圖和感受器輸入的信息,輸出指令給效應(yīng)器。

(2)感受器(Sensor)。具有敏感性能的感受器,從外界環(huán)境或其他Agent接受輸入的刺激信息,并提供經(jīng)過處理的信息給決策生成器。

(3)效應(yīng)器(Actuator)。具有反應(yīng)性能的效應(yīng)器接收決策生成器的指令,并產(chǎn)生輸出行動,作用于外界環(huán)境或其它Agent。

基于Agent的體系結(jié)構(gòu),可以利用軟件、硬件或“軟一硬”件的方法和技術(shù)來設(shè)計和實現(xiàn)。

4基于Agent的人機(jī)接口在決策支持系統(tǒng)中的實現(xiàn)模型

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)更需要一個界面友好的人機(jī)交互系統(tǒng).

人機(jī)接口,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,從而構(gòu)成基于網(wǎng)絡(luò)的分布式人機(jī)共存環(huán)境。

4.1基于Agent的人機(jī)協(xié)調(diào)機(jī)制

這種用于充當(dāng)人和機(jī)器信息溝通的橋梁的人機(jī)接口Agent將人(管理者、決策人、操作者、調(diào)度員等)和計算機(jī)及其它機(jī)器設(shè)備有機(jī)地結(jié)合起來,形成了一種人與機(jī)器相互激發(fā)、優(yōu)勢互補(bǔ)、共同尋求問題求解的協(xié)同機(jī)制(如圖2)。

上述模型是一個三位一體的結(jié)構(gòu),打破了傳統(tǒng)的人-機(jī)二元綜合的思路。Agent具有人和機(jī)器的各自特點(diǎn),將原來的人與高度智能化的機(jī)器之間的“硬接口”

分解為若干組“人—Agent”和“Agent—機(jī)器”的雙柔性接口。在很大程度上,Agent充當(dāng)了人的代理。實現(xiàn)人機(jī)協(xié)同的任務(wù)就轉(zhuǎn)變?yōu)檠兄凭哂须p向人機(jī)接口的Agent。

4.2人機(jī)接口Agent的工作方式

人機(jī)接口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,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Agent通訊獲得知識。人機(jī)接口Agent的工作模式如圖3所示。

通過人機(jī)接口Agent可實現(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。

在本系統(tǒng)中,界面Agent一方面要通過系統(tǒng)提供信息,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的工作流程如下:

(1)根據(jù)用戶的登錄情況為新用戶建立初步用戶模型或為舊用戶查詢得到其用戶模型。

(2)根據(jù)用戶模型,確定人機(jī)接口Agent的工作方式。

(3)用戶按人機(jī)接口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。

(4)根據(jù)系統(tǒng)模型,觸發(fā)適當(dāng)?shù)墓δ蹵gent,由它們相互協(xié)作完成相應(yīng)的決策功能。

(5)接受其它Agent傳送來的處理結(jié)果,按確定的輸出方式輸出結(jié)果。

用戶模型采用紀(jì)錄形式表達(dá),存儲于范例庫中,其中的字段代表用戶的特征,形式為: