一个基于Multi_agent的决策支持系统的设计

1、文章编号 :1001 5132(2002 01 0059 04收稿日期 :2001-10-23., 一个基于 Multi agent 的决策支持系统的设计熊伟清 , 魏 平 , 沈明(宁波大学 信息科学与工程学院 , 浙江 宁波 315211摘要 :在 DSS 开发中 , 引入 agent 技术 , 提出了一个基于 Multi agent 的决策支持系统的框架结构设计 ,并为该系统构造界面 Agent 、 信息 Agent 、 模型 Agent 和管理 Agent, 在实际使用中 , 取得了良好的效果 . 关键词 :DSS; Multi agent; 人机接口 ; 模型库 ; 信息检索 中图分

2、类号 :TP319 文献标识码 :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 是近年来计算机科学领域中的一个重要 概念 , 它是指一类在特定环境下能感知环境 , 并能自

4、 主地运行以代表其设计者或使用者实现一系列目标 的计算实体或程序 . 具有自主性、 社会性、 主动性、 反 应 性等特性 . Multi agent 系 统由一组具 有一定资 源 和能力、 相对独立且相互作用的 Agent 组成 . 人工智 能的发展由单机智能发展为 DAI, 由 DAI 的发展到 MAS, 该领域也成为当前人工智能研究的一个热门 领域 , 在许多领域都有成功的应用 . 有人预测 , Agent 将是未来十年最重要的计算范型 1.Agent 的概念是由美国 Minskey M 教授提出的 , 对它的定义由多种描述 , 其中普遍为人们所接受的 如 :Agent 被定义为一个软件过

5、程 , 它对外界环境进 行检测并做出反应 , Agent 具有自治和智能的特性 ,并具有获取经验的能力 , 能根据自身的原则来决定 自身的行为 . 从功能角度来分为智能型和非智能型 两类 , 即认知 Agent 和反应 Agent. 智能体的表现为能 够进行高级问题求解 , 可随着环境变化修改自己的 目标、 学习 知识并提高能力 . 目前针对 各种应用领 域 , 出现了各种各样的智能体 . 软件 Agent 是计算机 程序 , 具有自主性、 协作性 , 当把分布式环境下的信 息处理看作分布式问题求解系统时 , 开发系统即创 建一组组粒度的协作 Agent, 使它们共同解决某一任 务 .决策支持

6、系统是综合利用各种数据、 信息和知 识 , 以模型技术为核心 , 辅助人们解决半结构或非结 构决策问题的人机交互信息系统 . 基于人工智能技 术的智能决策 支持系统是决策支持系 统的重要方第 15卷 第 1期 2002年 3月宁 波 大 学 学 报 (理 工 版 JOURNAL OF NINGBO UNIVERSITY (NSEEVol. 15No. 1Mar. 2002向 , 智能体技 术为智 能决策 支持 系统提 供了新 的途径 .另外 , 软件开发方法的发展是人们认识不断深 化的过程 , 从早期的结构化方法到目前的面向对象、 Agent 技术的应用 , 反应了人们对客观世界认识的深 入

7、, 同时 , 也更加符合人们的思维方式及客观世界的 本来面目 .1 一个具体应用的设计我们在开发某水电检修公司管理信息系统中 , 由于系统庞大 , 施工现场遍及全省各个水电站 , 整个 系统包括生产管理子系统、 物资管理子系统、 人事管 理子系统、 行政管理子系统、 安全管理子系统、 计划 管理子系统等 , 我们采用了 Multi agent 技术 应用于 该系统 , 大大提高了软件开发的效率 , 较好的完成了 该课题 .以其中一个物资分配决策系统为例 , 该问题是 根据各单位提出对物资的需求申请 , 按仓库的库存 情况和生产作业计划的要求制定分配方案 , 再根据 分配方案以及仓库和单位的距

8、离制定物资运 输方 案 . 最后 , 按照物资运输方案制定各仓库的发物表和 各单位接收表 , 修改各仓库库存和各单位的物资数 . 该决策问题需要设计多个数据库和多个模 型共同 求解 .该系统的基本功能是 :(1 物资申请和库存的计划汇总 . 各单位按自己 的需要提出对物资的申请 , 各仓库产生物资的可供 应情况 .(2制定物资的分 配方案 . 利用物资分配 模型 (该模型由一系列公式实现的 产生物资分配方案 . (3 制定物资运输方案 . 利用运输问题数学模型 的求解方法 , 制定各物资的运输方案 .(4 制定物资调拨方案 . 制定物资调拨方案包括 物资调拨模型和制表模型 , 它们都是数据处理

9、模型 . 其中物资调拨模型完成物资调拨汇总工作和修改库 存和物资数 2个数据库 . 制表模型要完成发物和收 物报表的打印 .该 DSS 由界面 Agent 、 模型 Agent 、 管理 Agent 和 信息 Agent 等组成 , 整体框架如图 1所示 . 下面分别 讨论每个 Agent 的作用和实现 .图 1 DSS 的多 Agent 的组织结构图2 界面 Agent 与人机接口决策支持系统强调决策过程的人机交互 , 它比 一般的软件系统更需要一个界面友好的人机交互系 统 . 界面 Agent 可充当用户和机器信息沟通的桥梁 , 形成一种人机互相激发、 优势互补、 共同寻求问题的 有效途径

10、 , 从而构成基于网络的分布式人机共存环 境 . 整个系统成为一个多 Agent 系统 . 用 Agent 来表 示事件将可实现事件的并发处理 , 并使事件的加入、 修改、 删除与组合变得非常容易 .界面 Agent 强调 Agent 的自主性和学习性 , 它可 作为人的助手 , 通过与用户协作替用户传达决策任 务 . 在决策过程中 , 界面 Agent 可采用以下几种学习 方式来适应问题的变化 :通过发现和模拟用户学习 知识、 通过获得用户的正向和负向反馈学习知识、 通 过用户的指导获得知识、 通过与其它界面 Agent 通 讯获得知识 .基于界面 Agent 的人机交互方式如图 2所示 .

11、图 2 界面 Agent 工作方式通过界面 Agent, 可实现人机智能结合 , 通过多 Agent 系统的集成 , 可提高人 机系统的综合智能水 平 , 可以为人和机器的双向通信提供友好交互、 自然 对话的条件 , 构成人机协调系统 . 例如 , 可以理解用 户发出的命令、 并替用户执行诸如数据库搜索或替 用户记录和处理信息等 .60宁波大学学报 (理 工 版 2002供信息 , 提出任务要求 ; 另一方面系统也要通过界面向用户提供解答和各种辅助决策信息 , 或者向用户 索取为完成任务需要的补充信息 . 不同的界面 Agent 对应处理不同的用户要求和不同的任务 .本系统的 Agent 的工

12、作流程如下 :(1 用户登录 , 确认用户和口令 ; (2 选择此次奥作的任务 ;(3 若为新用户 , 则提示用户选择其对系统的熟 悉程度、 知识背景、 决策风格 , 并根据选择结果建立 用户的初步模型 ; 否则在用户模型库中查询得到其 用户模型 ;(4 根 据 用 户 模 型 , 确 定 界 面 Agent 的 工 作 方式 .(5用户按界面 Agent 提供的输入方式录 入信 息 , 包括数据信息或一些定性信息 ;(6 根据系统模型 , 触发适当的功能 Agent, 由它 们相互协作完成相应的预测功能 ;(7 接受其他 Agent 传送来的处理结果 , 按确定 的输出方式输出结果 , 并提

13、供系统执行过程中形成 的解释文件 .用户模型采用纪录形式表达 , 存储于范例库中 , 其中的字段代表用户的特征 , 形式为 :用户模型 用 户类型、 对系统熟悉程度 , 知识背景 , 决策背景 , 决策 风格 , 系统提取这些主要是因为它们与用户所偏好 的界面形式由密切关系 . 而对于每个用户 , 信息存于 范例库中 , 存储方式为 :用户用户名 , 用户类型 .界面 Agent 中的 学习 主要 用于用 户模 型的 调 整、 范例库的修正、 知识库的完善 .3 模型 Agent 与模型库系统DSS 的模型库系统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这样几种 ; 模

14、型表示的实体关系模型、 结构化模型、 面向对象的 模型、 模型的数据表示法、 模型的框架表示法、 构模 语言表示模型 . 模型表示方法恰当与否 , 直接影响模 型定义、 模型操纵与模型求解等具体功能 . 一个好的 模型表示方法应支持模型与方法的集成 , 模型与方 法的独立 , 支持渐近式构模 , 支持模型的集成、 共享 与重用 3.将 Multi agent 引入 DSS 模型的建立 , 用 Agent 来 描述模型 , 一个 Agent 可以描述一个简单模型 , 复杂 , 型库系统即是一个 Multi agent 系统 . 利用 Agent 的特性 , 可使基于 Multi agent 建造

15、的 DSS 模型库系统较 好地实现模型与数据、 模型与方法的集成 , 共享与重 用 , 并可大大减少模型库管理系统的工作 , 模型管理 只是更高层的协调与监控 . 模型 Agent 的基本结构 如图 3所示 .图 3 模型 Agent 的基本结构由于模型库系统中的模型均是可以完成某一种 任务的模型 , 使用时一般不需要改变其结构与功能 , 因此用多 Agent 设计的模型库系统简 单 . 将问题划 分到子问题 , 由单 个 Agent 尽可能完全地负责某个 子问题 , 使用时 Agent 间可以有共同目标的合作方 式进行协商与重组 , 这样可以减少通讯量以及协商 的难度 , 同时将每个 Age

16、nt 限制在其问题领域中 , A gent 的领域间不重叠 , 也可以避免冗余推理 . 模型 Agent 在管理 Agent 的调度下和信息 Agent 的支持 下提供问 题的 具体求 解 , 在本 系统中 模型 Agent 包括物资分配模型、 物资调拨预处理模型和 运输问题模型等 , 图 3给出了一个完整的模型 Agent 结构 .4 信息 Agent 与信息检索信息 Agent 是用来进行信息检 索的智能体 , 采 用信息 Agent, 可以对分布式信息进行管理、 控制和 分类 . 信息 Agent 主要有以下几个方面的功能 :信息 处理、 任 务安排、 协助、 浏 览、 信 息检 索 .

17、 Multi agent 构成信息集成 .在智能决策 支持系统中 , 可 采用信息 Agent 的 上述功能实现决策信息的检索与调度 . 在网络环境 下运行的信息 Agent 也可称为移动 Agent, 它是一种 移动式的信息 Agent, 能够通过在 Internet/intranet 上 使用信息检索工具来采集信息 , 可实现 Web 服务器 和 Web 服务器之间的主动通讯 , 从而可以实现 Web 要素之间的协同作用 , 实现信息资源一体化检索 .61第 1期 熊伟清等 :一个基于 Mul ti agent 的决策支持系统的设计交给用户或模型 Agent, 并监视信息的变化 . 信息资

18、 源包括物资总申请数据库、 物资总库存数据库、 物资 分配数据库、 物资调拨数据库、 实际距离矩阵库和采 购情况库等 . 另外 , 实现客户与共享信息部件之间的 交互 , 有助于提高系统的其它部分 , 从而提高了系统 的灵活性 .我们在实现时采用的是通讯协议 TCP/IP 以及 Java 语言 , 因此 , 可支持异构平台间的信息共享 , 同 时采用了 C/S 的管理模式 , 便于扩充和管理 .本系统信息 Agent 按指示进入数据仓库或其他 的数据环境获取数值、 信息和知识、 提供查询需要或 定量求解需要 . 同时 , 还可把聚类后的对象增补到数 据仓库之中 , 以备重用 . 一个 Agen

19、t 可担负一类数据 采集 , 一群 Agent 可以负责全局数据的获取 .信息库建立在 Oracle 数据库上 , 因此可以直接 使用其强大的数据维护和管理工具 .5 管理 Agent 与组织管理在现实世界中 , 领导者总控管理机制 , 向其下属 的职能个体分派互不相同的职能 ; 智能个体无须考 虑其上的全局问题 , 只按领导者的要求处理好本身 的行为 , 以及与相关个体之间的关系 . 上述基本原理 对 Agent 团体也是适用的 4.DSS 系统由多个 Agent 系统构成 . 全部 Agent 构 成一个团体 , 在团体中 , 根据 Agent 的工作范围 , 分 成若干组 , 每个项目组都有某些成员和相应的约束 关系组成 . 引入管理 Agent 担负管理智能职能 , 每个 项目组中只能有一个管理 Agent.管理 Agent 的职能为对 问题的决策、 查询及对 其它 Agent 的控制和监督 , 对不同项目组之间的成 员进行协调 . Multi Agent 系统中需要解决的难点问 题是任务分解、 任务分配和 Agent 之间的磋商 . 可将上述 Agent 相结合 , 形成多 Agen