《人工智能》（何泽奇）491-6教案 第19课 Agent通信与多Agent系统

PAGE4PAGE4PAGE7PAGE7课题Agent通信与多Agent系统课时2课时（90min）教学目标知识技能目标：（1）熟悉Agent的概念、特性、结构和类型，理解Agent的通信过程（2）掌握多Agent系统的概念、特点、基本模型与体系结构等思政育人目标：弘扬精益求精、科学严谨、追求卓越的工匠精神熟悉技术原理，提升专业知识储备，培养钻研精神关注国家资讯，增强民族意识，培养爱国主义精神教学重难点教学重点：多Agent系统的概念、特点、基本模型教学难点：Agent的通信过程教学方法讲授法、讨论法、问答法教学用具计算机、投影仪、多媒体课件、教材教学设计→→→传授新知（30min）→→传授新知（40min）→课堂练习（7min）→课堂小结（3min）→作业布置（2min）教学过程主要教学内容及步骤设计意图课前任务【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，让其提醒同学通过文旌课堂APP或其他学习软件，完成课前任务合作可以实现共赢，且获得的整体利益远大于部分和的利益，而通信是实现合作必不可少的基础条件。如果Agent之间想实现信息交流与传递，就必须进行通信。请各位同学了解一下Agent之间怎么实现信息交流？【学生】完成课前任务通过课前任务，使学生了解本次课程的重点，增加学生的学习兴趣考勤

（2min）【教师】通过文旌课堂APP让学生签到【学生】签到，班干部交假条培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况问题导入（3min）【教师】提出以下问题，并邀请学生回答听说过Agent通信吗？【学生】讨论、举手回答【教师】通过学生的回答引入要讲的知识，并板书：Agent通信本节课主要介绍Agent通信的相关知识。【学生】聆听通过问题导入的方法，引导学生主动思考，激发学生的学习兴趣传授新知

（30min）10.3Agent通信【教师】提问：什么是Agent通信？【学生】讨论、举手回答【教师】总结合作可以实现共赢，且获得的整体利益远大于部分和的利益，而通信是实现合作必不可少的基础条件。如果Agent之间想实现信息交流与传递，就必须进行通信。通信是实现和提高Agent智能性的有效途径，是Agent社会性的体现，是增加Agent实用价值不可或缺的一部分。10.3.1Agent通信的过程【教师】用PPT展示“Agent通信过程”图片，进行知识讲解Agent之间进行通信就是改变信息载体，将载体发送到接收Agent的可观察环境中，其通信过程如图10-8所示。【学生】聆听、理解10.3.2Agent通信的类型1．使用Tell和Ask通信【教师】用PPT展示“两个Agent通过Tell和Ask通信”图片，进行知识讲解Agent之间分享一个共同的内部表示语言，并通过通信界面Tell和Ask直接访问共享的知识库，如图10-9所示。【学生】聆听、理解由图10-9可知，两个共享内部语言的Agent使用Tell和Ask界面，并借助知识库进行直接通信，其中每个Agent除了具有感知和行为端口之外，还具有连接知识库的输入/输出端口。【教师】提醒：该通信类型不需要任何外部语言，通信时AgentA可以使用Tell（KBB，“P”）通信把提议P传到AgentB，就如同AgentA使用Tell（KBB，“P”）把提议P加到自己的知识库一样。还有，AgentA可以使用Ask（KBB，“Q”）查出AgentB是否知道提议Q。通常将这种通信称为灵感通信。2．使用形式语言通信【教师】用PPT展示“两个Agent使用语言通信”图片，进行知识讲解多数Agent的通信是通过语言实现的。图10-10描述了两个Agent使用语言通信的基本结构。其中，外部通信语言可以与内部表示语言不同，并且每一个Agent都可以有不同的内部语言。【学生】聆听、理解【教师】提醒：只要每个Agent能够可靠地实现从外部语言到内部语言的映射，它们就无须统一任何内部符号。该通信类型需要外部语言，通信时，有些Agent可以执行表示语言的行为，有些Agent可以感知这些语言。10.3.3Agent通信的方式【教师】安排学生扫描二维码“AGENT通信的方式”，了解通信方式Agent通信是多Agent系统实现问题求解的关键。通信方式可分为黑板系统和消息/对话系统。【学生】扫码观看、了解通信方式1．黑板系统黑板系统采用合适的结构支持分布式问题求解。在多Agent系统中，黑板系统提供一处公共工作区，Agent可以“看”到黑板上的问题、数据和求解记录等，并将对问题的求解结果“写”到黑板上，供其他Agent求解问题时参考、使用等。【教师】提醒：黑板系统可用于任务共享系统和结果共享系统中。由于黑板系统中Agent增加会引起数据增加，从而导致Agent访问黑板时效率下降，因此，黑板系统应为Agent提供不同的区域。2．消息/对话系统消息/对话系统是实现协调策略的基础，各Agent使用规定的协议相互交换信息，用于建立通信和协调机制。【教师】提醒：为了支持协调策略，通信协议必须明确规定通信过程、消息格式和通信语言。而且，Agent间的通信是交换知识，参与通信的Agent都必须知道通信语言的语义。在面向消息的多Agent系统中，发送Agent将特定的消息传送至接收Agent。两Agent之间的消息是直接交换的，执行过程中没有缓冲。一般情况下，发送Agent要为特定消息指定唯一的地址，只有该地址的Agent才能读该条消息。【教师】提醒：目前，国际上使用比较广泛的Agent通信语言有知识交换格式语言（KIF）和知识查询操纵语言（KQML）。知识交换格式语言主要是基于谓词逻辑的知识表示工具，可描述专家系统、数据库、多Agent等所含有的知识。知识查询操纵语言为多Agent通信定义了一套消息表达机制和消息传递格式，并提供了一套建立连接识别和交换消息的协议，构建了一种标准的通用框架。【学生】聆听、记录、理解通过教师的讲解和课堂互动，使学生了解Agent通信的过程新知导入（3min）【教师】讲解新的知识多Agent系统（multi-agentsystem，MAS）是由分布在网络上的多个Agent松散耦合而成的系统，这些Agent不仅自身具有问题求解能力和行为目标，还能够相互协作，实现共同的整体目标，即解决现实中由单个Agent无法处理的复杂问题。【学生】聆听【教师】导入新的知识点：多Agent系统通过导入环节，激发学生的学习兴趣传授新知（40min）10.4多Agent系统10.4.1多Agent系统的概念与特点【教师】讲解多Agent系统的概念与特点多Agent系统（multi-agentsystem，MAS）是由分布在网络上的多个Agent松散耦合而成的系统，这些Agent不仅自身具有问题求解能力和行为目标，还能够相互协作，实现共同的整体目标，即解决现实中由单个Agent无法处理的复杂问题。多Agent系统是由多个Agent组成，因此，它具有和Agent一样的特性。此外，它还具有如下特点。（1）多Agent系统中数据分布或分散存贮。（2）多Agent系统的执行过程具有并发性、并行性和异步性。（3）多Agent系统中每个Agent都具有不完全的信息，同时还具有问题求解能力。（4）多Agent系统不存在全局控制。10.4.2多Agent系统的基本模型与体系结构多Agent系统的基本模型与其应用环境息息相关，它的体系结构更是直接影响系统异步性、一致性、自主性和自适应性的程度。1．多Agent系统的基本模型【教师】用PPT展示“蚂蚁搬家”表格，进行知识讲解针对不同的应用环境，从不同的角度提出了多种不同的多Agent系统，其基本模型包括BDI模型、协商模型、协作规划模型和自协调模型等，具体介绍如表10-4所示。【学生】聆听、理解2．多Agent系统的体系结构多Agent系统的体系结构决定信息的存储方式、共享方式和通信方式。因此，体系结构中必须有共同的通信协议或传递协议。对于特定的应用，应选择与其能力要求相匹配的体系结构。常见的多Agent系统的体系结构有网络结构、联盟结构和黑板结构等。（1）网络结构中，任何Agent之间都是直接通信的，通信和状态知识都是固定的。通信时，Agent必须知道消息在何时送到何地，哪些Agent可以合作，以及Agent具备什（2）联盟结构中，若干近程Agent通过协助者Agent进行交互，而远程Agent之间的交互则由局部Agent群体的协助者Agent协作完成。这种结构中Agent不需要知道其他Agent的详细信息，因此具有较大的灵活性。（3）黑板结构中，局部Agent将信息存放在可存取的黑板上，实现局部数据共享。但是，局部数据共享要求一定范围群体的Agent具有统一的数据结构或知识表示，因而限制了系统中Agent设计和建造的灵活性，从而导致黑板结构不易应用于开放的分布式系统。10.4.3多Agent系统的协调、协作和协商协调、协作和协商都是多Agent系统研究的核心问题。协调是指一组Agent完成一些集体活动时可以和谐地进行相互作用。协作是非对抗的Agent之间保持行为协调的一个特例，它通过适当的协调，合作完成共同的目标。协商是多Agent系统实现协调、协作、冲突消解和矛盾处理的关键环节。1．多Agent系统的协调【教师】用PPT展示“多Agent系统的协调方法”表格，进行知识讲解多Agent系统的协调是指多个Agent为了共同合作解决复杂问题而进行交互的过程。进行协调是希望避免Agent间的负面交互关系导致冲突，一般包括资源冲突、目标冲突和结果冲突等。表10-5列举了当前主要的4种协调方法。【学生】聆听、理解2．多Agent系统的协作【教师】用PPT展示“蚂蚁搬家”表格和“多Agent系统的协作过程”图片，进行知识讲解协作行为是多Agent系统必不可少的行为。根据Agent之间目标的关系和协作的程度，可将协作分为5种类型，如表10-6所示。多Agent系统的协作过程一般分为6个阶段，如图10-11所示。【学生】聆听、理解常用的协作方法有合同网协作方法、黑板模型协作方法和市场机制协作方法等。（1）合同网协作方法是著名且应用广泛的一种协作方法，其基本思想来自商务过程中，管理商品和服务的合同机制。在该方法中，将所有的Agent分为管理者和工作者两种角色，每个角色依据自己的职能实现多个Agent间的协作。（2）黑板模型协作方法的基本思想是多个专家通过黑板提供的共享工作空间相互协作，共同求解一个问题。（3）市场机制协作方法的基本思想是针对分布式资源分配的问题，建立相应的通信消耗计算模型，实现以最少的直接通信协调多个Agent之间进行活动。3．多Agent系统的协商多Agent系统中协商的关键技术可归纳为3个方面，包括协商协议、协商策略和协商处理。（1）协商协议是Agent之间进行交互的规则，可决定何方何时采用何种行为，是规范交互协商行为的基础。【教师】提醒：协商协议主要研究Agent通信语言的定义、表示、处理和语义解释。协商协议最简单的形式为协商通信消息：（<协商原语>，<消息内容>）其中，协商原语代表消息类型，其定义一般以对话理论为基础；消息内容包括消息的发送者、接收者、消息编号、消息发送时间等固定信息，以及与协商应用的具体领域有关的信息描述。（2）协商策略是Agent选择协商协议和通信消息的策略，主要包括两部分内容，即一组与协商协议相对应的原始协商策略和策略的选择机制。【教师】提醒：策略对于协商的效率具有至关重要的作用，根据不同的应用领域应该选择不同的协商策略。协商策略可分为5类，包括单方让步策略、竞争型策略、协作型策略、破坏协议策略和拖延协商策略。（3）协商处理包括协商算法和系统分析两方面的内容。其中，协商算法主要用于描述Agent在协商过程中的行为，包括通信、决策、规划和知识库操作等；系统分析常用于分析和评价Agent协商的行为和性能，并回答协商过程中的某些问题，如问题求解质量、算法效率和系统的公平性等。【教师】提醒：协商协议主要用于处理协商过程中Agent间的交互；协商策略主要用来修改Agent内的决策和控制过程；而协商处理侧重于描述和分析单Agent和多Agent协商的整体协作行为和性能。【学生】聆听、记录、理解通过老师讲解，让学生了解多Agent系统的概念与特点课堂练习（7min）【教师】安排学生完成下题让学生完成简答题（1）简述什么是多Agent系统。（2）简述多Agent系统的协作过程和协作方法。【学生】完成练习通过课堂练习，了解学生学情课堂小结

（3min）【教师】简要总结本节课的要点（1）Agent之间进行通信就是改变信息载体，将载体发送到接收Agent的可观察环境中，其通信类型包括使用Tell和Ask通信和使用形式语言通信；通信方式可分为黑板系统和消息/对话系统。（2）多Agent系统是由分布在网络上的多个Agent松散耦合而成的系统，这些Agent不仅自身具有问题求解能力和行