《人工智能及其应用》课件第9章 智能体及分布智能

第7章

机器学习大脑就是机器，而且是包含大量严格遵循物理定律的零件的机器。众所周知，我们的思想仅仅是一系列复杂处理过程的产物。而最重要的问题是，我们对这样一台复杂的机器并不够了解，因此我们还没有做好应对这台机器的准备。——马文·明斯基,19869.1智能体的概念与结构9.1.1智能体的概念

智能体技术是当前人工智能研究的热点之一。Agent在英语中是个多义词，国内学术界将Agent翻译为“主体”、“智能体”、“智能代理”等，尚无统一的译法。

在人工智能领域中，Agent可以看作一个程序或者一个实体，它嵌入在环境中，通过传感器（Sensor）感知环境，通过效应器（Effector）自治地作用于环境并满足设计要求。9.1.2智能体的特性1.自主性

一个Agent应该具有独立的局部于自身的知识和知识处理方法，在自身的有限计算资源和行为控制机制下，能够在没有人类和其他Agent的直接干预和指导的情况下持续运行，以特定的方式响应环境的要求和变化，并能够根据其内部状态和感知到的环境信息自主决定和控制自身的状态和行为。

自主性是Agent区别于过程、对象等其他抽象概念的一个重要特征。2.反应性Agent能够感知、影响环境。不只是简单被动地对环境的变化做出反应，而是可以表现出受目标驱动的自发行为。

Agent的行为是为了实现自身内在的目标，在某些情况下，Agent能够采取主动的行为，改变周围的环境，以实现自身的目标。9.1.2智能体的特性3.社会性

如同现实世界中的生物群体一样，Agent往往不是独立存在的，经常有很多Agent同时存在，形成多智能体系统，模拟社会性的群体。因此，Agent不仅能够自主运行，同时应该具有和外部环境中其他Agent相互协作的能力，在遇到冲突时能够通过协商来解决问题。4.进化性Agent应该能够在交互过程中逐步适应环境，自主学习，自主进化。能够随着环境的变化不断扩充自身的知识和能力，提高整个系统的智能性和可靠性。9.1.3智能体的结构

9.1.3智能体的结构1.反应Agent的结构

反应Agent（ReactiveAgent）是一种不含任何内部状态，仅简单地对外界刺激产生响应的Agent。

采用“感知-动作”工作模式，即当传感器感知到外界环境信息后，立即由世界现状模块形成当前世界状态，并由作用决策模块根据当前世界状态和“条件-作用”规则及时做出决策，随即由效应器执行。9.1.3智能体的结构2.认知Agent的结构

认知Agent(CognitiveAgent)是一种具有自己的内部状态和知识库，能根据环境和目标进行推理、规划等操作的Agent。

根据Agent的思维方式，认知Agent可以分为抽象思维Agent和形象思维Agent。其中，抽象思维Agent主要基于抽象概念和符号推理进行思维，与符号主义相联系。

形象思维Agent主要基于形象材料进行整体直觉思维，与连接主义相联系。Agent的基本过程是：先通过传感器接收外界环境信息，并根据内部状态进行信息融合：然后，在知识库支持下制定规划，在目标引导下形成动作序列：最后，由效应器作用于外部环境。9.1.3智能体的结构3.混合Agent的结构

混合Agent（HybridAgent）是一种组合Agent,其内部包含多种相对独立且可并行执行的Agent.这里主要针对由反应Agent和认知Agent组合而成的混合Agent,讨论其基本结构。

在这种结构中，Agent包含了感知、动作、反应、建模、规划、通信、决策等模块。Agent通过感知模块获取外界环境信息，并对环境信息进行抽象，如果感知到的是简单或紧急情况，则直接送反应模块，由反应模块做出决定，交给行为模块立即执行。9.2分布智能概述9.2.1分布智能的概念

分布智能主要研究在逻辑上或物理上分布的智能系统或智能对象之间，如何相互协调各自的智能行为，包括知识、动作和规划，实现对大型复杂问题的分布式求解。

分布智能的主要特点如下：①分布性，在分布智能系统中，不存在全局控制和全局数据存储，所有数据、知识及控制，无论在逻辑上还是在物理上都是分布式的。②互连性，分布智能系统的各子系统之间通过计算机网络实现互连，其问题求解过程中的通信代价一般要比问题求解代价低得多。9.2.1分布智能的概念③协作性，分布智能系统的各子系统之间通过相互协作进行问题求解，并能够求解单个子系统难以求解甚至无法求解的困难问题。④独立性，分布智能系统的各子系统之间彼此独立，一个复杂任务可划分为多个相对独立的子任务，从而降低了各子节点的问题求解复杂度和整个系统设计开发的复杂性。

9.2.2分布式问题求解

分布式问题求解的主要任务是要创建大粒度的协作群体，使它们能为同一个求解目标而共同工作。

在分布式问题求解系统中，数据、知识和控制均分布在各节点上，并且没有一个节点能够拥有求解整个问题所需的足够数据和知识，因此各节点之间必须通过相互协作，才能有效地解决问题。1.分布式问题求解系统的类型

根据系统的组织结构，即系统中节点之间的作用和关系，分布式问题求解系统可分为层次结构、平行结构和混合结构三种。9.2分布智能概述2.分布式问题求解的协作方式

在分布式问题求解系统中，节点间的协作方式主要有任务分担和结果共享两种。①任务分担方式，在这种方式中，节点之间通过分担执行整个任务的子任务而相互协作，系统的控制以问题求解目标为指导，各节点的目标是求解各自的子任务。

这种方式适合求解具有层次结构的任务，如医疗诊断等。②结果共享方式，在这种方式中，节点之间通过共享部分结果相互协作，系统的控制以数据为指导，各节点的求解工作取决于它拥有的或从其他节点得到的数据和知识。

这种方式适合求解那种具有平行结构的任务，如分布式运输调度等。9.2分布智能概述3.分布式问题求解的求解过程

分布式问题求解的主要工作包括:任务分解、任务分配、子问题求解和结果综合，并分别由任务分解器、任务分配器、求解器和协作求解系统来完成。9.2分布智能概述9.2.3多Agent系统概述

多Agent系统是由多个自主Agent组成的一种分布式系统。其主要任务是要创建群自主的Agent，并协调它们的智能行为。

多Agent系统与分布式问题求解的主要区别在于，不同Agent之间的目标可能相同，也可能完全不同，每个Agent必须具有与其他Agent进行自主协调、协作和协商的能力。

多Agent系统的研究重点包括Agent结构、Agent通信和多Agent合作等。9.3多Agent系统9.3.1Agent通信

在多Agent系统中，要实现不同Agent之间的协作求解和行为协调，首先这些Agent之间必须能够交换信息，即能够进行通信。1.Agent通信的基本问题Agent通信是多Agent系统中不同Agent之间的信息交换，需要解决的基本问题包括通信方式、通信语言、通信协议和对话管理4方面。2.Agent通信方式

这里主要讨论消息传送和黑板模型这两种最常用的Agent通信方式。（1）消息传送

消息传送是Agent之间的一种直接通信方式。在这种通信方式中，一个Agent（称为发送者）可以直接将一个特定的消息传送给另一个Agent（称为接收者）。9.3多Agent系统9.3.1Agent通信（2）黑板模型

黑板模型也是一种广泛使用的通信方式，可支持多Agent系统的分布式问题求解。在多Agent系统中，黑板提供了一个公共的工作区，Agent之间可以通过这个工作区来交换数据、信息和知识。9.3.1Agent通信3.Agent通信语言KQML

知识查询与操纵语言KQML（KnowledgeQueryandManipulationLanguage）是目前最著名的一种Agent通信语言，由美国DARPA的知识共享计划KSE（KnowledgeSharingEffort）研究机构在20世纪90年代开发。（1）KQML的结构

从结构上看，KQML是一种层次结构型语言，可分为通信、消息和内容三个层次。通信层描述的是通信协议和与通信双方有关的一组属性参数，如发送者和接收者的身份、与通信有关的标志等。9.3多Agent系统

9.3.2多Agent合作（1）基于部分全局规划的协调

部分全局规划（PartialGlobalplanning，PGP）是指将一个Agent组的动作和相互作用进行组合所形成的数据结构。

该数据结构是通过Agent之间交换信息而合作生成的。基于部分全局规划的协调的基本原理是：在由多Agent构成的分布式系统中，为了达到关于某个问题求解过程的共同结论，合作的Agent之间需要交换各自的规划信息。

所谓规划是部分的，是指系统不能产生整个问题的规划。

所谓规划是全局的，是指Agent通过局部规划的交换与合作，可以得到一个关于问题求解的全局视图，进而形成全局规划。9.3多Agent系统9.3.2多Agent合作（2）基于联合意图的协调

意图是Agent为达到愿望而计划采取的动作步骤。联合意图则指一组合作Agent对它们所从事的合作活动的整体目标的集体意图。

例如，赛场上的一支球队，每个队员都有自己的个体意图，但整个球队必须有一个对整体目标的联合意图，并且这个联合意图是队员之间合作的基础。

基于联合意图的协调是一种以合作Agent的联合意图作为Agent之间协调基础的协调方法。9.3多Agent系统9.3.2多Agent合作（3）基于社会规范的协调

基于社会规范的协调是以每个Agent都必须遵循的社会规范为基础的协调方法。

规范是一种建立的、期望的行为模式。社会规范可以对Agent社会中各Agent的行为加以限制，以过滤某些有冲突的意图和行为，保证其他Agent必须的行为方式，从而确保Agent自身行为的可能性，以实现整个Agent社会行为的协调。9.3多Agent系统9.3.2多Agent合作2.Agent的协作

协作是指Agent之间相互配合，一起工作，是非对抗Agent之间保持行为协调的一个特例。

像人类社会一样，协作也是Agent社会的必然现象。常用的协作方法主要有合同网、市场机制、黑板模型和结果共享等。9.3.2多Agent合作（1）合同网

合同网（ContractNet）是Agent协作中最著名的一种协作方法，被广泛应用于各种多Agent系统的协作中。合同网的思想来源于人们在日常活动中的合同机制。（2）市场机制

合同网协作方法一般只适用于较小数量Agent间的协作求解，而随着Internet及其应用的迅速发展，分布异构环境下大数量Agent间的协作问题需要探索新的、更有效的协作技术。市场机制就是在这种背景下产生的。

市场机制协作方法的基本思想是:针对分布式资源分配的特定问题，建立相应的计算经济（即标价或代价），以使Agent间能通过最少的直接通信来协调它们的活动。在这种方法中，需要对Agent关心的所有事物（如技能、资源等）都给出其标价，以作为计算经济的基础。9.3多Agent系统3.Agent的协商

协商主要用来消解冲突、共享任务和实现协调，是多Agent系统实现协调和解决冲突的一种重要方法。

协商到目前为止还没有一个统一的概念。一般认为，协商是有着不同目标的多个Agent之间为达成共识、减少不一致性的交互过程。（1）协商协议

协商协议用于处理协商过程中协商方之间的交互和作用，是交易双方交互的规则，决定何时何方采用何种行为，是规范交易协商行为的基础。

它主要研究的内容是Agent通信语言的定义、表示、处理和语义解释。协商协议的最简单形式如下：

一条协商通信消息：(<协商原语>，<消息内容>)其中，协商原语即消息类型，它的定义通常基于言语行为理论。9.3多Agent系统3.Agent的协商（2）协商策略

协商策略是Agent选择协商协议和通信消息的策略。一般来说，协商策略分为提议评估策略和提议生成策略两部分。

提议评估策略用来对收到的提议进行评估，判断是否接受对方给出的提议；提议生成策略用来生成反提议。

策略对于协商的效率起着至关重要的作用，根据不同的应用领域可以选择不同的协商策略。9.3多Agent系统3.Agent的协商（3）协商处理

协商处理包括协商算法和系统分析两方面。协商算法用于描述Agent在协商过程中的行为，如通信、决策、规划和知识库操作等。

系统分析用于分析和评价Agent协商的行为和性能，回答协商过程中的问题求解质量、算法效率和公平性等问题。9.3多Agent系统4.多Agent应用示例

目前，多Agent系统的应用已非常广泛，如智能信息检索、工业智能控制、分布式网络管理、电子商务、协同工作和智能网络教学系统等。9.4移动Agent

移动Agent系统至少应该由移动Agent和移动Agent环境（MobileAgentEnvironment，MAE）两大部分所组成。

MAE的作用是负责为MA建立安全、正确的运行环境，提供最基本的服务，实施对具体MA的约束机制、安全控制、通信机制等。MAE包含的基本服务至少有以下5种。①事务服务:实现移动Agent的创建、移动、持久化和执行环境分配等。②事件服务:包含Agent传输协议和Agent通信协议，实现移动Agent间的事件传递。③目录服务:提供移动Agent的定位信息，形成路由选择。④安全服务:提供安全的执行环境。⑤应用服务:提供面向特定任务的服务接口。9.4移动Agent9.4.2移动Agent的实现技术及应用1.移动Agent的关键技术

在移动Agent系统的研究和应用中，移动、通信、安全性、容错性、协作模型等都是需要解决的一些关键技术。（1）移动

移动Agent为了完成用户指定的任务，往往需要在不同MAE之间移动，而要实现这种移动，需要解决的关键问题是移动机制和移动策略。9.4移动Agent（2）通信

移动Agent通信是移动Agent之间进行交互的基础。移动Agent系统中包含的通信关系有:UA与SA之间的通信，UA与UA之间的通信等。常用通信方法主要包括消息传递、远程过程调用RPC和Agent通信语言ACL等。（3）安全性Agent系统的安全性是Agent技术能否成功应用的关键，也是移动Agent系统中最重要、最复杂的一个问题。Agent系统的安全性主要包括主机的安全性、移动Agent自身的安全性和移动Agent之间通信的安全性三方面。（4）容错性

移动Agent的容错性是指当其运行环境出现某些故障时，移动Agent还能正常运行。常见的故障有服务器异常、网络故障、目标主机关机、源主机长时间无响应等。移动Agent系统容错的基本原理是采用冗余技术。9.4移动Agent（5）协作模型

协作也是移动Agent系统最基本的一种行为。最常见的协作关系是服务Agent与移动Agent之间的协作，以及服务Agent与服务Agent之间的协作。2.移动Agent平台和应用简介

目前，国际上较具影响的商业性移动Agent系统至少有数十种。这些平台对移动Agent系统的研究、开发和应用起到了重要的推动作用。（1）语言和平台简介

理论上，移动Age