多Ａｇｅｎｔ系統(tǒng)的研究

摘要：多Agent系統(tǒng)(MAS) 是當(dāng)前分布式人工智能(DAI)的主要研究方向之一。介紹了多Agent系統(tǒng)的背景和概念，著重分析了MAS的關(guān)鍵問題和構(gòu)造MAS的組織模型，最后給出了多Agent系統(tǒng)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：Agent；多Agent系統(tǒng)；組織模型

中圖分類號：TP18文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)11-20322-02

1 引言

近年來，隨著計算機技術(shù)和信息科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，對Agent及多Agent系統(tǒng)的研究成為分布式人工智能(DAI)研究的一個熱點，并且被賦予高于早期的分布式問題求解型的人工智能的一些特點。多Agent系統(tǒng)(Multi-Agent System )是一個高度交叉的研究領(lǐng)域。它吸取了不同領(lǐng)域的內(nèi)容，如經(jīng)濟學(xué)、邏輯學(xué)、生態(tài)學(xué)、社會科學(xué)和哲學(xué)。由于它更能體現(xiàn)人類的社會智能，更加適合開放的、動態(tài)的社會環(huán)境，因而引起了各領(lǐng)域研究人員的濃厚的興趣，并廣泛應(yīng)用于科學(xué)計算、計算機網(wǎng)絡(luò)、電子商務(wù)、企業(yè)管理和交通控制等領(lǐng)域。

2 多Agent系統(tǒng)的概念

多Agent系統(tǒng)可以被定義為：由多個問題解決者(Ageni)組成的松散的網(wǎng)絡(luò)，其中的Agent相互作用從而解決單個Agent由于能力或知識上的不足而無法解決的問題。MAS的主要特點在于，其中的每個Ageni都不具備解決問題的足夠的能力或知識，這些Agent同時運行，不但所需的數(shù)據(jù)是分散的，而且沒有全局控制系統(tǒng)。

3 MAS的關(guān)鍵問題

在一個MAS中的多個Agent需要相互通信、相互協(xié)調(diào)、相互協(xié)商與相互協(xié)作，所以這些也就成為MAS研究中的關(guān)鍵問題。

3.1 通信

在多Agent系統(tǒng)中，一個Agent需要和其他Agent或環(huán)境進行通信和交互，單個Agent所處的環(huán)境需要能夠為Agent的通信和交互提供個一個基本的結(jié)構(gòu)，Agent的這種能力來源于Agent的感知能力和動作能力。

Agent間通信的基本作用是提供信息交換的方法，這些信息包括規(guī)劃、部分結(jié)果和同步信息。在分布式人工智能中，Agent的通信主要是通過對話完成的，其中Agent的角色可以是主動的、被動的或二者兼有。Agent通信中有2種基本的消息類型：聲明(Assertions)和查詢(Queries)。每個Agent，無論是主動還是被動，必須要有接收消息的能力。

3.2 協(xié)調(diào)

協(xié)調(diào)是指具有不同活動目標的多個Agent對其目標、資源等進行合理安排，以協(xié)調(diào)各自行為，最大限度地實現(xiàn)各自目標。協(xié)調(diào)包括定時地為其他Agent提供必要的信息、保證主體之間活動的同步、避免冗余的問題求解等。

3.3 協(xié)商

協(xié)商是指多個Agent通過通信，交換各自目標，直到多Agent的目標達成一致或不能達成協(xié)議。它是實現(xiàn)協(xié)同、協(xié)作、沖突消解和矛盾處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其關(guān)鍵技術(shù)有協(xié)商協(xié)議、協(xié)商策略、協(xié)商處理三種。

3.4 協(xié)作

很多協(xié)作所采用的基本策略就是分任務(wù)，然后把任務(wù)分配或分布到不同的Agent上，這種方法可以降低任務(wù)的復(fù)雜度。然而，系統(tǒng)必須要決定如何分解，分解過程必須要考慮Agent的資源和能力，并且還必須考慮在子任務(wù)之間可能存在有交互，在Agent之間還存在有沖突的問題。這就要求Agent之間必須能夠合作求解問題、完成任務(wù)。但是系統(tǒng)的任務(wù)分解要考慮子問題的交互性、協(xié)調(diào)性、數(shù)據(jù)相關(guān)性等，而任務(wù)分配時通常是采用基于合同網(wǎng)機制來分配任務(wù)。最終各個Agent對子問題進行求解并綜合單個子問題的解。

總之，通信是MAS中進行協(xié)調(diào)、協(xié)商和協(xié)作等活動的基礎(chǔ)。多個Agent之間通過通信完成自己或整體的任務(wù)。

4 構(gòu)造MAS的組織模型

4.1 MAS組織的概念和基本特性

多Agent系統(tǒng)由一組分離的智能主體構(gòu)成，為了它們能協(xié)作完成各種任務(wù)，需建立組織，以進行管理和協(xié)調(diào)，使多個Agent之間協(xié)作完成目標。多Agent系統(tǒng)組織的設(shè)計除具有一般組織的基本特性外，還必須使所建立的組織在計算機上易于實現(xiàn)，組織的工作方式適合于計算實體之間的互操作。

多Agent組織定義為由多個智能Agent組成的相對大的系統(tǒng)，是為了實現(xiàn)一定目標而進行合理的管理和協(xié)調(diào)，并具有一定邊界的計算實體的集合。

多Agent組織的基本特性是：具有社會性的計算實體的集合和特定的目標； 是承諾、制度的集合體；是一個開放的信息處理系統(tǒng)也是一個松散耦合的分布系統(tǒng)。

4.2 MAS組織建模的設(shè)計原則

MAS組織的建造一般要遵循以下設(shè)計原則：（1）目標要統(tǒng)一，目的是有利于實現(xiàn)組織目標；（2）要合理地進行分工協(xié)作。（3）統(tǒng)一指揮原則，有利于提高管理的效率；（4）控制寬度原則；（5）職權(quán)和職責(zé)必須協(xié)調(diào)一致；（6）穩(wěn)定性與適應(yīng)性相結(jié)合。

4.3 MAS組織建模的過程

通過下面步驟建造一個MAS組織的模型。

（1）確定層次組織中各級機構(gòu)的目標；（2）為了保證業(yè)務(wù)活動的分類更科學(xué)更合理，要實現(xiàn)目標中需要的各項業(yè)務(wù)活動或任務(wù)，細致地分析實現(xiàn)各級目標所需的所有業(yè)務(wù)活動，同時還要分析與業(yè)務(wù)活動相關(guān)的可用資源、設(shè)施以及利用它們的最佳途徑；（3）確定問題求解管理流程的總體設(shè)計；（4）設(shè)計職能，職能是問題求解管理流程的具體環(huán)節(jié)，也是組織結(jié)構(gòu)的基本單位。由各類職能形成基層組織，再由基層組織形成上一層管理子系統(tǒng)，直至構(gòu)成系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)；（5）定義管理職能和問題求解職能；（6）建立協(xié)同工作過程模型和控制模型，它詳細說明協(xié)同工作模式、職能之間的協(xié)作關(guān)系、交互控制協(xié)議和控制機制等內(nèi)容；（7）建立完整的組織結(jié)構(gòu)，通過職權(quán)關(guān)系和信息聯(lián)系，把各層次、各部門聯(lián)結(jié)成為一個有機整體，形成最終的組織系統(tǒng)圖；（8）確定Agent承擔(dān)的職能；（9）定義Agent實現(xiàn)策略；（10）建立組織管理策略。

5 多Agent技術(shù)的應(yīng)用

5.1 多機器人系統(tǒng)

自主式多機器人系統(tǒng)，尢其是移動機器人系統(tǒng)，其協(xié)調(diào)十分重要。基于決策論的MAS策略適于多移動機器人的行為協(xié)調(diào)。多Agent技術(shù)可提高多機器人系統(tǒng)的魯棒性、柔性及容錯能力，增加系統(tǒng)的自治性。

5.2 計算機網(wǎng)絡(luò)

多Agent技術(shù)以其獨特的自主移動、異步和智能化特性，能較好地適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)的高度分布、異構(gòu)和動態(tài)特性，可以彌補傳統(tǒng)信息服務(wù)模式在復(fù)雜的互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的諸多缺陷。因此，MAS技術(shù)已成為替代傳統(tǒng)C/S提高網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)質(zhì)量的首選工具。

5.3 軟件工程領(lǐng)域

面向Agent的軟件開發(fā)方法的優(yōu)勢是數(shù)據(jù)、控制、資源的分布性、自然的表述方式且便于現(xiàn)有軟件系統(tǒng)的集成。它可以描述一些復(fù)雜的、有生命的、有行為的組件，并且使它們能與其它一些獨立開發(fā)的類似組件靈活交互。

5.4 其他應(yīng)用

多Agent技術(shù)還用于過程智能控制、遠程醫(yī)療、網(wǎng)上數(shù)據(jù)挖掘、交通控制、信息過濾、評估和集成以及數(shù)據(jù)管理等。

6 結(jié)束語

多Agent技術(shù)是當(dāng)前分布式人工智能及計算機科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。作為一個新的學(xué)術(shù)熱點，關(guān)于多Agent系統(tǒng)技術(shù)的研究多數(shù)尚處于初級階段。隨著INTERNET和多媒體等信息技術(shù)的飛速發(fā)展，對MAS研究的需求更加現(xiàn)實地體現(xiàn)出來，這將進一步推動多Agent理論研究的應(yīng)用技術(shù)的快速發(fā)展。我們相信隨著多Agent理性模型、行為模型的不斷完善，面向Agent的實用技術(shù)的研究將會成為人工智能的一個重要方向。

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