面向Ａｇｅｎｔ的軟件工程方法學

摘要：面向agent的軟件工程技術是軟件工程和人工智能領域最重要的新技術之一，與現有的開發方法相比，Agent具有較強能力可以對復雜軟件系統中的活動實體進行高層抽象。該文討論了Agent及面向Agent的軟件工程技術，說明了軟件開發中面向Agent的分析與設計方法。同時給出了面向Agent軟件工程分析方法的一個應用實例來進行說明。

關鍵詞：Agent；軟件工程；方法學

中圖分類號：TP311文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)29-0456-02

The Method of Software Engineering Orient Agent

LAN Tian

(School of Computer Science and Technology， Soochow University，Suzhou 215006，China)

Abstract:Software engineering orient agent is the most important new technique in the field of software engineering and AI. In contrast to current develop methods. Agent can give high level abstract. This article talks about Agent and agent orient software engineering technique， describe the method of analysis and design. We also give out example to illustrate the method.

Key words: agent; software engineering; method

1 引言

軟件工程是將理論和知識應用于實踐的科學，它借鑒了傳統工程的原則和方法，以求高效地開發高質量的軟件，其中應用了計算機科學、數學和管理科學等知識。Agent技術最早出現在人工智能領域，其最大特點是具有一定的智能性及良好的靈活性和堅定性，特別適合對復雜、協同和難以預測的問題進行處理。

Agent是一個處于特定環境中，能感知并靈活、自主適應環境，可以代理設計者或使用者實現一定任務的具有較高自治能力的計算機實體；其根本目標是接受另外一個實體（可以是人、Agent、系統等）的委托或請求并為之提供幫助和服務，能夠在該目標的驅動下主動采取包括社交、學習等手段在內的各種必要的行為，以感知、適應并對動態環境的變化進行適當反應。

面向Agent的軟件工程方法就是將現實世界的問題用Agent的思想加以分解和抽象，把復雜的系統分解為更小的、更容易處理的相對獨立的子系統，子系統再進一步分解直到可以抽象為單個具體的Agent所能解決的程度，這些父系統與子系統之間以層次形式組織起來，這就形成了多Agent系統模型。

2 面向Agent的分析與設計

2.1 面向Agent的特點

關于Agent的定義有很多爭議，下面是得到較多認同的Wooldridge給出的Agent定義:An agent is an encapsulated computer system that is situated in some environment and that is capable of flexible， autonomous action in that environment in order to meet its design objectives。

由此可見，Agent是一個被密封了的計算機系統，被放置在某些環境中，并能在環境中變化和自主行為，以便達到設計時的目標。其主要特點如下:

1) 自主性（Autonomy）。Agent應該是具有自身計算功能的行為自動控制的實體，能夠在非選定模式下和動態變化的環境中，不用外界的直接操縱，根據其內部狀態和感知到的環境信息決定和控制自身的行為。

2) 社會性（SocialAbility）。Agent并非一個孤立的實體，通常處于一定的社會環境之中，可以與環境中的其它Agent進行交互。而社會性就是指Agent之間的這種協作能力。

3) 反應性（Reactivity）。Agent能感知周圍的環境，并根據相關的知識對環境作出適時的反應。

4) 主動性（Pro-Activeness）。Agent能遵循承諾，采取主動行為，表現出面向目標的行為。

除了上述主要特性外，Agent還有移動性（Mobility）、理智性（Rationality）、順從性（Benevolence）、誠實性（Veracity）等特點。

由此可見，Agent是一個完整的計算機系統實體，其內部包含了實現其目標所必須的各種不同子系統和子系統間的相互作用的接口；它能感知所處的環境及環境狀態的變化，并根據感知采取不同的行動作用于環境；每個Agent都有自己的特定的實現目標；Agent是一個自治體，它既能控制其內部狀態又能控制自己的行為；Agent能夠采用靈活可變的方法解決問題，以便達到其目標；Agent之間符合一定的社會組織關系。

由于Agent的上述特征，使得由Agent組成的系統模型應包含有多個Agent，Agent之間的高級交互和靈活的組織結構三方面的內容。

2.2 面向Agent的分析

面向Agent的分析方法是將系統分解成為多個靈活運行并交互作用的Agent，用每一個Agent來描述一個子系統。由于Agent的自主性，意味著子系統有自己的控制流程，自己決定在什么時候，采取什么動作。而復雜的軟件系統往往是分布式的或具有多重控制流程的，可以將多重控制流程分別分配給不同的Agent執行。這將大大降低系統控制的復雜度。另外，在復雜系統中，一般很難預先知道何時，因為什么原因及在哪些子系統間發生的交互作用，面向Agent的方法用Agent之間的交互來實現子系統間的協作，而這些Agent根據子系統局部情況決定自己的行為和狀態，能及時對局部突發事件作出響應。這樣，可以降低系統設計時軟件各組件之間的耦合度，簡化設計時對軟件各組件的管理控制。

復雜系統的層次結構具有目的性，因此我們通常按目的的不同對系統進行建模，每個模塊有一個或多個目標，這是面向Agent分析的基本原理。軟件工程的發展趨勢是提高分析的模塊化程度和概括程度，這就要求單個模塊有自己的控制進程，并且具有自主解決問題的能力；同時，自治模塊或組件之間的交互具有不確定性，針對這些問題，Agent技術將系統分解為多個分散的模塊，通過高級Agent通信語言來實現Agent之間的交互，所有Agent始終處于活動狀態，模塊間的同步或協作都以內部交互的形式自底向上地解決。

2.3 面向Agent的設計

從對現實世界的模型化的角度來說，Agent提供了比對象更高層的抽象，這種抽象可以對實體之間的協作和協商等行為提供更直接的支持。面向Agent的設計主要是為系統建立一個簡單明了的模型，突出系統的本質特征，忽略其它特性，以便更透徹地了解問題的實質。這樣，再次縮小和突出了設計者所要考慮的問題的空間范圍，使系統模型簡單、明了，易于把握。一個有力的抽象工具應該能最小化問題的概念空間和方法空間的結構之間的語義差別。而復雜軟件系統的子系統的概念模型和Agent的組織結構能非常一致的對應。它們都包含了一些內部的組成模塊，這些模塊各自有相應的功能。運用Agent模型、Agent之間的交互模型和組織關系，可以更自然、準確地描述子系統、子系統之間的交互和組織關系。

3 面向Agent軟件分析方法應用實例

應用實例：人機界面的設計

人機界面作為計算機系統的一個重要的組成部分，是計算機科學、心理學、認知科學和人素學（Human Factors）的交叉研究領域，也是計算機行業競爭的焦點從硬件轉移到軟件之后，又一個新的、重要的研究領域。

交互角色完成與用戶的信息交互。

控制角色通過交互角色和通信角色感知角色感知到外部環境的變化，由控制角色根據這些任務、消息、請求，進行分析，理解，推理后執行相關的動作，由此可能引起進一步的活動。

通信角色接收來自通信服務器的信息，進行初步的通信語法檢查后，排隊到入通信隊列，根據通信隊列中的相應的通信內容，將該信息發往通信服務器。

建模角色進行數據獲取，數據歸整和數據挖掘。

推理角色通過感知外界環境的消息或知識庫的動態變化，以此來判斷推理過程啟動的條件是否成立，執行推理的啟動、停止、推理競爭的消解等。

4 結論

本文概括地說明了基于Agent的軟件工程的基本方法和技術特性，并通過一個實例來說明了面向Agent的分析與設計。

總之，Agent思想改變了整個軟件工程的過程方法，提出新的需求分析、系統分析和程序設計的方法，增強了軟件的動態性、自適應性和自學習性等特點，為創建下一代具有更高智能的軟件提供了有力的工具。

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