網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的多主體協(xié)作技術(shù)綜述

摘 要：本文對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的多主體協(xié)作技術(shù)的相關(guān)研究做出了綜合性的總結(jié)，并對相關(guān)的工程應(yīng)用做出了闡述，說明多主體協(xié)作技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的典型應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：多主體協(xié)作協(xié)作學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號:TP24文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1672-3791(2010)07(c)-0102-01

1引言

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日益成熟的現(xiàn)代條件下，多個(gè)主體進(jìn)行協(xié)作的原因主要有兩點(diǎn)：（1）多個(gè)主體必須協(xié)同工作。這是因?yàn)楫?dāng)單個(gè)主體不能完成給定的任務(wù)時(shí)，就必須多個(gè)主體聯(lián)合起來協(xié)同完成；（2）多個(gè)主體協(xié)作時(shí)產(chǎn)生的效率或收益要高于單個(gè)主體獨(dú)立完成時(shí)產(chǎn)生的效率或收益[1]。

2主體協(xié)作技術(shù)概述

現(xiàn)階段，針對主體協(xié)作的研究方法大體上可以分為兩類：一類將其它領(lǐng)域（如博弈論，經(jīng)典力學(xué)理論）研究多主體行為的方法和技術(shù)用于主體協(xié)作的研究；而另一類則從主體的目標(biāo)、意圖、規(guī)劃等心智狀態(tài)出發(fā)來研究多主體間的協(xié)作[1]。相比而言，第一種方法適用于特定的協(xié)作環(huán)境下，而一旦環(huán)境發(fā)生變化，則基于該理論的協(xié)作方式將失去其內(nèi)在優(yōu)勢，因而，現(xiàn)今對于多主體協(xié)作的研究方法大部分以第二類為主。

在第二類研究方法中，比較常用的協(xié)作方法主要有：

(1)合同網(wǎng)方法（Contact Net）。在所有的協(xié)同方法中，合同網(wǎng)是最著名且應(yīng)用最廣泛的一種。合同網(wǎng)方法由Smith 于1980年提出，它最大的優(yōu)勢是能夠?qū)崿F(xiàn)任務(wù)的動(dòng)態(tài)分配[13~18]。在合同網(wǎng)方法中，所有的主體分為兩種角色：管理者（Manager）和工作者（Worker），其中管理者的職責(zé)包括：

1)對每一待求解任務(wù)建立任務(wù)通知書，將任務(wù)通知書發(fā)送給有關(guān)的工作者主體；2)接收并評估來自工作者的投標(biāo)；3)從投標(biāo)中選擇最適合的工作者，與之建立合同；4)監(jiān)督任務(wù)的完成，并綜合結(jié)果。

工作者的職責(zé)包括：

1)接收相關(guān)的任務(wù)通知書；2)評價(jià)自己的資格；3)對感興趣的子任務(wù)進(jìn)行任務(wù)投標(biāo)；4)如果投標(biāo)被接受，按合同執(zhí)行分配給自己的任務(wù)；5)向管理者報(bào)告求解結(jié)果。

在合同網(wǎng)協(xié)作方法中，不需要預(yù)先指定主體的角色：任何主體通過發(fā)布任務(wù)通知書而成為管理者；任何主體通過應(yīng)答任務(wù)通知書而成為工作者。這一靈活性能夠?qū)哟蔚貙⑷蝿?wù)進(jìn)行分解和分配：系統(tǒng)中的每一待求解任務(wù)，由承擔(dān)該任務(wù)的主體負(fù)責(zé)完成，當(dāng)該主體無法獨(dú)立完成該任務(wù)時(shí)，它就將任務(wù)分解并履行管理者職責(zé)，為每一子任務(wù)發(fā)送任務(wù)通知書；然后從返回的投標(biāo)中選定“最適合”的工作者主體，將子任務(wù)分配給這一主體，建立相應(yīng)的合同。按合同執(zhí)行子任務(wù)的工作者主體若不能獨(dú)立完成任務(wù)，就需扮演管理者的角色，將子任務(wù)繼續(xù)分解，并按合同網(wǎng)的方式實(shí)行分配。如此進(jìn)行下去，直到所有任務(wù)都能被獨(dú)立完成。顯然，合同網(wǎng)任務(wù)分解分配過程形成一個(gè)動(dòng)態(tài)的樹結(jié)構(gòu)。

目前，為了擴(kuò)展合同網(wǎng)的描述能力，許多研究者提出了擴(kuò)展合同網(wǎng)的概念[2，3]。合同網(wǎng)具有性能平滑衰減的優(yōu)點(diǎn)，即如果一個(gè)工作者主體不能提供一個(gè)滿意的解或出現(xiàn)意外不能求解時(shí)，管理者還可以尋找另一工作者。但是合同網(wǎng)及其擴(kuò)展都有一些缺點(diǎn)：

1) 適合于任務(wù)能夠獨(dú)立分解，子任務(wù)之間不存在相互作用的問題；2) 當(dāng)更有能力的主體在合同建立之前處于忙碌狀態(tài)時(shí)，管理者只能選擇一個(gè)能力有限的合同者，也就是說，求得的解可能不是最優(yōu)的。3) 管理者沒有義務(wù)通知其他的投標(biāo)者它已經(jīng)與某個(gè)投標(biāo)者建立了合同；4) 缺乏協(xié)議的形式化描述與性能分析。

(2)黑板模型方法。黑板模型最早由Newell提出，其基本思想是多個(gè)主體協(xié)同求解一個(gè)問題，黑板是一個(gè)共享的問題求解空間。當(dāng)問題和初始數(shù)據(jù)寫在黑板上，并且主體發(fā)現(xiàn)黑板上的信息足以支持它進(jìn)一步求解時(shí)，它就把它的求解結(jié)果寫在黑板上供其他家使用。這種方法比較適用于事先無法知道求解順序的復(fù)雜問題[1]。其缺點(diǎn)是，當(dāng)多主體系統(tǒng)中的主體很多時(shí)，黑板上的數(shù)據(jù)將呈指數(shù)級增長。

(3) 結(jié)果共享的協(xié)作問題求解模型方法。這種方法最早由Smith和Davis于1981年提出[1]，這種方法的最初模型中，任務(wù)的分解與分配都是靜態(tài)的，各主體都不能獨(dú)立完成任務(wù)，通過交換結(jié)果實(shí)現(xiàn)協(xié)作問題逐步求解問題。結(jié)果共享的思想很簡單，但是在具體實(shí)現(xiàn)上存在很大的困難，主要表現(xiàn)在：主體如何知道哪些結(jié)果需要共享；主體需要知道利用共享的結(jié)果做什么；主體怎樣將共享結(jié)果融合到自己的求解過程中，等等。

(4)功能精確的協(xié)同方法（Functionally Accurate Cooperative，F(xiàn)A/C）。這種方法最早由Lesser 和Corkill 在實(shí)現(xiàn)分布式Hearsay-2 時(shí)提出，從本質(zhì)上說也是一種結(jié)果共享的協(xié)同方法求解，但是這種方法提供了在不確定環(huán)境下多主體之間連續(xù)動(dòng)態(tài)協(xié)作求解方式，適合內(nèi)在具有分布特性的問題求解[19]。但是這種方法在實(shí)現(xiàn)過程中也存在很大的障礙，主要表現(xiàn)在：如何結(jié)構(gòu)化局部問題的求解過程，以使協(xié)作求解能最大限度地利用有用信息；主體如何對求解過程中出現(xiàn)的不確定信息進(jìn)行表示、識別和推理，等等。

(5)基于市場機(jī)制的協(xié)同方法。這方面的研究主要有拍賣協(xié)議、協(xié)商策略[20~21]。但是這種方法實(shí)現(xiàn)的主要問題在于用戶的偏好難以量化和比較。

(6) 基于承諾和約定的協(xié)作問題求解模型方法[22~23]。在這種方法中，為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)多主體的聯(lián)合意圖而提出的一種量化多模態(tài)的多主體協(xié)作抽象模型。這種模型具有語義上的完備性，但是不利于具體的實(shí)現(xiàn)，分析起來也比較困難。

總而言之，雖然上述方法對多主體間的協(xié)作提出了許多理論模型，但是實(shí)現(xiàn)起來比較困難，并且在系統(tǒng)分析與驗(yàn)證上沒有提供很好的依據(jù)。另外，現(xiàn)今常用的協(xié)作模型只是提供了任務(wù)靜態(tài)或動(dòng)態(tài)分配算法，都沒有對任務(wù)分解進(jìn)行形式化描述以及對分解的正確性進(jìn)行分析。

因此，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下建立模型來表示和分析任務(wù)動(dòng)態(tài)分配與實(shí)施以及主體內(nèi)部心智狀態(tài)的變化也是當(dāng)今多主體系統(tǒng)研究的重點(diǎn)。

3工程應(yīng)用

現(xiàn)代工程應(yīng)用中，已經(jīng)有很多成熟的案例將多主體技術(shù)較好地應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)協(xié)作模式下，如在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下建立以學(xué)生為主體的分層協(xié)作式的學(xué)習(xí)模式，是在多媒體網(wǎng)絡(luò)電子教室硬件基礎(chǔ)上開展的，給學(xué)生創(chuàng)造了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境，教學(xué)中本著“學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，教師是指導(dǎo)者”、“對學(xué)生因材施教”的教學(xué)思想，充分體現(xiàn)學(xué)生的主體性，采用“以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主體，學(xué)生分組交流、討論，教師對學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)行指導(dǎo)的教學(xué)模式”開展教學(xué)活動(dòng)。另外，多媒體網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的教與學(xué)等等相關(guān)成熟的應(yīng)用已經(jīng)在逐步的推廣中。

4總結(jié)

本文對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的多主體協(xié)作技術(shù)的相關(guān)研究做出了綜合性的總結(jié)，并對相關(guān)的工程應(yīng)用做出了闡述，說明多主體協(xié)作技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的典型應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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