Agent語言IAPL及其編譯器的實現

殷兆燕 唐小燕 李建新

（常州信息職業(yè)技術學院 軟件與大數據學院 江蘇省常州市 213164）

面向Agent 的理論與技術是人工智能研究的重要內容，已取得了一系列的研究成果，如智能Agent 的BDI 理論框架和體系結構、以AGENT-0 為代表的面向Agent 程序設計語言、以KQML 和FIPA ACL 為代表的Agent 通訊語言及其語義和語用等等[1]，而面向Agent 的程序設計語言(AOPL)是Agent 理論與技術研究的核心內容[2]。面向Agent 的智能系統與普通軟件系統的最顯著的差別在于Agent 的行為由其心智狀態(tài)所決定，而不是由預先設定的程序決定，因此實現Agent 及操縱Agent 所使用的程序設計語言通常不同于傳統的程序設計語言。早期Agent 程序設計語言Agent-0[3][4]實現的Agent 包含意向、承諾、能力等，能處理Agent 的某些心智屬性，但該語言在形式上做了大量簡化。后來研究人員對Agent-0 進行了擴充，在實現Agent 編程時，增加了期望、信念等成份。近年來，又出現了一些新的面向Agent 的程序設計語言，如GOLOG[5]、CONGOLOG[6]、SARL[7]等，實際上這些語言缺乏對Agent 心智狀態(tài)的表示與處理，還算不上真正的面向人工智能的Agent 語言，且根據這些語言規(guī)范實現的Agent 具有較高的計算復雜度，因為它們的刻畫工具大都基于多模態(tài)邏輯或多模態(tài)分支時態(tài)邏輯。針對現有Agent 語言的存在不足，筆者提出一種面向智能Agent 程序設計語言IAPL(Intelligent Agent Programming Language)[8]，本文在分析IAPL 結構的基礎上，根據IAPL 語言形式規(guī)范運用JavaCC 實現其編譯器。

1 IAPL語言組成結構

IAPL 語言是基于智能Agent 結構AASC[9]的一種面向智能Agent 的程序設計語言，其形式規(guī)范詳見[8]。IAPL 實現的Agent 結構主要由信念庫、規(guī)劃庫、解釋器、監(jiān)控庫和行為集五大模塊組成，如圖1所示。

定義1 Agent ∷=＜B,G,S,O,I＞，其中，B 表示Agent 的信念庫，G 表示Agent 的目標庫，S 表示Agent 的策略庫，O 表示Agent 的監(jiān)控庫，I 表示Agent 的解釋器。

（1）信念庫：Agent 對環(huán)境狀態(tài)及其它Agent 的認知和理解知識描述的集合，初始信念以“BELIEFS”標識。信念可執(zhí)行增刪改查等操作。

圖1：Agent 結構

圖2：.jj 文件結構

圖3：IAPLParser 類結構

信念表示形式：關系名 參數1 參數2…參數N；

（2）目標庫：Agent 的目標集合，以“GOALS”標識，目標由條件、行為和優(yōu)先級組成。目標可執(zhí)行增加和刪除操作。

目標表示形式：GOALS：目標類型 目標名 參數1 參數2…參數N＜:UTILITY 數學表達式＞；

（3）策略庫：Agent 為了實現不同的目標而采取的實現方法集合。由策略名、策略要實現的目標、策略執(zhí)行前提條件和策略體四部分組成，以“STRATEGY”標識。

策略表示形式：

NAME：策略名

GOAL：目標類型 目標名 參數1，參數2，…，參數N；

PRECONDITION：條件表達式；

BODY：策略體；

IAPL 提供OR、DO_ANY、AND、WHILE、PARALLEL 等行為聯結符，方便用戶實現復雜行為。

圖4：Parser.jj 方法說明

圖5：JAVA 源程序

策略由行為集中的行為（action）組成。行為有兩種類型：

1.內在行為：包括加載、更新查詢和刪除信念操作；以及基本的邏輯運算、數值運算、字符串運算等；

2.通信行為：包括發(fā)送、接收和編譯消息的功能，實現與Agent 交互平臺的交互。

（4）監(jiān)控庫：實現對外部環(huán)境變化的監(jiān)控，處理接受到的感知信息與通信信息，處理結果將影響信念庫中信息的值，其描述方法同上述策略描述，以“OBSERVER”標識。

在IAPL 中，行為分為三類：心智狀態(tài)操作原語，如信念操作和目標操作、系統內置行為，包括輸出、底層通信等、目標行為。

（5）解釋器：可視為Agent 的“大腦”，是整個Agent 結構的核心所在，控制Agent 動態(tài)運行。

筆者使用ECA 規(guī)則來定義Agent 心智狀態(tài)，如信念和能力等。

定義2 ECA 規(guī)則為三元組Reca=＜e,C,A＞，e 為觸發(fā)規(guī)則的事件；C 為反映系統和環(huán)境狀態(tài)的條件集；A 為行為集。整個規(guī)則解釋為：若C 條件滿足且e 事件發(fā)生，則執(zhí)行A 中所有行為。

復雜的狀態(tài)可由AND、OR 等基本算子合成得到。Agent 為了實現特定的目標，可執(zhí)行一系列行為，不同的行為序列可組織成多個不同的活動，一個服務調用對應一個活動。

事實上，Agent 行為的執(zhí)行依賴于Agent 的信念、目標和對外部環(huán)境變化的監(jiān)控，這種結構的設計類似于人類的思維方式。為了方便用戶使用IAPL 語言進行Agent 編程，筆者開發(fā)出的原型支撐系統中提供了部分系統開發(fā)工具和系統運行環(huán)境，其中的解釋器用來解釋執(zhí)行IAPL 程序，對接收到的輸入信息進行處理，實現外部環(huán)境感知和目標執(zhí)行，執(zhí)行行為后再影響外部環(huán)境及調整自身狀態(tài)，最終滿足用戶的需求。

2 基于JavaCC的IAPL編譯器實現

JavaCC(Java Compiler Compiler)[10]是一種基于Java 的編譯器自動生成器[11]，旨在提高基于Java 語言的詞法分析器或語法分析器的開發(fā)效率，使用它生成的詞法分析器為純Java 代碼[12]。用戶根據JavaCC 的語法規(guī)范編寫JavaCC 源文件，使用JavaCC 編譯器編譯后，就能生成基于Java 語言的IAPL 編譯器，執(zhí)行相應Java 程序，就可完成語言的詞法和語法編譯功能。

2.1 .jj文件的結構

使用JavaCC 生成編譯器的關鍵是根據語言形式規(guī)范，按照JavaCC 的語法寫出對應的.jj 文件，作為JavaCC 的輸入參數，運行得到Java 主解析文件及其它Java 輔助文件，這樣就可在應用程序中調用此主解析文件實現語言的編譯功能。

.jj 文件包含四部分：選項、語法分析器類、詞法規(guī)則及產生式，如圖2所示。

（1）任選項（options）：若存在，則從保留字“options”聲明開始，保留字其后是一個或多個選項綁定值，每個任選項綁定值，說明對應任選項的設置情況，用來聲明產生的語法分析器的特性，控制JavaCC 的調試特征等。若不存在，則所有任選項綁定取默認值。

（2）Java 編輯單元(Java_compilation_unit)：主要包括類名以及成員的聲明。PARSER_BEGIN 和PARSER_END 指定要生成的Java 解析器的名稱。其內部可含Java 包聲明（package）語句和引用包（import）語句等。此外，還必須定義一個與生成的解析器同名的類。

（3）詞法規(guī)則（lexical specification）：根據不同的編譯器生成要求，此部分可忽略。若存在，可為SKIP、TOKEN、SPECIAL_TOKEN、MORE 中任意一個或多個。它們各自對應的含義可參見JavaCC 的語法說明。TOKEN 說明詞法標記。SPECIAL_TOKEN說明在解析過程中將被忽略的詞法標記，SPECIAL_TOKEN 同于SKIP，但區(qū)別在于這些標記可在解析過程中經過適當處理后被恢復。MORE 說明一個部分標記（partial token），一個完整的標記由MORE 序列后跟一TOKEN 或SPECIAL_TOKEN 組成。詞法規(guī)則用正則表達式(Regular Express ion)來描述。

（4）產生式（production）：產生式用來定義語法中的非終端語法元素。每個非終端語法元素對應一Java 方法，編譯器通過對應的方法調用來實現對非終端描述的編譯。

2.2 IAPLParser.jj文件

就IAPL 而言，在其編譯器的實現中，相對應地：

（1）各option 項取值為默認值。

（2）Java 編輯單元中，PARSER_BEGIN 和PARSER_END 指定生成的Java 解析器的名稱為IAPLParser，其包含的部分代碼如圖3所示。

（3）詞法說明部分，SKIP、TOKEN、SPECIAL_TOKEN、MORE 分別說明IAPL 形式規(guī)范中的對應內容。

（4）產生式部分，形式規(guī)范中的每一個語法元素，每個元素對應于Parser.jj 中一個同名的方法，如圖4所示。第一個方法為：

2.3 解析器生成

使用JavaCC 命令運行Parser.jj（JavaCC IAPLParser.jj），可以生成特定詞法和語法分析器，生成的源程序包含七個Java 源程序，其中前三個是基于IAPL 語法的，其它四個是通用的，起輔助作用的Java 文件。

應用程序可編譯這七個Java 源文件，并將它們與應用程序相鏈接，從而提高效率。將所生成的Java 代碼語法分析器主程序中的有關類用“import”命令包含在實現的Java 代碼中，就可以方便、高效地實現程序的編譯[13]。Agent 解釋器在執(zhí)行程序之前先調用上述生成的解析器對程序進行詞法分析。

3 結束語

目前Agent 理論與技術研究核心內容之一便是Agent 程序設計語言。面向Agent 的程序設計語言（AOPL）便于描述和表達Agent的多種擬人的智能特性：自主性、主動性、可動性、反應性、社會性，支持Agent 的感知、識別，推理、決策，動作和行為能力的實現[14]。本文提出的面向智能Agent 程序設計語言IAPL 彌補了現有Agent語言存在的不足，根據其語言形式規(guī)范，運用JavaCC 實現其編譯器，提高了開發(fā)效率。

今后的工作主要有：結合使用JavaCC 及其伙伴工具，如JJDoc 和JJTree 來進一步提高實現IAPL 語言編譯器的效率。基于IAPL 開發(fā)原型支撐系統，為系統編制Agent 提供支持。