基于多Agent的個(gè)性化網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模型研究

廖文芳 周肆清

(1.中南大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410012；2.湖南科技學(xué)院 計(jì)算機(jī)與通信工程系，湖南 永州425100)

基于多Agent的個(gè)性化網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模型研究

廖文芳1.2周肆清1

(1.中南大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410012；2.湖南科技學(xué)院 計(jì)算機(jī)與通信工程系，湖南 永州425100)

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行分析，根據(jù)Agent的原理，構(gòu)建了一個(gè)基于多Agent的個(gè)性化網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模型。利用Agent的智能推理能力，設(shè)計(jì)了一種教學(xué)模式選擇的適應(yīng)性選擇策略，探討了根據(jù)學(xué)習(xí)特征、學(xué)習(xí)難度進(jìn)行個(gè)性化學(xué)習(xí)推薦的方案等，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生的按需學(xué)習(xí)和教師的因材施教。

多Agent；個(gè)性化；網(wǎng)絡(luò)教學(xué)

一 引 言

隨著計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)已深入了人們的生活，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)也已成為教育技術(shù)領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和研究的熱點(diǎn)?；诰W(wǎng)絡(luò)的教學(xué)系統(tǒng)，教學(xué)內(nèi)容能以文字、圖片、 聲音、動(dòng)畫等信息的形式傳輸和呈現(xiàn)，每個(gè)學(xué)習(xí)者可以在任何時(shí)間和地點(diǎn)，通過(guò)人機(jī)交互方式訪問(wèn)教學(xué)資源進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。然而，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)普遍存在一些缺陷，如教學(xué)過(guò)程中以呈現(xiàn)教學(xué)材料為主，缺乏必要的交互手段，使學(xué)習(xí)者處于被動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài)；對(duì)學(xué)習(xí)者采用相同的教學(xué)策略，不能針對(duì)學(xué)習(xí)者個(gè)體的差異，進(jìn)行個(gè)性化的教學(xué)輔導(dǎo)，難以實(shí)現(xiàn)因材施教；知識(shí)結(jié)構(gòu)的表示松散無(wú)關(guān)，不能為學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過(guò)程中提供一種個(gè)性化的學(xué)習(xí)導(dǎo)航，學(xué)習(xí)者容易出現(xiàn)迷航而偏離學(xué)習(xí)目標(biāo)；系統(tǒng)的個(gè)性化分析與評(píng)價(jià)能力不強(qiáng)，不能真正構(gòu)建出學(xué)習(xí)者的主動(dòng)學(xué)習(xí)環(huán)境等。Agent技術(shù)的發(fā)展為上述問(wèn)題提供了新的解決思路和方法，其自身所具備的一些特性對(duì)實(shí)現(xiàn)對(duì)“個(gè)性化”與“適應(yīng)性”的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)很有意義。

二 Agent技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的大眾化，Agent 與多Agent 系統(tǒng)是人工智能的一個(gè)研究熱點(diǎn)之一[1]。Agent技術(shù)現(xiàn)已逐漸融入到計(jì)算機(jī)的各個(gè)領(lǐng)域,使得原有領(lǐng)域產(chǎn)生了新的方法和技術(shù)[2]。

Agent技術(shù)來(lái)源于分布式人工智能DAI領(lǐng)域，也可以稱為智能主體或智能體，既可以是軟件，也可以是硬件。它能夠?qū)ψ约旱臎Q策行為進(jìn)行控制，能夠根據(jù)環(huán)境的變化，及時(shí)更新自身的思維狀態(tài)，做出不同的活動(dòng)去完成目標(biāo)。一個(gè)多Agent系統(tǒng)是由多個(gè)單個(gè)的自主Agent組成，它具有擴(kuò)充性好、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、處理靈活等特性，系統(tǒng)內(nèi)的多個(gè)單 Agent可以相互協(xié)助去解決復(fù)雜的問(wèn)題，處理能力非常強(qiáng)，且具備自組織能力。

根據(jù)Wooldridge和Jennings[3]的理論，Agent應(yīng)該是具有以下的基本特性的軟件系統(tǒng)。

1、自治性：Agent可以在沒(méi)有外界干涉和指導(dǎo)的情況下，能以目標(biāo)或意圖為驅(qū)動(dòng)，對(duì)自身的行為和內(nèi)部狀態(tài)進(jìn)行控制。

2、社會(huì)性：Agent可以借助某種 Agent通信語(yǔ)言，和其他Agent或環(huán)境進(jìn)行交互。

3、反應(yīng)性：通常是指當(dāng)周圍環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，Agent能夠自動(dòng)感知，并對(duì)相關(guān)的事件和任務(wù)作出反應(yīng)，并能用與人類似的思維方式對(duì)下一步的行為做出相關(guān)的推理和預(yù)測(cè)。

4、執(zhí)行連續(xù)性：Agent能夠根據(jù)高層的指示，決定如何來(lái)完成當(dāng)前任務(wù)，并會(huì)對(duì)來(lái)自其它 Agent的信息作出響應(yīng)，及時(shí)響應(yīng)和處理下一個(gè)任務(wù)。

5、主動(dòng)性：Agent除了要對(duì)所處的環(huán)境做出簡(jiǎn)單的響應(yīng)，最重要的一點(diǎn)是要采取積極主動(dòng)的目標(biāo)驅(qū)動(dòng)行為。

三 基于多Agent的個(gè)性化網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模型

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)所面臨的問(wèn)題是相當(dāng)復(fù)雜的，要涉及到教師、學(xué)習(xí)者、教學(xué)策略、教學(xué)資源等等多個(gè)現(xiàn)實(shí)實(shí)體，其過(guò)程要覆蓋教學(xué)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要把網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)劃分為若干個(gè)子問(wèn)題，并把Agent技術(shù)和教學(xué)系統(tǒng)相結(jié)合，構(gòu)造多個(gè)具有對(duì)應(yīng)功能的Agent去分別處理各類子問(wèn)題，通過(guò)系統(tǒng)中的多個(gè)Agent協(xié)作，去控制各個(gè)子問(wèn)題之間的依賴性，從而提高系統(tǒng)的智能化，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)。

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)需要多個(gè)子功能模塊一起協(xié)同工作，在傳統(tǒng)的B/S兩層結(jié)構(gòu)體系中又增加一個(gè)多Agent執(zhí)行層，擴(kuò)展成B/MA/S的三層結(jié)構(gòu)，可以使服務(wù)器減輕負(fù)擔(dān)，為客戶端提供統(tǒng)一的運(yùn)行環(huán)境，增加了系統(tǒng)安全性。基于系統(tǒng)個(gè)性化的設(shè)計(jì)思想，本文構(gòu)造了一個(gè)三層結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模型，由用戶接口層、多Agent執(zhí)行層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層組成?；窘Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 基于多Agent的個(gè)性化網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模型結(jié)構(gòu)

1、用戶接口層

用戶接口層位于瀏覽器端，負(fù)責(zé)與用戶直接溝通，主要的用戶信息有教師、學(xué)習(xí)者、管理者等。用戶通過(guò)瀏覽器進(jìn)行訪問(wèn)，服務(wù)器提供圖形交互界面，將多媒體數(shù)據(jù)通過(guò)輸入和輸出端口展示給用戶，獲取用戶的登錄信息及相關(guān)行為，接受任務(wù)，反饋處理結(jié)果信息等。

2、多Agent執(zhí)行層

多Agent執(zhí)行層主要由管理Agent、教學(xué)Agent、學(xué)習(xí)者Agent和個(gè)性化學(xué)習(xí)Agent構(gòu)成，其中管理Agent是整個(gè)多Agent執(zhí)行層的核心，它負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)和管理其它Agent模型，確保各Agent的正常運(yùn)行和工作。

（1）管理Agent

管理Agent負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的智能協(xié)調(diào)，宏觀調(diào)控整個(gè)教學(xué)過(guò)程，創(chuàng)建、協(xié)調(diào)、規(guī)劃和分配多Agent結(jié)構(gòu)內(nèi)的任務(wù)，主動(dòng)獲得其它Agent的數(shù)據(jù)和資料。管理Agent是在系統(tǒng)初始化時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生的，不同類型的用戶登錄后，管理Agent分別創(chuàng)建不同的Agent去執(zhí)行不同性質(zhì)的任務(wù)，這些Agent任務(wù)執(zhí)行完后，將結(jié)果反饋給管理Agent，管理Agent對(duì)任務(wù)執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行分析和確認(rèn)后，把結(jié)果反饋給用戶，在整個(gè)系統(tǒng)中，管理Agents 要隨時(shí)響應(yīng)各個(gè)Agent的請(qǐng)求，因?yàn)橐恢碧幵诨顒?dòng)動(dòng)態(tài)。管理Agent的主要有2個(gè)功能：用戶注冊(cè)及身份驗(yàn)證、協(xié)調(diào)處理各Agent之間的通信。

當(dāng)學(xué)習(xí)者用戶注冊(cè)時(shí)，管理 Agent對(duì)應(yīng)創(chuàng)建學(xué)習(xí)者Agent和個(gè)性化學(xué)習(xí)Agent，每個(gè)Agent用唯一的編號(hào)進(jìn)行區(qū)分，和對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)的用戶信息表編號(hào)一致。教師用戶注冊(cè)時(shí)，會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)教學(xué)Agent。學(xué)習(xí)者用戶登錄時(shí)，管理Agent會(huì)自動(dòng)發(fā)出連接請(qǐng)給學(xué)習(xí)者Agent，學(xué)習(xí)者Agent根據(jù)請(qǐng)求的用戶編號(hào)從學(xué)習(xí)者信息庫(kù)中取出該用戶的注冊(cè)名、學(xué)習(xí)特征、學(xué)習(xí)者水平統(tǒng)計(jì)、學(xué)習(xí)時(shí)間反饋給管理Agent，管理 Agent根據(jù)反饋信息從教學(xué)策略庫(kù)中取出對(duì)應(yīng)的內(nèi)容為學(xué)習(xí)者創(chuàng)建交互學(xué)習(xí)界面，其它各 Agent隨時(shí)向管理Agent匯報(bào)狀態(tài)變化情況。當(dāng)用戶退出系統(tǒng)，則結(jié)束對(duì)應(yīng)的Agent。

（2）教學(xué)Agent

教學(xué)Agent主要負(fù)責(zé)教學(xué)活動(dòng)，它具有自適應(yīng)性，可以將學(xué)習(xí)者的信息傳達(dá)給教師，同時(shí)也能把教學(xué)的反饋信息傳達(dá)給系統(tǒng)?？梢愿鶕?jù)學(xué)習(xí)者Agent的反饋信息，采用最合適的教學(xué)方案，對(duì)其進(jìn)行教學(xué)和指導(dǎo)，并根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情況對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

學(xué)習(xí)者登錄時(shí)，管理Agent會(huì)把該學(xué)習(xí)者的相關(guān)信息傳送給教學(xué)Agent，教學(xué)Agent會(huì)先根據(jù)這些信息來(lái)確定教學(xué)內(nèi)容，以及這些內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)，然后根據(jù)學(xué)習(xí)者的個(gè)性特征、認(rèn)知能力、學(xué)習(xí)情緒和學(xué)習(xí)偏好從教學(xué)資源庫(kù)中取出對(duì)應(yīng)的教學(xué)資源進(jìn)行組織，生成知識(shí)點(diǎn)，選擇最合適的教學(xué)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)指導(dǎo)，以達(dá)到因材施教的目的。

教學(xué)Agent可以對(duì)整個(gè)教學(xué)過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控和指導(dǎo)，對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行了解，記錄學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過(guò)程，根據(jù)學(xué)習(xí)在使用教學(xué)系統(tǒng)的反饋信息，對(duì)學(xué)習(xí)者進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，并及時(shí)糾正在學(xué)習(xí)過(guò)程中出現(xiàn)的學(xué)習(xí)偏差，管理Agent對(duì)把學(xué)習(xí)者對(duì)教學(xué)評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)對(duì)進(jìn)分析和處理，及時(shí)地調(diào)整教學(xué)策略，修改教學(xué)方案，對(duì)自身進(jìn)行改進(jìn)和完善。

（3）學(xué)習(xí)者Agent

學(xué)習(xí)者Agent除了要記錄學(xué)習(xí)者的基本信息外(如姓名、性別、興趣等)，還要能夠準(zhǔn)確反映地學(xué)習(xí)者的認(rèn)知能力、學(xué)習(xí)偏好、學(xué)習(xí)目標(biāo)等，為個(gè)性化教學(xué)提供依據(jù)。

當(dāng)學(xué)習(xí)者第一次登錄系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)學(xué)習(xí)者Agent，負(fù)責(zé)處理學(xué)習(xí)活動(dòng)，對(duì)學(xué)習(xí)情況進(jìn)行跟蹤，對(duì)學(xué)習(xí)者的相關(guān)學(xué)習(xí)行為信息進(jìn)行收集和記錄，包括學(xué)習(xí)者的基本信息、學(xué)習(xí)進(jìn)度、學(xué)習(xí)歷史等。進(jìn)入學(xué)習(xí)后，學(xué)習(xí)者Agent首先給出最近一次的學(xué)習(xí)情況提醒，以及最近一次測(cè)試通過(guò)的知識(shí)點(diǎn)掌握情況。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)習(xí)者Agent自動(dòng)記錄學(xué)習(xí)者訪問(wèn)過(guò)的每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，若發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)者在前面知識(shí)點(diǎn)還未掌握的情況下，去學(xué)習(xí)后面的知識(shí)點(diǎn)，學(xué)習(xí)者 Agent將會(huì)給出學(xué)習(xí)導(dǎo)航，建議學(xué)習(xí)者選擇合適的學(xué)習(xí)內(nèi)容。在每個(gè)知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)結(jié)束后，學(xué)習(xí)者可以從試題庫(kù)選擇試題進(jìn)行測(cè)試，學(xué)習(xí)者Agent對(duì)提交后的試卷進(jìn)行評(píng)閱，并將測(cè)試的內(nèi)容對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)名稱、時(shí)間、難度、成績(jī)等信息進(jìn)行存儲(chǔ)，完成對(duì)學(xué)習(xí)者知識(shí)水平、學(xué)習(xí)能力的測(cè)定，為個(gè)性化學(xué)習(xí)Agent提供相關(guān)的學(xué)生信息。

（4）個(gè)性化學(xué)習(xí)Agent

個(gè)性化學(xué)習(xí)Agent是系統(tǒng)個(gè)性化、智能化的重要標(biāo)志，主要負(fù)責(zé)和學(xué)習(xí)者Agent進(jìn)行交互，提取、分析和維護(hù)學(xué)習(xí)者的個(gè)性特征、認(rèn)知水平、學(xué)習(xí)興趣等信息等，和教學(xué)Agent交互，為不同認(rèn)知水平的學(xué)習(xí)者提供不同的教學(xué)策略，給他們進(jìn)行學(xué)習(xí)導(dǎo)航，提高學(xué)習(xí)興趣。

個(gè)性化學(xué)習(xí)Agent通過(guò)與教學(xué)Agent和學(xué)習(xí)者Agent進(jìn)行交互，對(duì)學(xué)習(xí)者訪問(wèn)過(guò)的知識(shí)內(nèi)容、提交的作業(yè)情況和測(cè)試的成績(jī)等，對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)進(jìn)度進(jìn)行估算，描繪出學(xué)習(xí)者的知識(shí)域；通過(guò)對(duì)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)情況的模糊分析，估算出學(xué)習(xí)者的認(rèn)知水平，分析學(xué)習(xí)者對(duì)某一學(xué)習(xí)內(nèi)容的了解和掌握情況；通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查和單元測(cè)試的形式，比較學(xué)習(xí)者在不同學(xué)習(xí)風(fēng)格下的學(xué)習(xí)效果，動(dòng)態(tài)推薦出適合學(xué)習(xí)者個(gè)性的學(xué)習(xí)風(fēng)格設(shè)置；個(gè)性化學(xué)習(xí)Agent根據(jù)學(xué)習(xí)者模型中的興趣隊(duì)信息進(jìn)行估算，并將估算出來(lái)的學(xué)習(xí)者興趣反饋給管理Agent，管理Agent收到各Agent的信息后，將所有信息進(jìn)行匯總和分析，從教學(xué)資源庫(kù)中取出符合學(xué)習(xí)個(gè)性的知識(shí)點(diǎn)推薦給學(xué)習(xí)者Agent。學(xué)習(xí)者進(jìn)行測(cè)試后，如果該知識(shí)點(diǎn)的考核通過(guò)則表示學(xué)習(xí)者已掌握，個(gè)性化學(xué)習(xí)Agent將提示學(xué)習(xí)者進(jìn)行下一知識(shí)點(diǎn)的推薦學(xué)習(xí)或自主選擇知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)；如果測(cè)試未通過(guò)，則建議學(xué)習(xí)者復(fù)習(xí)當(dāng)前知識(shí)點(diǎn)，學(xué)習(xí)者也可自主選擇其它知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)。

3、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層主要是用來(lái)保存各類數(shù)據(jù)資源，包括學(xué)習(xí)資源庫(kù)、系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)、教學(xué)策略庫(kù)、學(xué)生者模型庫(kù)、試題庫(kù)等。

四 結(jié) 語(yǔ)

將多Agent技術(shù)運(yùn)用到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)中，有效地解決了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)中存在的一些問(wèn)題，能動(dòng)態(tài)地與學(xué)習(xí)者進(jìn)行交互，在各Agent之間實(shí)現(xiàn)知識(shí)交換和共享，在學(xué)習(xí)過(guò)程中，可以根據(jù)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)水平和興趣組織最合理的學(xué)習(xí)方案，針對(duì)具有不同認(rèn)知水平的學(xué)習(xí)者，能夠采用不同的教學(xué)方案，使用教學(xué)和學(xué)習(xí)者的主導(dǎo)地位都能同時(shí)得到發(fā)揮。

[1]李強(qiáng),多Agent系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究[J].黑龍江科技信息,2009,(26).

[2]連雁平,基于智能的個(gè)性化搜索引擎模型研究[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào),2010,(1):122.

[3]Wooldridge MJ,Jennings NR.Intelligent Agent:Theory and Practice[J].Knowledge Engineering Review,1995,10(2):115-152.

TP31

A

1673-2219（2012）08-0052-03

2012－05－10

廖文芳（1982－），女，湖南漣源人，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)軟件開發(fā)。

(責(zé)任編校：何俊華)