多智能體技術(shù)

摘 要：當(dāng)今，分布式人工智能研究的一個(gè)熱點(diǎn)是多智能體系統(tǒng)，它是分布式問題求解的進(jìn)一步發(fā)展。隨著多智能體理論與技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大著，但是由于其理論與應(yīng)用研究剛起步不久，還有不少問題有待解決。本論文回顧了多智能體技術(shù)的發(fā)展歷史，指出了多智能體理論及應(yīng)用的研究方向，介紹了多智能體技術(shù)的基本概念和特點(diǎn)，多智能體系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，多智能體中的協(xié)調(diào)方法等內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：多智能；技術(shù)

1.前言

目前的工業(yè)系統(tǒng)正向大型、復(fù)雜、動(dòng)態(tài)和開放的方向轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)的工業(yè)系統(tǒng)和多機(jī)器人技術(shù)在許多關(guān)鍵問題上遇到了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。分布式人工智能 （DAI，Distributed Artificial Intelligence）與多智能體系統(tǒng)（MAS， Multi-Agent System）理論為解決這些挑戰(zhàn)提供了一種最佳途徑。智能體系統(tǒng)是分布式人工智能的一個(gè)重要分支，是20世紀(jì)末至21世紀(jì)初國(guó)際上人工智能的前沿學(xué)科。研究的目的在于解決大型、復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)問題，而解決這類問題已超出了單個(gè)智能體的能力，將DAT、MAS充分應(yīng)用于工業(yè)系統(tǒng)和多機(jī)器人系統(tǒng)的結(jié)果，便產(chǎn)生了一門新興的機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域一多智能體機(jī)器人系統(tǒng)（MARS，MultiAgent Robot System）。總的來說，多智能體系統(tǒng)領(lǐng)域正在蓬勃發(fā)展。

2.多智能體

2.1多智能體技術(shù)的基本概念

多智能體系統(tǒng)（Multi-Agent System，MAS）是由多個(gè)Agent組成的集合，Agent之間及Agent與環(huán)境之間通過通訊、協(xié)商與協(xié)作來共同完成單個(gè)Agent不能解決的問題。也可以簡(jiǎn)單地說，多智能體系統(tǒng)是指由多個(gè)自主或半自主的構(gòu)件所構(gòu)成的各種大型的系統(tǒng)。

在多智能體系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)是分散的，沒有系統(tǒng)的全局控制。多智能體技術(shù)提供了一種適合分布式計(jì)算和不確定問題求解的新方法，這是因?yàn)槎嘀悄荏w系統(tǒng)放松了對(duì)集中式規(guī)劃、順序控制的限制，提供了分散控制、應(yīng)急和并行處理的能力，并且它是一個(gè)高度交叉的研究領(lǐng)域，它吸取了不同領(lǐng)域的內(nèi)容，如計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能、經(jīng)濟(jì)學(xué)、社會(huì)學(xué)等[1]。

2.2多智能體中的協(xié)調(diào)

在開放的多智能體系統(tǒng)中，每個(gè)Agent都具有自主性，在求解和運(yùn)行過程中會(huì)按照自己的目的、知識(shí)與能力進(jìn)行活動(dòng)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)矛盾沖突，其根源在于Agent間的知識(shí)不完備性、目標(biāo)不一致性、不兼容性等方面。因此，MAS中的Agent之間需要進(jìn)行協(xié)調(diào)。多智能體協(xié)調(diào)（coordinating）是指具有不同目標(biāo)的多個(gè)Agent對(duì)其目標(biāo)、資源等進(jìn)行合理安排，以協(xié)調(diào)各自行為，最大限度地實(shí)現(xiàn)各自目標(biāo)。

有效的協(xié)調(diào)是自主的Agent在MAS中達(dá)到目標(biāo)的關(guān)鍵。MAS中存在Agent相互依賴的行為時(shí)，由于有多個(gè)Agent的意圖存在，當(dāng)發(fā)生沖突時(shí)，就要進(jìn)行協(xié)調(diào)。協(xié)調(diào)是保證多智能體系統(tǒng)中Agent合作的主要方法。通過協(xié)調(diào)多智能體系統(tǒng)中Agent的個(gè)體行為，使得多智能體系統(tǒng)的整體行為得到改進(jìn)，提高系統(tǒng)的性能，或是減少系統(tǒng)的沖突[2]。

2.2.1多智能體協(xié)調(diào)類型

多智能體系統(tǒng)的協(xié)調(diào)分為顯式協(xié)調(diào)和隱式協(xié)調(diào)兩種[3]。顯式協(xié)調(diào)是指Agent被設(shè)計(jì)成能夠?qū)赡艿慕换ミM(jìn)行推理，必要時(shí)與其他Agent進(jìn)行協(xié)商。隱式協(xié)調(diào)是指Agent被設(shè)計(jì)成遵循某局部的行為規(guī)則。

（1）顯式協(xié)調(diào)

顯式協(xié)調(diào)以協(xié)調(diào)控制行為的執(zhí)行者在系統(tǒng)中的分布程度可分為完全集中的協(xié)調(diào)、完全分布的協(xié)調(diào)以及集中與分布相結(jié)合的協(xié)調(diào)三類。

（2）隱式協(xié)調(diào)

由于處理大量的可能沖突以形成一個(gè)全局一致的方案，交互通信或中心規(guī)劃器的方法是可行的，因此多智能體系統(tǒng)中出現(xiàn)了關(guān)于社會(huì)規(guī)則、過濾、標(biāo)準(zhǔn)等隱式的研究。過濾策略與社會(huì)規(guī)則的原則相同，都是根據(jù)一定的原則將Agent可選動(dòng)作中相容的一部分視為合理的而保留下來，從而協(xié)調(diào)Agent的行為。標(biāo)準(zhǔn)化是指在某些情況下，協(xié)調(diào)Agent通過標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行協(xié)調(diào)，即建立受控Agent在一些情況下必須遵守的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則。

2.2.2多智能體協(xié)調(diào)方法

目前多智能體協(xié)調(diào)方法主要有如下四種[4]：

（1）基于集中規(guī)劃的協(xié)調(diào)

如果MAS中至少有一個(gè)Agent具備其他Agent的知識(shí)、能力和環(huán)境資源知識(shí)，那么該Agent可作為主控Agent對(duì)該系統(tǒng)的目標(biāo)進(jìn)行分解，對(duì)任務(wù)進(jìn)行規(guī)劃，并指示或建議其他Agent執(zhí)行相關(guān)任務(wù)。這種基于集中規(guī)劃的協(xié)調(diào)方法特別適合于環(huán)境和任務(wù)相應(yīng)固定、動(dòng)態(tài)行為集可預(yù)計(jì)和需要集中監(jiān)控的情況，如機(jī)器人協(xié)調(diào)和智能控制。

（2）基于協(xié)商的協(xié)調(diào)

當(dāng)協(xié)商時(shí)，系統(tǒng)中沒有作為規(guī)劃的主控Agent。協(xié)商是Agent交換信息、討論和達(dá)成一致的方式。具體協(xié)商方法有合同網(wǎng)協(xié)商、功能精確的協(xié)作和基于對(duì)策論的協(xié)商等等。

（3）基于對(duì)策論的協(xié)調(diào)

此協(xié)調(diào)方法包括無通信協(xié)調(diào)和有通信協(xié)調(diào)兩類。無通信協(xié)調(diào)是在沒有通信的情況下，Agent根據(jù)對(duì)方及自身的效益模型，按照對(duì)策論選擇適當(dāng)行為。在這種協(xié)調(diào)方式中，Agent至多只能達(dá)到協(xié)調(diào)的平衡解。在基于對(duì)策論的有通信協(xié)調(diào)中可以得到協(xié)作解。

（4）基于社會(huì)規(guī)則的協(xié)調(diào)

這是一類以每個(gè)Agent都必須遵循的社會(huì)規(guī)則、過濾策略、標(biāo)準(zhǔn)和管理為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)方法。這些規(guī)則對(duì)各Agent的行為加以限制，過濾某些有沖突的意圖和行為，保證其他Agent必須具有的行為方式，從而確保本Agent行為的可行性，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)Agent系統(tǒng)的社會(huì)行為的協(xié)調(diào)。

3.總結(jié)

本論文學(xué)習(xí)研究了多智能體系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論，闡述Agent及多智能體系統(tǒng)的基本概念，Agent的結(jié)構(gòu)和多智能體系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，多個(gè)Agent之間的協(xié)調(diào)方法，由此我們可以對(duì)于多智能體技術(shù)有一個(gè)更好的認(rèn)識(shí)。

參考文獻(xiàn)：

[1]WookdrudgeM.多Agent系統(tǒng)引論，石純一等譯.北京：電子工業(yè)出版社，2003.

[2]張潔，高亮，李培根，多Agent技術(shù)在先進(jìn)制造中的應(yīng)用[M]，北京：科學(xué)出版社，2004，3-91.

[3]竇立謙，Agent系統(tǒng)協(xié)作與協(xié)調(diào)的研究[D]，天津：天津大學(xué)，2005.

[4]陳峰，多Agent合作問題求解的研究與應(yīng)用[D].安徽：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2000.

[5]韓偉，韓忠愿，基于黑板模型的多智能體合作學(xué)習(xí)[J].計(jì)算機(jī)工程，2007，33（22）：42-44.

作者簡(jiǎn)介：李崇，男，遼寧大連人，遼寧省大連市大連商業(yè)學(xué)校教師，講師，從事數(shù)學(xué)教學(xué)。