人工智能导论第9章智能体与多智能体系统

書式設定,書式設定,第 2,第 3,第 4,第 5,*,第 9 章 智能体与多智能体系统,教材：,王万良?人工智能导论?第3版,高等教育出版社，2021.2,第9章 智能体与多智能体系统,随着计算机网络和信息技术的开展，智能体技术得到广泛应用。多智能不仅具备自身的问题求解能力和行为目标，而且能够相互协作，来到达共同的整体目标。因此，能够解决现实中广泛存在的复杂的大规模问题。,本章在介绍智能体与多智能体系统概念的根底上，简要介绍多智能体系统中的通信、协作、协调等根本技术。,2,第9章 智能体与多智能体系统,9.1 智能体的概念与结构,9.2 多智能体系统的概念与结构,9.3 多智能体系统的通信,9.4 多智能体系统的协调,9.5 多智能体系统的协作,9.6 多智能体系统的协商,3,9.1,智能体的概念与结构,9.2,多智能体系统的概念与结构,9.3,多智能体系统的通信,9.4,多智能体系统的协调,9.5,多智能体系统的协作,9.6,多智能体系统的协商,第9章 智能体与多智能体系统,4,9.1 智能体的概念与结构,9.1.1,智能体的概念,Agent可以看做是一个程序或者一个实体，它嵌入在环境中，通过传感器(sensors)感知环境，通过效应器effectors自治地作用于环境并满足设计要求。,Agent,与环境的交互作用,环境,Agent,感知,作用,执行器,传感器,5,9.1.2,智能体的特性,1自主性：Agent具有独立的局部于自身的知识和知识处理方法，能够根据其内部状态和感知到的环境信息自主决定和控制自身的状态和行为。,2反响性：Agent能够感知、影响环境。Agent的行为是为了实现自身内在的目标，在某些情况下，Agent能够采取主动的行为，改变周围的环境，以实现自身的目标。,3社会性：很多Agent同时存在，形成多智能体系统，模拟社会性的群体。Agent具有和外部环境中其它Agent相互协作的能力，在遇到冲突时能够通过协商来解决问题。,4进化性：Agent应该能够在交互过程中逐步适应环境，自主学习，自主进化。,9.1 智能体的概念与结构,6,9.1.3,智能体的结构,Agent结构接受传感器的输入，然后运行Agent程序，并把执行的结果传送到效应器进行动作。,Agent系统的结构直接影响到系统的性能。,Agent、体系结构和程序之间的关系：,Agent=体系结构+程序,9.1 智能体的概念与结构,7,9.1.3,智能体的结构,Agent结构需要解决以下问题：,1Agent由哪些模块组成；,2这些模块之间如何交互信息；,3Agent感知的信息如何影响它的行为和内部状态；,4如何将这些模块用软件或硬件的方式组合起来形成一个有机的整体。,单个Agent的结构按属性可以分为：,反响式体系结构、慎思式体系结构和混合式体系结构。,9.1 智能体的概念与结构,8,9.1.4 反响式Agent,反响式Agent是一种具备对当时处境的实时反响能力的Agent。,9.1 智能体的概念与结构,传感器,环境,执行器,条件-作用规则,作用决策,世界现状,Agent,9,9.1.5,慎思式,Agent,慎思式,Agent,是一种基于知识的系统，包括环境描述和丰富的智能行为的逻辑推理能力。,9.1 智能体的概念与结构,目标,知识库,状态,作用决策,规划,信息融合,传感器,环境,执行器,Agent,10,9.1.6 复合式Agent,复合式Agent是在一个Agent内组合多种相对独立和并行执行的智能形态，其结构包括感知、动作、反响、建模、规划、通信和决策等模块。,9.1 智能体的概念与结构,规划,建模,决策生成,通信,感知器,反射,执行器,环境,其他Agent,Agent,协作与协商,预测,请求/应答信息,一般,情况,动作,紧急和,简单情况,11,9.1.7 Agent,的应用,1电信。利用Agent的特性解决复杂系统和网络管理方面的任务，包括负载均衡、故障预测、问题分析和信息综合等。,2兴趣匹配。Agent更多应用于商业网站向用户提供建议。,3用户助理。用Agent协助用户更好地完成特定的任务。,4组织结构。由多个Agent构造一个类似于人类组织的系统，不同的Agent代表着系统内的不同角色，通过这些Agent之间的通信和协作来完成具体的任务。目前主要应用于电子商务。,5智能信息检索。Agent可以通过利用相关知识检索一些特定信息。,9.1 智能体的概念与结构,12,9.1.7 Agent,的应用,6决策支持系统。Agent能够监控系统的一些关键信息，在系统可能出现问题的时候，警告相应的操作员，并在数据挖掘技术和决策支持模型的协助下，为复杂的决策提供有效的支持。,7移动计算。Agent能为移动应用提供自然有效且稳定的离线计算模式，在移动用户再次连上网络之后再把结果反响给用户。,8远程教育。Agent作为虚拟教师、虚拟学习伙伴、虚拟实验设备、虚拟图书管理员等，实现虚拟的教学、练习和实验环节等。,9数字娱乐。如在个性化的节目中插入点播效劳；在游戏、动画中进行更加人性化的角色设计。,9.1 智能体的概念与结构,13,9.1,智能体的概念与结构,9.2,多智能体系统的概念与结构,9.3,多智能体系统的通信,9.4,多智能体系统的协调,9.5,多智能体系统的协作,9.6,多智能体系统的协商,第9章 智能体与多智能体系统,14,9.2 多智能体系统的概念与结构,9.2.1 多智能体系统的特点,MAS,中每个智能体具有独立性和自主性。,MAS,支持分布式应用，具有良好的模块性。,MAS,按面向对象的方法构造多层次、多元化的智能体。,MAS,是一个协调式的系统，也是一个集成系统。,在,MAS,中，智能体之间相互通讯，彼此协调，并行地求解问题，提高了问题求解效率。,同一个,MAS,中各个智能体可以是异构的。,在,MAS,中，不同领域的专家系统、同一领域不同的专家系统可以协作求解单一专家系统难以解决的问题。,15,9.2 多智能体系统的概念与结构,9.2.2 多智能体系统的根本类型,BDI模型：是一个概念和逻辑上的理论模型，是研究Agent理性和推理机制的根底。,协商模型：Agent的协作行为一般通过协商而产生。合同网协议就是协商模型的典型代表，主要解决任务分配、资源冲突和知识冲突等问题。,协作规划模型：用于制订其协调一致的问题规划。,自协调模型：随环境变化自适应地调整行为。,16,9.2 多智能体系统的概念与结构,9.2.3多智能体系统的体系结构,网络结构：Agent之间都是直接通信的，通信和状态知识都是固定的。,联盟结构：假设干相距较近的Agent通过一个叫做协助者的Agent来进行交互，而远程Agent之间的交互和消息发送是由局部Agent群体的协助者Agent协作完成的。,黑板结构：黑板结构中的局部Agent把信息存放在可存取的黑板上，实现局部数据共享。,17,9.1,智能体的概念与结构,9.2,多智能体系统的概念与结构,9.3,多智能体系统的通信,9.4,多智能体系统的协调,9.5,多智能体系统的协作,9.6,多智能体系统的协商,第9章 智能体与多智能体系统,18,9.3 多智能体系统的通信,两个Agent之间的通信过程如下：,发送方将自己的思想翻译成通信所用语言的格式；,发送方将语言格式加载到通信传播媒体，如声音、文字和图像；,传播载体到达接收方；,接收方读取载体中的语言代码；,接收方在思维空间中将语言代码按其格式翻译为思想，从而熟悉发送方的意识状态。,19,9.3.1 智能体通信的类型,使用Tell和Ask通信,：Agent分享共同内部表示语言，并通过界面Tell和Ask直接访问相互的知识库。,数据库,推理,数据库,推理,行为,感知,行为,通信界面Tell和Ask通信,A,B,20,9.3.1 智能体通信的类型,使用形式语言通信,：大多数Agent的通信是通过语言而不是通过直接访问知识库而实现的。,数据库,推理,数据库,推理,行为,感知,行为,通信界面Tell和Ask通信,语言,A,B,21,9.3.2 Agent通信的方式,1.黑板系统,黑板系统的模型有三个主要组成局部：,知识源，即Agent，是作为求解问题的独立单元，具有不同的专门知识，独立完成特定的任务。,黑板，即公共工作区，为知识源提供信息和数据，同时，供知识源进行修改。,监控机制。根据黑板当前的问题求解状态，以及各知识源的不同求解能力，对其进行监控，使之能适时相应黑板变化，及时进行问题求解。,22,9.3.2 Agent通信的方式,2.消息/对话系统,有如下两种方式来实现Agent间的消息传递：,直接通信方式：每个Agent必须知道消息在什么时候发送到什么地方，系统中有哪些Agent可以合作，这些Agent各具备什么样的能力等。这要求系统中的每个Agent都拥有其他Agent的信息。,中介的通信：在基于中介的消息传送中，假设干相距较近的Agent通过通信效劳器来进行交互和消息发送，而远程Agent之间的交互是由局部群体中的通信效劳器协作完成的。,23,智能体通信语言,1.知识交换格式语言KIF,主要是基于谓词逻辑，可以作为描述专家系统、数据库、多智能体的知识表示工具。,KIF负责将一种语言翻译成另一种语言，或者为两种异构智能体的知识表达提供语义共享。,可共享重用知识那么是一个词汇表，它可以使可共享知识库的内容更容易被理解，同时也为特定的领域提供开发工具和方法。,外部接口主要设计软件智能体运行时能够共享知识和信息的通信高层语言KQML，即知识查询操纵语言。KQML是自主的异步智能体之间共享知识和实现协作问题求解的通信语言。,KQML既是一种消息格式，也是支持实时智能体之间知识共享的消息处理协议，实现基于知识的异构系统之间互操作和集成。,24,智能体通信语言,在实际应用中，软件实体之间的互操作和知识共享是应用程序作为软件智能体的重要根底，甚至是必不可少的先决条件。,互操作软件智能体的抽象模型。,25,智能体通信语言,2.知识查询操纵语言KQML,KQML为多智能体通信定义了一套消息表达机制和消息传递格式，构建了一种标准通用框架。,KQML分为3层：内容层、消息层和通信层。,内容层使用应用程序本身的表达语言来传送消息的实际内容。,通信层主要负责对消息的某些特性进行编码，这些特性描述了底层通信参数，例如发送者和接收者的标识符。,消息层是整个KQML语言的核心。将一条消息从一个应用程序传送到另一个应用程序时，消息层完成对所传送信息的封装。消息层的一个最根本功能是识别传输消息发送时所使用的协议，并且给消息发送者提供一个附加在内容上的述行语或原语。KQML语言在内容不可知的情况下实现对消息的分析、路由和正确的传送。,26,智能体通信语言,KQML语言中有多种在进程之间进行信息交换的协议。,27,9.1,智能体的概念与结构,9.2,多智能体系统的概念与结构,9.3,多智能体系统的通信,9.4,多智能体系统的协调,9.5,多智能体系统的协作,9.6,多智能体系统的协商,第9章 智能体与多智能体系统,28,9.4 多智能体系统的协调,协调和协作是MAS研究的核心问题之一，是一个系统智能水平的重要表达。,协调是一组Agent完成集体活动时相互作用的性质。,协作是非对抗的Agent之间保持行为协调的特例。,MAS中的协调是指多个Agent为了一致和谐的方式工作而进行交互的过程，防止Agent之间的死锁或活锁。,死锁指多个Agent无法进行各自的下一步动作；活锁指多个Agent不断工作却无任何进展。,29,9.4 多智能体系统的协调,当前主要有以下四种协调方法。,(1)基于集中规划的协调：将具备其他Agent的知识、能力和环境资源知识的Agent可作为主控Agent，对该MAS的目标进行分解，对任务进行规划，并指示或建议其他Agent执行相关任务。特别适用于环境和任务相对固定、动态行为集可预计和需要集中监控的情况。,(2)基于协商的协调：通过协商来实现任务的分配。协商是Agent间减缓信息、讨论和