人工智能基础08-合肥工业大学课件.ppt

1、1/87目录o 第一章第一章绪论绪论o 第二章搜索技术第二章搜索技术o 第三章第三章知识表示知识表示o 第四章推理技术第四章推理技术 o 第五章第五章 机器学习机器学习o 第六章第六章 计算智能计算智能o 第七章第七章 数据挖掘数据挖掘o 第八章智能体技术第八章智能体技术 2/87o Agent理论理论基础o Agent结构结构o 多多Agent系统系统o 移动移动Agent3/872022-6-9Agent理论理论基础基础p 分布式人工智能分布式人工智能 人工智能的发展人工智能的发展： 符号逻辑、知识工程与专家系统、象棋比赛、数学难题证符号逻辑、知识工程与专家系统、象棋比赛、数学难题证明，明

2、， 处理较处理较“成型成型”的问题，利用成功的经验知识进行求解。的问题，利用成功的经验知识进行求解。 环境变化（分布式计算、互联网）：没有现成方法，没有环境变化（分布式计算、互联网）：没有现成方法，没有知识知识 ？ 引入新的活力引入新的活力4/872022-6-9Agent理论理论基础基础分布智能系统特点分布智能系统特点： （1） 系统中的数据、知识系统中的数据、知识, 以及控制不但在逻辑上以及控制不但在逻辑上, 而且在而且在物理上是分布的物理上是分布的, 既没有全局控制既没有全局控制, 也没有全局的数据存储。也没有全局的数据存储。 （2） 各个求解机构由计算机网络互连各个求解机构由计算机网络

3、互连, 在问题求解过程中在问题求解过程中, 通信代价要比求解问题的代价低得多。通信代价要比求解问题的代价低得多。 （3） 系统中诸机构能够相互协作系统中诸机构能够相互协作, 来求解单个机构难以解决来求解单个机构难以解决, 甚至不能解决的任务。甚至不能解决的任务。5/872022-6-9p Agent产生与发展产生与发展u Hewitt提出演员模型（提出演员模型（1977） 在该模型中给出了一些在该模型中给出了一些“演员（演员（Actor）”一组具有知我包一组具有知我包含、相互作用和并行执行的对象。含、相互作用和并行执行的对象。u Minsky 思维与社会思维与社会（1986）提出）提出Agen

4、t 社会中的某些个体经过协商之后可求得问题的解，这些个体就社会中的某些个体经过协商之后可求得问题的解，这些个体就是是Agent，Agent应具有社会交互性和智能性。应具有社会交互性和智能性。u 1980 年年Davis 和和 Smith 提出了合同网（提出了合同网（CNET） CNET 使用投标使用投标合同方式实现任务在多个节点上的分配。合合同方式实现任务在多个节点上的分配。合同网系统的重要贡献在于提出了通过相互选择和达成协议的协商同网系统的重要贡献在于提出了通过相互选择和达成协议的协商过程实现分布式任务分配和控制的思想过程实现分布式任务分配和控制的思想Agent理论基础理论基础6/87202

5、2-6-9p Agent产生与发展产生与发展u Lesser等人主持研制等人主持研制分布式车辆监控测试系统分布式车辆监控测试系统 DVMT DVMT 是以分布式传感网络数据解释为背景，对复杂的黑是以分布式传感网络数据解释为背景，对复杂的黑板问题求解系统之间的相互作用进行了研究，提供了抽象和模板问题求解系统之间的相互作用进行了研究，提供了抽象和模型化分布式系统行为的方法。型化分布式系统行为的方法。u Gasser 等人研制了等人研制了MACE 系统（系统（1987 ） 是一个实验型的分布式人工智能系统开发环境。是一个实验型的分布式人工智能系统开发环境。MACE 中每中每一个计算单元都称作主体，它

6、们具有知识表示和推理能力，主一个计算单元都称作主体，它们具有知识表示和推理能力，主体之件通过消息传送进行通信。体之件通过消息传送进行通信。MACE 的各个机构并行计算的各个机构并行计算, 并提供了描述机构的描述语言，具有跟踪的并提供了描述机构的描述语言，具有跟踪的demons 机制。机制。Agent理论基础理论基础7/872022-6-9Agent理论基础理论基础p Agent定义与特征定义与特征 “Agent是处在某个环境中的计算机系统，该系统有能力在这个是处在某个环境中的计算机系统，该系统有能力在这个环境中自主行动以实现其设计目标。环境中自主行动以实现其设计目标。” Wooldridge

7、& JenningsAgent环境环境传感器输入传感器输入动作输出动作输出8/872022-6-9Agent理论基础理论基础p Agent定义与特征定义与特征Agent 弱概念弱概念 l Autonomy( (自治性）自治性）: agents operate without the direct intervention of humans or others, and have some kind of control over their actions and internal state;l social ability（社会性社会性) ): agents interact with

8、other agents (and possibly humans) via some kind of agent-communication language ;l Reactivity（反应性）（反应性）: agents perceive their environment, (which may be the physical world, a user via a graphical user interface, a collection of other agents, the INTERNET, or perhaps all of these combined), and res

9、pond in a timely fashion to changes that occur in it;l pro-activeness（自主性）自主性）: agents do not simply act in response to their environment, they are able to exhibit goal-directed behavior by taking the initiative.9/872022-6-9Agent理论基础理论基础Agent 强概念强概念 An agent to be a computer system that, in addition

10、 to having the properties identified above, is either conceptualized or implemented using concepts that are more usually applied to humans. For example, it is quite common in AI to characterize an agent using mentalist(心智）心智） notions, such as knowledge（知识）知识）, belief（信念）信念）, intention（意意图）图）, and ob

11、ligation （承诺）承诺）. Some AI researchers have gone further, and considered emotional （情感）情感） agents10/872022-6-9Agent理论基础理论基础l Mobility( (移动性）移动性） is the ability of an agent to move around an electronic network ;l veracity( (诚实性）诚实性） is the assumption that an agent will not knowingly communicate false

12、information ;l benevolence（善意性）善意性） is the assumption that agents do not have conflicting goals, and that every agent will therefore always try to do what is asked of it;l rationality （理性）理性）is the assumption that an agent will act in order to achieve its goals.Agent 其他属性其他属性 11/872022-6-9Agent理论基础理

13、论基础 Bratman（1987）提出用信念（）提出用信念（belief）、愿望（）、愿望（desire）、意图）、意图（intention）来表示）来表示Agent。信念：是信念：是Agent对当前世界状况以及为达到某种效果所可能采取的行对当前世界状况以及为达到某种效果所可能采取的行为路线的估计，从认知的角度；为路线的估计，从认知的角度；愿望：是描述愿望：是描述Agent对未来世界状态以及对所可能采取的行为路线的对未来世界状态以及对所可能采取的行为路线的喜好，从情感的角度；喜好，从情感的角度；意图：认为目标是愿望的子集，但没有采取具体行动的承诺，如果某意图：认为目标是愿望的子集，但没有采取具

14、体行动的承诺，如果某一或一些目标得到了承诺，这些目标就是意图。从意动方面来描述一或一些目标得到了承诺，这些目标就是意图。从意动方面来描述p 理性主体理性主体12/872022-6-9Agent理论基础理论基础 BDI 主体模型可以通过下列要素描述：主体模型可以通过下列要素描述： （1）一组关于世界的信念；）一组关于世界的信念； （2）主体当前打算达到的一组目标；）主体当前打算达到的一组目标； （3）一个规划库，描述怎样达到目标和怎样改变信念；）一个规划库，描述怎样达到目标和怎样改变信念； （4）一个意图结构，描述主体当前怎样达到它的目标和改）一个意图结构，描述主体当前怎样达到它的目标和改变信念

15、。变信念。p BDI主体模型主体模型13/87Agent结构结构p 慎思型慎思型Agent（deliberate Agent） 将将AgentAgent看作是一种特殊的知识系统，即通过符号人工智看作是一种特殊的知识系统，即通过符号人工智能的方法来实现能的方法来实现AgentAgent的表示和推理的表示和推理。慎思型慎思型AgentAgent的最大特点的最大特点就是将就是将AgentAgent看作是一种意识系统。人们设计的基于看作是一种意识系统。人们设计的基于AgentAgent系统系统的目的之一是把它们作为人类个体或社会行为的智能代理，那的目的之一是把它们作为人类个体或社会行为的智能代理，那么

16、么AgentAgent就应该能模拟或表现出被代理者具有的所谓意识态度，就应该能模拟或表现出被代理者具有的所谓意识态度，如信念、愿望、意图、目标、承诺、责任等。如信念、愿望、意图、目标、承诺、责任等。14/872022-6-9Agent结构结构Agent内部状态内部状态信息融合信息融合知识库知识库规划规划目标目标动作动作环境传感器传感器效应器效应器知识信念环境愿望愿望目的目的意图意图BDIBDI模型模型慎思型慎思型Agent框图框图15/872022-6-9Agent结构结构p 反应型反应型Agent（reactive Agent） 反应型反应型Agent认为，认为，Agent的智能应该取决于感

17、知和行动，从而的智能应该取决于感知和行动，从而提出提出Agent智能行为的智能行为的“感知感知动作动作”模型。此时的模型。此时的Agent不需要知不需要知识，不需要表示，也不需要推理，识，不需要表示，也不需要推理，Agent可以象人类一样逐步进化，可以象人类一样逐步进化，Agent的行为只能在现实世界与周围环境的交互作用中表现出来。的行为只能在现实世界与周围环境的交互作用中表现出来。Agent当前世界当前世界动作动作环境传感器传感器效应器效应器条件条件-动作动作规则规则反应型反应型Agent框图框图16/872022-6-9Agent结构结构p混合型混合型Agent（hybrid Agent）

18、 混合型混合型Agent综合了反应型综合了反应型Agent和慎思型和慎思型Agent两者的两者的优点，具有较强的灵活性和快速的响应性。混合型优点，具有较强的灵活性和快速的响应性。混合型Agent通通常被设计成至少有两层的层次结构。高层是一个包含有符号常被设计成至少有两层的层次结构。高层是一个包含有符号世界模型的认知层，进行世界模型的认知层，进行Agent整体规划与设计；低层是一整体规划与设计；低层是一个能快速响应和处理环境中突发事件的反应层。一般反应层个能快速响应和处理环境中突发事件的反应层。一般反应层具有较高的优先级。具有较高的优先级。17/872022-6-9Agent结构结构机器人足球机

19、器人足球agent真实世界真实世界控制层控制层动作层动作层交互层交互层战术要素战术要素阵型要素阵型要素球员类型球员类型对手模型对手模型通讯模型通讯模型决策模块决策模块内部状态内部状态内部动作内部动作外部动作外部动作解释器解释器世界状态世界状态预测器预测器hfutAgenthfutAgent结构结构感知信息感知信息作用于环境18/872022-6-9多多Agent系统系统p MAS发展发展 MAS的研究历史最早可以追溯到的研究历史最早可以追溯到80年代中期的年代中期的Actors模型，模型，接着是接着是Davis和和Smith提出的合同网协议。合同网协议至今仍被提出的合同网协议。合同网协议至今仍

20、被认为是关于通信、认为是关于通信、MAS协商研究的经典工具。协商研究的经典工具。 研究内容：研究内容：针对开放动态的环境，研究针对开放动态的环境，研究MASMAS的求解框架和的求解框架和求解方法。包括求解方法。包括AgentAgent之间的协商、合作、任务分配机制、社之间的协商、合作、任务分配机制、社会法则、过滤策略以及行为规范和联盟。会法则、过滤策略以及行为规范和联盟。19/872022-6-9多多Agent系统系统 多个多个Agent意识态度之间的交互问题，这是意识态度之间的交互问题，这是MAS理论研究理论研究的重要部分之一。的重要部分之一。 能够对环境中其他能够对环境中其他Agent的意

21、识态度进行推理是的意识态度进行推理是Agent间共间共存、竞争或协作的要求存、竞争或协作的要求Agent之间的协同、协商和协作行为是之间的协同、协商和协作行为是在其各种精神状态的支配和控制下才产生、进行和完成的。与在其各种精神状态的支配和控制下才产生、进行和完成的。与共享精神状态相关的理论主要涉及到相互信念、联合目标和联共享精神状态相关的理论主要涉及到相互信念、联合目标和联合意图等概念。其中以联合意图为代表，在多合意图等概念。其中以联合意图为代表，在多Agent环境下，环境下，相互信念即是所谓的公共知识，它与多相互信念即是所谓的公共知识，它与多Agent通信密切相关。通信密切相关。 p MAS

22、与联合意图与联合意图 20/872022-6-9多多Agent系统系统多多Agent的关键技术可以概括为协商协议、协商策略和协商处的关键技术可以概括为协商协议、协商策略和协商处理三方面的内容。理三方面的内容。 协商协议的主要研究内容是协商协议的主要研究内容是Agent通信语言通信语言(ACL)的定义、表的定义、表示、处理和语义解释。示、处理和语义解释。p多多Agent协商协商 21/872022-6-9多多Agent系统系统协商策略是协商策略是Agent决策和选择协商协议和通信消息的策略。决策和选择协商协议和通信消息的策略。协商策略基本上可以分为五类：单方让步、竞争型策略、协作型策协商策略基本

23、上可以分为五类：单方让步、竞争型策略、协作型策略、破坏协商和拖延协商。略、破坏协商和拖延协商。 竞争型策略一般是指协商参与者坚持自己的立场，在协商过程中竞争型策略一般是指协商参与者坚持自己的立场，在协商过程中表现出竞争行为，使协商结果向有利于自身利益方向发展。合同网协商表现出竞争行为，使协商结果向有利于自身利益方向发展。合同网协商模型、基于策论的协商过程等都属于此类。模型、基于策论的协商过程等都属于此类。 协作型策略则是指协商各方都从系统利益出发，在协商过程中相协作型策略则是指协商各方都从系统利益出发，在协商过程中相互合作，他们采取的协商对策有利于寻找相互能接受的协商结果。采用互合作，他们采取

24、的协商对策有利于寻找相互能接受的协商结果。采用协作型策略的协商过程包括部分全局规划、协作型策略的协商过程包括部分全局规划、FA/C等等。 p多多Agent协商协商 22/872022-6-9多多Agent系统系统 协商处理包括协商算法和系统分析两部分内容。协商处理包括协商算法和系统分析两部分内容。 协商算法用于描述协商算法用于描述Agent在协商过程中的行为，包括通信、在协商过程中的行为，包括通信、决策、规划和知识库操作等。决策、规划和知识库操作等。 系统分析的任务是分析和评价系统分析的任务是分析和评价Agent协商的行为和性能，回协商的行为和性能，回答协商过程中的求解质量、算法效率以及系统的

25、公平性和死锁答协商过程中的求解质量、算法效率以及系统的公平性和死锁等问题。等问题。p多多Agent协商协商 23/872022-6-9多多Agent系统系统规划是连接精神状态与动作执行之间的桥梁，有关动作和规划是连接精神状态与动作执行之间的桥梁，有关动作和规划的研究一直是规划的研究一直是Agent研究的活跃领域。研究的活跃领域。MAS中的规划与经中的规划与经典规划不同，属于适应性规划，需要反映出环境的持续变化。典规划不同，属于适应性规划，需要反映出环境的持续变化。p多多Agent规划规划A Service Robot Copes with Changes Understanding, Lear

26、ning, Planning, and Acting24/872022-6-9移动移动Agent 移动代理是一种可以移动的移动代理是一种可以移动的AgentAgent，它可自主地在异构的网它可自主地在异构的网络上，按照一定的规程移动，寻找合适的计算资源、信息资源络上，按照一定的规程移动，寻找合适的计算资源、信息资源或软件资源，利用与这些资源处于同一主机或网络的优势，就或软件资源，利用与这些资源处于同一主机或网络的优势，就近处理或使用这些资源，代表用户完成特定的任务近处理或使用这些资源，代表用户完成特定的任务 25/872022-6-9移动移动Agentl节省带宽：通过移动到服务器端工作并把最终

27、数据传回客户机。节省带宽：通过移动到服务器端工作并把最终数据传回客户机。l 节省时间：减少了费时的网络传输，以及在规模较大的数据库节省时间：减少了费时的网络传输，以及在规模较大的数据库操作中操作中Agent能实现本地操作。能实现本地操作。l 减少延迟：移动减少延迟：移动Agent移动到服务器端，直接传回最终结果，移动到服务器端，直接传回最终结果，避免了中间数据的传输延迟。避免了中间数据的传输延迟。l 异步方式：一旦移动异步方式：一旦移动Agent从客户端传输到另一台主机上，这从客户端传输到另一台主机上，这台机器就可以和网络断开连接，直至想回收台机器就可以和网络断开连接，直至想回收Agent或再次传送或再次传送Agent。l负载平衡：移动负载平衡：移动Agent能轻易地从一个平台移动到另一个平台，能轻易地从一个平台移动到另一个平台，它们带着自身代码移动到目的机器上无需预先安装就能运行，可它们带着自身代码移动到目的机器上无需预先安装就能运行，可以很方便地实现负载平衡。以很方便地实现负载平衡。ClientClientServerServer网络通信(a)传统分布式计算模型网络通信(b)移动Agent模型Agent本地通信