多主体行为冲突的Petri网方法研究
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—13—
n
U Agent _ E − Act = { Agent _ E _ act i } (n ≥ 1) i =1
主体根据其内部动作执行的结果决定执行具体的外部动作。
多主体系统在不同状态之间的转化通过多主体系统的各
种动作的运行来实现，对于某一行为 act，只有在其前置条件
与约束条件满足时才可以发生，通过行为的后置条件说明 act
Agent = (Sin , t A , Sout ,Tex , FA ) ，其中： (1) S in , S out , T ex 如定义 2 中定义；
(2) t A 为 Agent 的内部结构 Nin 的替代结构，作为变迁类
元素；
(3) FA = {(Sin × t A ) ∪ (t A × Sout ) ∪ (Sout × Tex )} 。 假设多主体系统中含有的主体集合为
的外部动作之间的关系可以分类如下(与文献[2]类似)：对于
多主体系统 ∑ M
=
(N M
,
M
)
0
中两个不同主体的动作
t 1
,
t 2
：
(1)若
( • t1
∪
t1• )
∩(•t2∪Βιβλιοθήκη t• 2)
=
φ
，则
t1
,
t2
为相互独立的
动作。
(2)若 M ∈ R(M 0 ) ，则 1) M [t1 > ∧ M [t2 > ； 2) M [t1 > M 1 , M 1[t2 > ∧ M [t2 > M 2 , M 2 [t1 > ，则 t 1 , t 2 为 并发动作。
of Finance, Ji’nan 250014; 4. Graduate School of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039)
【Abstract】Agent has internal and external actions, each agent can be modeled with its Petri net system and the Multi-agent system is described with its hierarchical Petri nets system. Multi-agent external actions relationships are sorted and get a necessary condition for multi-agent actions conflicts. Further, dead markings of its Petri nets system are according to conflicts that can be detected swiftly by the multi-agent system, especially resource conflicts. 【Key words】Intelligent agent; Multi-agent system; Conflicts; Petri nets
(2) TM = (TS , T A , Tex ) ，其中：
n
n
U U TA = {TA |Agenti } ， Tex = T | ex Agenti
i =1
i =1
T S 为系统中的其他变迁元素；
(3) FM ⊆ ( S M × TM ) ∪ (TM × S M ) 。
与单个主体相同，处于某一状态 state 的多主体系统可以
种结构与动作。
定义 4 多主体系统的 Petri 网结构为 NM = (SM ,TM , FM ) ， 其中：
(1) S M = {S S , S in , S out } ，
n
n
U S = U S | Sin =
S in | Agenti ， out
i =1
out Agenti i=1
S S 为系统中其他库所元素，如系统中资源等；
Study on Multi-agent Behaviors Conflicts with Petri Nets
MA Bingxian1,4, WU Zhehui2, XU Yinglei3
(1. Key Lab of Intelligent Information Processing, Institute of Computing Technology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080; 2. College of Information Science and Engineering, Shandong University of Science and Technology, Taian 271019; 3. College of Computer, Shandong Institute
执行的结果,其运行可对应地利用 Petri 网中变迁元素的激发
进行刻画，动作 act 的效应 effect 通过其对应的 Pre_condition
与 Pst-condition 中库所对应标识的改变反映出来。
定义 1 主体 Agent 的内部 Petri 结构为 Nin =（S A ,Tin , F1）， 其中：
1 概述
现在多主体系统作为并发、分布式系统已经渗透到现实 世界的多个应用领域，如工业过程控制、交通控制、信息管 理、电子商务、娱乐游戏等。一个多主体系统中若干不同的 主体被组织在一起，每个主体不能单独地完成系统的任务， 必须通过主体间的交互共同完成系统的任务，并且每个主体 在系统中充当不同的角色，对系统的运行起着不同的作用。 每个主体都有自己的目标或意图，执行某些行为的能力以及 对其所处环境的信念，在某种程度上可以自治行动，由它们 自己决定需要采取什么行动以实现其设计目标。不同主体拥 有不同的目标和计划，在系统运行过程中，不同主体的行为 对其所处环境产生的影响也不同。如果某些主体的行为导致 了其它主体的行为不能发生而使系统无法完成其任务，系统 此时便陷入冲突状态。因此为了保证系统的顺利运行，如何 对系统中的冲突进行有效的分析（检测和解除）一直是多主 体系统分析的关键问题。
2多主体行为的petri网描述多主体系统的运行伴随着系统的状态的不断改变通过多主体系统中的不同动作的运行来实现状态之间的转变而petri网系统的运行是通过变迁元素的激发来实现状态之间的转变并且变迁元素的激发伴随着其前置条件和后置条件的变化这是可以利用petri网对多主体系统进行描述和分析的主要原因
第 32 卷 第 9 期 Vol.32 № 9
S A = { A g en t1,L , A g en tn} ( n ≥ 1) ， 主 体 Agenti 对 应 的 Petri 网系统为
∑ i = (N i , M )(i = 1,L, n)
{S in , S out , S A , Tin , t A , Tex , F A } | Agent i 分 别 标 记 A g en ti 的 各
(1) S = {Sin，S A，Sout} ， S in 与 S out 分别代表主体接收外界
信息和主体向外界传送消息的接口元素，SA 为主体的内部结
构元素，例如主体的知识库等； (2) T = {Tin , Tex } ， T in 是主体内部动作的集合， T ex 是
主体外部动作的集合，显然 Tin ∩ Tex = φ ； (3) F ⊆ {( S in × Tin ) ∪ F1 ∪ (S out × Tex )} 。 F1 如定义 1。 定 义 3 在 多 主 体 系 统 中 ， 单 个 Agent 为 五 元 组
(1) SA 为 Agent 的内部结构元素，如主体的知识库，规
则库等；
(2) Tin 为 Agent 内部动作的集合； (3) F1 ⊆ ( S A × Tin ) ∪ (Tin × S A ) 。 单个主体 Agent 的内部结构 N in 在系统中的其他主体看 来是一个黑盒子，仅有接口元素和外部动作是外界可见的。 定义 2 单个 Agent 的 Petri 网结构为 N =（S,T,F），其中：
有界 Petri 网系统。
3 多主体系统行为冲突分析
在多主体系统的运行过程中，系统中的各个主体通过相
互协作共同完成系统的目标或任务，对于系统分配的子任务，
各个主体通过执行相应的动作序列来完成该任务，动作序列
中各个动作的顺利执行是保证主体完成任务的决定因素。多
主体间的协作通过主体间的外部动作的交互得以实现，在系
通 过 系 统 对 应 的 Petri 网 系 统 ∑ = (N , M ) 进 行 描 述 ，
M
M
state 对应于 ∑M 中的标识 M 。
我们往往要求多主体系统能够在有限允许的时间内完成
用户的任务，因此本文约定在某一状态 state 下的多主体系统
对应的 Petri 网系统和其中各个主体对应的 Petri 网系统均是
基 于 逻 辑 分 析 的 方 法 [1,4] 不 能 同 时 描 述 系 统 中 多 个 主 体 间的并发行为，对多个主体参与的冲突进行分析时有所欠缺， 另外对于动态的多主体系统，更希望得到对系统中的动态冲 突分析的方法。针对多主体系统并发、分布式的特点，利用 Petri 网[5]技术与方法特别适合描述和分析多主体系统中行 为间的关系，已有的利用 Petri 网描述多主体系统行为的工作 [2,3]主要集中在对少数主体间的交互行为的描述上，不能够从 系统的角度全面分析多主体行为间的关系，同样不能对系统 中多个主体间的冲突进行有效的分析。本文提出利用层次 Petri 网描述多主体系统行为的方法，多主体系统中主体间的
计算机工程 Computer Engineering
2006 年 5 月 May 2006
·博士论文·
文章编号：1000—3428(2006)09—0013—03 文献标识码：A
中图分类号：TP393.06
多主体行为冲突的 Petri 网方法研究
马炳先 1,4，吴哲辉 2，徐颖蕾 3
(1. 中国科学院计算技术研究所智能信息处理重点实验室，北京 100080；2. 山东科技大学信息科学与工程学院，泰安 271019； 3. 山东财政学院计算机学院，济南 250014；4. 中国科学院研究生院，北京 100039)
冲突不仅能够在系统的 Petri 网模型中容易地检测出来，并能 利用 Petri 网中关于冲突和死锁的相关结论与已有的冲突消 除策略结合得到多主体系统冲突分析的新方法。
2 多主体行为的 Petri 网描述
多主体系统的运行伴随着系统的状态的不断改变，通过 多主体系统中的不同动作的运行来实现状态之间的转变，而 Petri 网系统的运行是通过变迁元素的激发来实现状态之间的 转变，并且变迁元素的激发伴随着其前置条件和后置条件的 变化，这是可以利用 Petri 网对多主体系统进行描述和分析的 主要原因。
统运行过程中，不同主体的动作对其所处环境产生的影响也
不同。如果一个主体某个外部动作的发生改变了另外一个主
体某个外部动作的发生条件，使其不能发生，而使系统不能
完成其任务或不能运行下去，那么系统便陷入冲突状态。因
此对系统中各主体间的动作间的关系进行准确的分析是求解
多主体冲突问题的首要条件。
首先，在对应的 Petri 网系统中，多主体系统中不同主体
摘 要：将主体的动作分为内部动作和外部动作，单个主体的内部行为通过其对应的 Petri 网系统进行描述，进一步得到多主体系统对应 的层次 Petri 网系统。通过主体间的外部动作关系的讨论分析得到多主体系统出现冲突的必要条件，并且 Petri 网系统运行时的一个死标识 对应多主体系统的一个冲突，特别是资源冲突。 关键词：智能主体；多主体系统；冲突；Petri 网
(2)主体的外部动作。为了完成其某个目标，主体总是通 过执行一定的行为与其他主体和周围环境交互，此类行为是 主体外部行为，是主体某些外部动作执行的结果，Agent 外 部动作集合记为
基金项目：国家自然科学基金资助项目( 60173053) 作者简介：马炳先(1977—)，男，博士生，主研方向：Petri 网理论 与应用等；吴哲辉，教授、博导；徐颖蕾，硕士 收稿日期：2005-05-24 E-mail：mabx@
与人类的各种行为特点相对应，一个主体 Agent 具有两 类动作：
(1)主体的内部动作。主体根据其任务和目标及其所处环 境，通过内部知识推理对其行为进行规划以完成其任务和目 标，这个过程是主体的某些内部动作运行的结果，主体 Agent 内部动作的集合记为
m
U Agent _ I− Act = {Agent _ I _ acti} (m ≥ 1) i=1
n
U Agent _ E − Act = { Agent _ E _ act i } (n ≥ 1) i =1
主体根据其内部动作执行的结果决定执行具体的外部动作。
多主体系统在不同状态之间的转化通过多主体系统的各
种动作的运行来实现，对于某一行为 act，只有在其前置条件
与约束条件满足时才可以发生，通过行为的后置条件说明 act
Agent = (Sin , t A , Sout ,Tex , FA ) ，其中： (1) S in , S out , T ex 如定义 2 中定义；
(2) t A 为 Agent 的内部结构 Nin 的替代结构，作为变迁类
元素；
(3) FA = {(Sin × t A ) ∪ (t A × Sout ) ∪ (Sout × Tex )} 。 假设多主体系统中含有的主体集合为
的外部动作之间的关系可以分类如下(与文献[2]类似)：对于
多主体系统 ∑ M
=
(N M
,
M
)
0
中两个不同主体的动作
t 1
,
t 2
：
(1)若
( • t1
∪
t1• )
∩(•t2∪Βιβλιοθήκη t• 2)
=
φ
，则
t1
,
t2
为相互独立的
动作。
(2)若 M ∈ R(M 0 ) ，则 1) M [t1 > ∧ M [t2 > ； 2) M [t1 > M 1 , M 1[t2 > ∧ M [t2 > M 2 , M 2 [t1 > ，则 t 1 , t 2 为 并发动作。
of Finance, Ji’nan 250014; 4. Graduate School of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039)
【Abstract】Agent has internal and external actions, each agent can be modeled with its Petri net system and the Multi-agent system is described with its hierarchical Petri nets system. Multi-agent external actions relationships are sorted and get a necessary condition for multi-agent actions conflicts. Further, dead markings of its Petri nets system are according to conflicts that can be detected swiftly by the multi-agent system, especially resource conflicts. 【Key words】Intelligent agent; Multi-agent system; Conflicts; Petri nets
(2) TM = (TS , T A , Tex ) ，其中：
n
n
U U TA = {TA |Agenti } ， Tex = T | ex Agenti
i =1
i =1
T S 为系统中的其他变迁元素；
(3) FM ⊆ ( S M × TM ) ∪ (TM × S M ) 。
与单个主体相同，处于某一状态 state 的多主体系统可以
种结构与动作。
定义 4 多主体系统的 Petri 网结构为 NM = (SM ,TM , FM ) ， 其中：
(1) S M = {S S , S in , S out } ，
n
n
U S = U S | Sin =
S in | Agenti ， out
i =1
out Agenti i=1
S S 为系统中其他库所元素，如系统中资源等；
Study on Multi-agent Behaviors Conflicts with Petri Nets
MA Bingxian1,4, WU Zhehui2, XU Yinglei3
(1. Key Lab of Intelligent Information Processing, Institute of Computing Technology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080; 2. College of Information Science and Engineering, Shandong University of Science and Technology, Taian 271019; 3. College of Computer, Shandong Institute
执行的结果,其运行可对应地利用 Petri 网中变迁元素的激发
进行刻画，动作 act 的效应 effect 通过其对应的 Pre_condition
与 Pst-condition 中库所对应标识的改变反映出来。
定义 1 主体 Agent 的内部 Petri 结构为 Nin =（S A ,Tin , F1）， 其中：
1 概述
现在多主体系统作为并发、分布式系统已经渗透到现实 世界的多个应用领域，如工业过程控制、交通控制、信息管 理、电子商务、娱乐游戏等。一个多主体系统中若干不同的 主体被组织在一起，每个主体不能单独地完成系统的任务， 必须通过主体间的交互共同完成系统的任务，并且每个主体 在系统中充当不同的角色，对系统的运行起着不同的作用。 每个主体都有自己的目标或意图，执行某些行为的能力以及 对其所处环境的信念，在某种程度上可以自治行动，由它们 自己决定需要采取什么行动以实现其设计目标。不同主体拥 有不同的目标和计划，在系统运行过程中，不同主体的行为 对其所处环境产生的影响也不同。如果某些主体的行为导致 了其它主体的行为不能发生而使系统无法完成其任务，系统 此时便陷入冲突状态。因此为了保证系统的顺利运行，如何 对系统中的冲突进行有效的分析（检测和解除）一直是多主 体系统分析的关键问题。
2多主体行为的petri网描述多主体系统的运行伴随着系统的状态的不断改变通过多主体系统中的不同动作的运行来实现状态之间的转变而petri网系统的运行是通过变迁元素的激发来实现状态之间的转变并且变迁元素的激发伴随着其前置条件和后置条件的变化这是可以利用petri网对多主体系统进行描述和分析的主要原因
第 32 卷 第 9 期 Vol.32 № 9
S A = { A g en t1,L , A g en tn} ( n ≥ 1) ， 主 体 Agenti 对 应 的 Petri 网系统为
∑ i = (N i , M )(i = 1,L, n)
{S in , S out , S A , Tin , t A , Tex , F A } | Agent i 分 别 标 记 A g en ti 的 各
(1) S = {Sin，S A，Sout} ， S in 与 S out 分别代表主体接收外界
信息和主体向外界传送消息的接口元素，SA 为主体的内部结
构元素，例如主体的知识库等； (2) T = {Tin , Tex } ， T in 是主体内部动作的集合， T ex 是
主体外部动作的集合，显然 Tin ∩ Tex = φ ； (3) F ⊆ {( S in × Tin ) ∪ F1 ∪ (S out × Tex )} 。 F1 如定义 1。 定 义 3 在 多 主 体 系 统 中 ， 单 个 Agent 为 五 元 组
(1) SA 为 Agent 的内部结构元素，如主体的知识库，规
则库等；
(2) Tin 为 Agent 内部动作的集合； (3) F1 ⊆ ( S A × Tin ) ∪ (Tin × S A ) 。 单个主体 Agent 的内部结构 N in 在系统中的其他主体看 来是一个黑盒子，仅有接口元素和外部动作是外界可见的。 定义 2 单个 Agent 的 Petri 网结构为 N =（S,T,F），其中：
有界 Petri 网系统。
3 多主体系统行为冲突分析
在多主体系统的运行过程中，系统中的各个主体通过相
互协作共同完成系统的目标或任务，对于系统分配的子任务，
各个主体通过执行相应的动作序列来完成该任务，动作序列
中各个动作的顺利执行是保证主体完成任务的决定因素。多
主体间的协作通过主体间的外部动作的交互得以实现，在系
通 过 系 统 对 应 的 Petri 网 系 统 ∑ = (N , M ) 进 行 描 述 ，
M
M
state 对应于 ∑M 中的标识 M 。
我们往往要求多主体系统能够在有限允许的时间内完成
用户的任务，因此本文约定在某一状态 state 下的多主体系统
对应的 Petri 网系统和其中各个主体对应的 Petri 网系统均是
基 于 逻 辑 分 析 的 方 法 [1,4] 不 能 同 时 描 述 系 统 中 多 个 主 体 间的并发行为，对多个主体参与的冲突进行分析时有所欠缺， 另外对于动态的多主体系统，更希望得到对系统中的动态冲 突分析的方法。针对多主体系统并发、分布式的特点，利用 Petri 网[5]技术与方法特别适合描述和分析多主体系统中行 为间的关系，已有的利用 Petri 网描述多主体系统行为的工作 [2,3]主要集中在对少数主体间的交互行为的描述上，不能够从 系统的角度全面分析多主体行为间的关系，同样不能对系统 中多个主体间的冲突进行有效的分析。本文提出利用层次 Petri 网描述多主体系统行为的方法，多主体系统中主体间的
计算机工程 Computer Engineering
2006 年 5 月 May 2006
·博士论文·
文章编号：1000—3428(2006)09—0013—03 文献标识码：A
中图分类号：TP393.06
多主体行为冲突的 Petri 网方法研究
马炳先 1,4，吴哲辉 2，徐颖蕾 3
(1. 中国科学院计算技术研究所智能信息处理重点实验室，北京 100080；2. 山东科技大学信息科学与工程学院，泰安 271019； 3. 山东财政学院计算机学院，济南 250014；4. 中国科学院研究生院，北京 100039)
冲突不仅能够在系统的 Petri 网模型中容易地检测出来，并能 利用 Petri 网中关于冲突和死锁的相关结论与已有的冲突消 除策略结合得到多主体系统冲突分析的新方法。
2 多主体行为的 Petri 网描述
多主体系统的运行伴随着系统的状态的不断改变，通过 多主体系统中的不同动作的运行来实现状态之间的转变，而 Petri 网系统的运行是通过变迁元素的激发来实现状态之间的 转变，并且变迁元素的激发伴随着其前置条件和后置条件的 变化，这是可以利用 Petri 网对多主体系统进行描述和分析的 主要原因。
统运行过程中，不同主体的动作对其所处环境产生的影响也
不同。如果一个主体某个外部动作的发生改变了另外一个主
体某个外部动作的发生条件，使其不能发生，而使系统不能
完成其任务或不能运行下去，那么系统便陷入冲突状态。因
此对系统中各主体间的动作间的关系进行准确的分析是求解
多主体冲突问题的首要条件。
首先，在对应的 Petri 网系统中，多主体系统中不同主体
摘 要：将主体的动作分为内部动作和外部动作，单个主体的内部行为通过其对应的 Petri 网系统进行描述，进一步得到多主体系统对应 的层次 Petri 网系统。通过主体间的外部动作关系的讨论分析得到多主体系统出现冲突的必要条件，并且 Petri 网系统运行时的一个死标识 对应多主体系统的一个冲突，特别是资源冲突。 关键词：智能主体；多主体系统；冲突；Petri 网
(2)主体的外部动作。为了完成其某个目标，主体总是通 过执行一定的行为与其他主体和周围环境交互，此类行为是 主体外部行为，是主体某些外部动作执行的结果，Agent 外 部动作集合记为
基金项目：国家自然科学基金资助项目( 60173053) 作者简介：马炳先(1977—)，男，博士生，主研方向：Petri 网理论 与应用等；吴哲辉，教授、博导；徐颖蕾，硕士 收稿日期：2005-05-24 E-mail：mabx@
与人类的各种行为特点相对应，一个主体 Agent 具有两 类动作：
(1)主体的内部动作。主体根据其任务和目标及其所处环 境，通过内部知识推理对其行为进行规划以完成其任务和目 标，这个过程是主体的某些内部动作运行的结果，主体 Agent 内部动作的集合记为
m
U Agent _ I− Act = {Agent _ I _ acti} (m ≥ 1) i=1