第5单元——Agent的复杂系统建模及模拟方法
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• 主体的强概念主要应用在人工智能领域 • 认为主体是一个计算机系统，除了上述弱
概念说明的特性外，主体还应该具有人类 的某些一般特性，如知识、信念、意图、 承诺等心智状态，甚至具有情感等
ห้องสมุดไป่ตู้
5.1.2 多主体系统(Multi-Agent Systems)
（1）为什么需要多主体系统？
– 单一主体很难对存在于动态开放环境之中的 大规模复杂问题进行求解 。
– 即对环境的感知和影响。无论主体生存在现实世界还是虚拟世界，主体 都应该可以感知所处环境，并能及时地对环境中发生的变化做出反应， 通过行为影响环境。
• 预动性(pro-activeness)：
– 主体不是简单的对环境被动反应，而是能采取主动，表现出目标导向 （goal-directed）的行为。
（4）主体的强概念
第5单元 基于Agent的复杂系统 建模与模拟方法
本章内容
• 主体与多主体系统 • 多主体建模与仿真 • 多主体模型的实现 • 多主体仿真在社会科学中的应用 • Aspen多主体经济模型
5.1 主体与多主体系统
5.1.1 主体概念 （1）主体的来源
Agent ：主体，智能体，代理 来源于分布式人工智能领域 Minsky，1986《The Society of Mind》 1990s在人工智能领域得到重视 1990s~ 在其他领域广泛应用
• 主体在环境中的一次执行r是环境状态与主体动作的一个交替序列：
r : e0 a0 e1 a1 e2 a2 au1 eu
• 主体的动作决策部件可以定义为以下函数：
Choose : E* A
为环境演化的状态序列。
E*
• 主体的动作将对环境状态产生影响，定义 影响函数为：
部件
部件
状态 转换
状态
感知输入
动作输出
环境
5.1.4主体之间的通信与交互
• 主体之间实现交互需要三个方面的技术保 障：
– 要有一致的消息协议， – 要有实现通信的机制， – 要有高层的交互协议。
• 这三个方面密切配合，才能实现主体之间 的协作。
（1）主体通信语言
• 主体通信语言
– 是一种用于表达主体之间交互消息的描述性语 言，
– 人类智能本质上是社会性的，人们往往为解 决复杂问题组织起来，这些组织能够解决任 何个人都无法解决的问题。
（2）多主体系统的特点
• 概念：
多主体系统是由多个可以相互交互的主体所组成的系统。 • 多主体系统的特点：
– 有限视角，即每个主体都面临不完全信息，或只具备有限能力； – 没有系统全局控制； – 数据分散； – 计算是异步的
)
（2）通信方式
• 主体之间常用的通信机制有三种：
Chooser : E A
（3）具有感知部件的主体
• 将标准主体的决策部件分解为感知子系统 和动作子系统，称为具有感知部件的Agent。
感知输入
主体
感知 部件
动作决策 部件
动作输出
环境
（4）具有状态部件的主体
• 一种与标准主体等价的表示方法，思路是 认为Agent具有内部状态
主体
感知
动作决策
和交互机制。 • 对特定的应用场合采用某种结构可能会更自然，也更容易
理解。
（1）标准主体
感知输入
主体
动作决策部件
环境
动作输出
形式化
• 假设环境变化可以抽象为一个环境状态序列，环境在任何离散的 瞬时状态的有穷集合为:
E {e0 , e1, e2 , } • 主体有一个可执行动作集合 A {a0 , a1 , a2 , }
（2）Agent的定义
• 研究人员对Agent的理解并不一致，至今还没有一个普遍 接受的关于Agent的定义。
• “Agent”一般用来描述自包含的、能感知环境并能在一定 程度上控制自身行为的计算实体。
• Hewitt:“什么是主体对于基于主体的计算来说是个尴尬的 问题，就像主流的人工智能研究中什么是智能这个问题一 样”
Change: E A (E)
• 标准主体定义为以下三元组：
Agent A,Choose,Change
（2）纯反应式主体
• 有一种Agent决策完全基于当前状态，不考 虑过去的状态。
• 这种Agent只是直接对环境做出反应，因此 称为纯反应式Agent。
• 其动作决策部件与标准主体有所不同，决 策函数为：
（3）多主体系统的结构
• 各个主体相对独立，主体之间可能存在复 杂的关系
Agent 交互 结构关系
作用范围 环境
主体之间的关系类型
• 结构相关
结构相关性是指不同主体之间具有结构关系，如小组关系、 上下级关系等。 这种结构关系将对系统中主体的运行以及主体之间的相互 作用产生影响。
• 行为相关
不同的主体对环境的一部分产生影响， 某些主体的影响范围发生重叠，则它们之间就产生了行为 上的相互影响。
（3）主体的弱概念
主体的弱概念从广义的角度规定主体的特性：
• 自治性(autonomy)：
– 主体的运行不受人或其它物的直接控制，它对自己的行动和内部状态有 一定程度的控制权。
• 社会能力(social ability)：
– 主体通过某种主体通信语言与其它主体或人进行信息交互。
• 反应能力(reactivity)：
5.1.3 主体的一般结构
• 从计算的角度看，主体是一个计算实体，
– 具有属于自身的资源， – 能够感知环境信息， – 根据内部的行为控制机制确定主体应采取的行动， – 主体的行动实施后，将对自身状态和环境状态产生影响。
• 要实现这样的主体，可以采用不同的结构。 • 所谓结构就是定义主体的基本成分以及各成分之间的关系
– 它定义了交互消息的格式（即语法）和内涵 （即语义）。
• 影响较大的主体通信语言：
– KQML – ACL
ACL 消息结构
• 一个ACL消息是由通信行为、通信内容以及 一组消息参数等几部分组成
通信动作类型
消息开始 消息内容表达式 消息参数 消息结尾
(inform :content (price(bid good2) 150) :sender agent1 :receiver auction-server :in-reply-to round4 :reply-with bid04 :languange KIF :ontology auction
概念说明的特性外，主体还应该具有人类 的某些一般特性，如知识、信念、意图、 承诺等心智状态，甚至具有情感等
ห้องสมุดไป่ตู้
5.1.2 多主体系统(Multi-Agent Systems)
（1）为什么需要多主体系统？
– 单一主体很难对存在于动态开放环境之中的 大规模复杂问题进行求解 。
– 即对环境的感知和影响。无论主体生存在现实世界还是虚拟世界，主体 都应该可以感知所处环境，并能及时地对环境中发生的变化做出反应， 通过行为影响环境。
• 预动性(pro-activeness)：
– 主体不是简单的对环境被动反应，而是能采取主动，表现出目标导向 （goal-directed）的行为。
（4）主体的强概念
第5单元 基于Agent的复杂系统 建模与模拟方法
本章内容
• 主体与多主体系统 • 多主体建模与仿真 • 多主体模型的实现 • 多主体仿真在社会科学中的应用 • Aspen多主体经济模型
5.1 主体与多主体系统
5.1.1 主体概念 （1）主体的来源
Agent ：主体，智能体，代理 来源于分布式人工智能领域 Minsky，1986《The Society of Mind》 1990s在人工智能领域得到重视 1990s~ 在其他领域广泛应用
• 主体在环境中的一次执行r是环境状态与主体动作的一个交替序列：
r : e0 a0 e1 a1 e2 a2 au1 eu
• 主体的动作决策部件可以定义为以下函数：
Choose : E* A
为环境演化的状态序列。
E*
• 主体的动作将对环境状态产生影响，定义 影响函数为：
部件
部件
状态 转换
状态
感知输入
动作输出
环境
5.1.4主体之间的通信与交互
• 主体之间实现交互需要三个方面的技术保 障：
– 要有一致的消息协议， – 要有实现通信的机制， – 要有高层的交互协议。
• 这三个方面密切配合，才能实现主体之间 的协作。
（1）主体通信语言
• 主体通信语言
– 是一种用于表达主体之间交互消息的描述性语 言，
– 人类智能本质上是社会性的，人们往往为解 决复杂问题组织起来，这些组织能够解决任 何个人都无法解决的问题。
（2）多主体系统的特点
• 概念：
多主体系统是由多个可以相互交互的主体所组成的系统。 • 多主体系统的特点：
– 有限视角，即每个主体都面临不完全信息，或只具备有限能力； – 没有系统全局控制； – 数据分散； – 计算是异步的
)
（2）通信方式
• 主体之间常用的通信机制有三种：
Chooser : E A
（3）具有感知部件的主体
• 将标准主体的决策部件分解为感知子系统 和动作子系统，称为具有感知部件的Agent。
感知输入
主体
感知 部件
动作决策 部件
动作输出
环境
（4）具有状态部件的主体
• 一种与标准主体等价的表示方法，思路是 认为Agent具有内部状态
主体
感知
动作决策
和交互机制。 • 对特定的应用场合采用某种结构可能会更自然，也更容易
理解。
（1）标准主体
感知输入
主体
动作决策部件
环境
动作输出
形式化
• 假设环境变化可以抽象为一个环境状态序列，环境在任何离散的 瞬时状态的有穷集合为:
E {e0 , e1, e2 , } • 主体有一个可执行动作集合 A {a0 , a1 , a2 , }
（2）Agent的定义
• 研究人员对Agent的理解并不一致，至今还没有一个普遍 接受的关于Agent的定义。
• “Agent”一般用来描述自包含的、能感知环境并能在一定 程度上控制自身行为的计算实体。
• Hewitt:“什么是主体对于基于主体的计算来说是个尴尬的 问题，就像主流的人工智能研究中什么是智能这个问题一 样”
Change: E A (E)
• 标准主体定义为以下三元组：
Agent A,Choose,Change
（2）纯反应式主体
• 有一种Agent决策完全基于当前状态，不考 虑过去的状态。
• 这种Agent只是直接对环境做出反应，因此 称为纯反应式Agent。
• 其动作决策部件与标准主体有所不同，决 策函数为：
（3）多主体系统的结构
• 各个主体相对独立，主体之间可能存在复 杂的关系
Agent 交互 结构关系
作用范围 环境
主体之间的关系类型
• 结构相关
结构相关性是指不同主体之间具有结构关系，如小组关系、 上下级关系等。 这种结构关系将对系统中主体的运行以及主体之间的相互 作用产生影响。
• 行为相关
不同的主体对环境的一部分产生影响， 某些主体的影响范围发生重叠，则它们之间就产生了行为 上的相互影响。
（3）主体的弱概念
主体的弱概念从广义的角度规定主体的特性：
• 自治性(autonomy)：
– 主体的运行不受人或其它物的直接控制，它对自己的行动和内部状态有 一定程度的控制权。
• 社会能力(social ability)：
– 主体通过某种主体通信语言与其它主体或人进行信息交互。
• 反应能力(reactivity)：
5.1.3 主体的一般结构
• 从计算的角度看，主体是一个计算实体，
– 具有属于自身的资源， – 能够感知环境信息， – 根据内部的行为控制机制确定主体应采取的行动， – 主体的行动实施后，将对自身状态和环境状态产生影响。
• 要实现这样的主体，可以采用不同的结构。 • 所谓结构就是定义主体的基本成分以及各成分之间的关系
– 它定义了交互消息的格式（即语法）和内涵 （即语义）。
• 影响较大的主体通信语言：
– KQML – ACL
ACL 消息结构
• 一个ACL消息是由通信行为、通信内容以及 一组消息参数等几部分组成
通信动作类型
消息开始 消息内容表达式 消息参数 消息结尾
(inform :content (price(bid good2) 150) :sender agent1 :receiver auction-server :in-reply-to round4 :reply-with bid04 :languange KIF :ontology auction