第9章分布式人工智能与Agent

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慎思式真体结构
目标 作用决策
知识库
状态
规划
信息融合
执行器
环境
传感器
Fig 9. 4 慎思式真体结构
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功能智能性 真体强调理性作用，可作为描述机器智能、动
物智能和人类智能的统一模型。
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9.3 真体的结构 Architecture of Agent
9.3.1 Architecture Features of Agent 真体的结构特点
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9.2 真体及其要素 Agent and Its Essentials
感知
环境
作用
传感器
？
执行器
Fig 9.1 Agent与环境的交互作用
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9.2.1 Agent的定义和译法
1. Agent的定义 定义9.1 社会中某个个体经过协商后可求得问题 的解，这个个体就是agent. 定义9.2 是一种通过传感器知其环境，并通过执 行器作用于该环境的实体，因此，可以把真体定 义为一种从感知序列实体动作的映射。 定义9.3 是一种具有智能的实体
研究如何在多个合作的和共享知识的模块、 节点或子系统之间划分任务，并求解问题。 多真体系统（MAS)
研究如何在一群自主的agent间进行智能行 为的协调。
两者的共同点在于研究如何对资源、知识、控制等 进行划分。
两者的不同点在于，DPS往往需要有全局的问题、概 念模型和成功标准；而MAS则包含多个局部的问题、概 念模型和成功标准。
并借助自己的行为结果，对环境做出适当反应。
环境协调性 真体存在于一定的环境中，感知环境的状态、
事件和特征，并通过其动作和行为影响环境，与环境保持协调。 环境和真体互相依存，互相作用。
面向目标性 真体能够表现出某种目标指导下的行为，为
实现其内在目标而采取主动行为。
存在社会性 真体存在于由多个真体构成的社会环境中，
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基于目标的真体
仅仅了解现有状态对决策来说往往是不够的，真 体还需要某种描述环境情况的目标信息。真体的 程序能够与可能的作用结果信息结合起来，以便 选择达到目标的行为。这类真体的决策基本上与 前面所述的条件－作用规则不同。反应式真体中 有的信息没有明确使用，而设计者已预先计算好 各种正确作用。对于反应式真体，还必须重写大 量的条件－作用规则。基于目标的真体在实现目 标方面更灵活，只要指定新的目标，就能够产生 新的作用。图9.6表示基于目标真体的结构。
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基于目标的真体结构
真体 目标
真 体 世界发 影响世 展 真 界信息 体信息
原有 内部 状态
行为决策 行为影响世界 世界现状
执行器
环境
传感器
Fig 9. 6 一个具有显式目标的真体
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独立性 系统把求解任务归约为几个相对独立的 子任务，从而降低了各处理节点、子系统问题 求解和软件设计开发的复杂性。
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Types of Distributed AI 分布式人工智能的分类
分布式问题求解（DPS）
并行分布处理技术应运而生
Features of Distributed AI 分布式人工智能的特点
分布性 系统信息无论在逻辑上或者物理上都是分 布的，系统能够并行地求解问题，从而提高子系 统的求解效率。
连接性 在问题求解过程中，各个子系统和求解机 构通过计算机网络相互连接，降低了求解问题的 代价。
协作性 各子系统协调工作，能够求解单个机构难 以解决或者无法解决的困难问题，提高求解能力， 扩大应用领域。
真体
体系结构
程序
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9.3.2 真体结构的分类
反应式真体
反应式（reflex或reactive）真体只简单地对外部 刺激产生响应，没有任何内部状态。每个真体 既是客户，又是服务器，根据程序提出请求或 做出回答。图9.3表示反应式真体的结构示意图， 图中，真体的条件-作用规则使感知和动作连接 起来。把这种连接称为一条条件-作用规则。
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反应式真体的软件结构
条件-作用规则
真体
作用决策
世界现状
执行器 环境
传感器
Fig 9.3 反应式真体结构
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9.2.2 真体的要素和特性
1. 真体的要素
真体必须利用知识修改其内部状态（心理状态）， 以适应环境变化和协作求解的需要。真体的行动 受其心理状态驱动。人类心理状态的要素有认知 （信念、知识、学习等）、情感（愿望、兴趣、 爱好等）和意向（意图、目标、规划和承诺等） 三种。着重研究信念（belief）、愿望（desire） 和意图（intention）的关系及其形式化描述，力 图建立真体的BDI（信念、愿望和意图）模型， 已成为真体理论模型研究的主要方向。
与其它真体交换信息、交互作用和通讯。各真体通过社会承诺， 进行社会推理，实现社会意向和目标。
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2. 真体的特性（续）
工作协调性 各真体合作和协调工作，求解单个真体无法处
理的问题，提高处理问题的能力。
运行持续性 真体的程序在起动后，能够在相当长的一段时
间内维持运行状态，不随运算的停止而立即结束运行。
系统适应性 真体不仅能够感知环境，对环境做出反应，而
且能够把新建立的真体集成到系统中而无需对原有的多真体系 统进行重新设计，因而具有很强的适应性和可扩展性。
结构分布性 在物理上或逻辑上分布和异构的实体（或真
体），如主动数据库、知识库、控制器和执行器等，在多真体 系统中具有分布式结构，便于技术集成、资源共享、性能优化 和系统整合。
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基于效果的真体
只有目标实际上还不足以产生高质量的作用。如果一个世界 状态优于另一世界状态，那么它对真体就有更好的效果 （utility）。
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2. Agent 的译法
建议把agent译为“(艾)真体”的理由：
（1）Agent是一种通过传感器感知其环境，并通过执行器作用于 该环境的实体。 这个“实体”也可叫做“真体”。因此，可以 把真体定义为一种从感知序列到实体动作的映射。
真体系统是个高度开放的智能系统， 其结构将直接影响系统的智能和性能 。
例如，一个在未知环境中自主移动的机器人需要对它面对的各 种复杂地形、地貌、通道状况及环境信息做出实时感知和决策，控 制执行机构完成各种运动操作，实现导航、跟踪、越野等功能，并 保证移动机器人处于最佳的运动状态。这就要求构成该移动机器人 系统的各个真体有一个合理和先进的体系结构，保证各真体自主地 完成局部问题求解任务，显示出较高的求解能力，并通过各真体间 的协作完成全局任务。
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1. 真体的要素
信念、愿望、意图与行为的因果关系，如图9.2 所示。其中，信念描述真体对环境的认识，表示 可能发生的状态。愿望从信念直接得到，描述真 体对可能发生情景的判断。意图来自愿望，制约 真体，是目标的组成部分。
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9.3.1 Architecture Features of Agent
真体的结构特点
真体相当于一个独立的功能模块 核心部分为决策生成器或问题求解器 包含一个或多个进程，并接受总体调度 在多计算机上并行运行
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Features of Distributed AI
开放性 通过网络互连和系统的分布，便于扩充 系统规模，使系统具有比单个系统广大得多的 开发性和灵活性。
容错性 系统具有较多的冗余处理节点、通讯路 径和知识，能够在系统出现故障时保持正常的 基本工作状况，以提高工作可靠性。
（2）译为“主体”可能是考虑到agent具有自主性。但交互性、 协调性、社会性、适应性和分布性等不可能在译名上全部反映出 来，因而是片面的。
（3）译为“代理”是受到社会科学和管理科学的影响。也不能 表示出agent的原义。
（4）音译不失为一种可取方法。
（5）有一定的物理意义。
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慎思式真体
慎思式（deliberative）真体又称为认知式（cognitive） 真体，是个具有显式符号模型的基于知识的系统。 其环境模型一般是预先知道的，因而对动态环境存 在一定的局限性，不适用于未知环境。
慎思式真体的结构如图9.4所示。真体接收的外部环 境信息，依据内部状态进行信息融合，以产生修改 当前状态的描述；然后，在知识库支持下制订规划， 再在目标指引下，形成动作序列，对环境发生作用。
信念
愿望 意图 …
Fig. 9.2 BDI关系图
行为
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2. 真体的特性
行为自主性 能够控制自身行为，其行为是主动的、自发
的/有目标和意图的，并能根据目标和环境要求对短期行为做 出规划。
作用交互性 能够与环境交互作用，能够感知其所处环境，
Ch.9 Distributed Artificial Intelligence and Agent
第九章 分布式人工智能与Agent
9.1 分布式人工智能 9.2 Agent及其要素 9.3 真体的结构 9.4 真体通信 9.5 移动真体和多真体系统 9.6 小结
9.1 分布式人工智能 Distributed Artificial Intelligence
跟踪式真体
简单的反应式真体只能在现有感知基础上做出正确的决策。 随时更新内部状态信息要求把两种知识编入真体的程序，即 关于世界如何独立地发展真体的信息以及真体自身作用如何 影响世界的信息。
图9.5给出一种具有内部状态的反应式真体的结构图，表示 现有的感知信息如何与原有的内部状态相结合以产生现有状 态的更新描述。与解释状态的现有知识的新感知一样，也采 用了有关世界如何跟踪其未知部分的信息，还必须知道真体 对世界状态有哪些作用。具有内部状态的反应式真体通过找 到一条条件与现有环境匹配的规则进行工作，然后执行与规
则相关的作用。这种结构叫做跟踪世界真体或跟踪式真体。
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跟踪式真体结构
真体 条件-作用规则
真体 影响世 界信息
世界发 展真 体信息
原有 内部 状态
作用决策
世界现状
执行器
环境
传感器
Fig 9.5 具有内部状态的真体结构
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人工智能的任务就是设计真体程序，实现从感知到
动作的映射函数。这种真体程序需要在某种称为结构的 计算设备上运行。一般上，体系结构使得传感器的感知 对程序可用、运行程序并把该程序的作用选择反馈给执
行器。可见，真体、体系结构和程序之间具有如下关系：