分布式人工智能

2019/8/1史忠植高级人工智能1高级人工智能第十章分布式人工智能史忠植中国科学院计算技术所2019/8/1史忠植高级人工智能2内容10.1概述10.2分布式问题求解10.3主体10.4主体理论10.5主体结构10.6主体通信10.7主体的协调与协作10.8多主体环境MAGE2019/8/1史忠植高级人工智能310.1概述分布式人工智能主要研究在逻辑上或物理上分散的智能系统如何并行的、相互协作地实现问题求解。两种解决问题的方法：自顶向下：分布式问题求解自底向上：基于主体的方法2019/8/1史忠植高级人工智能4分布式人工智能系统的特色1)系统中的数据、知识,以及控制不但在逻辑上,而且在物理上是分布的,既没有全局控制,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,在问题求解过程中,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,来求解单个机构难以解决,甚至不能解决的任务。2019/8/1史忠植高级人工智能5分布式人工智能系统的主要优点1)提高问题求解能力。2)提高问题求解效率。3)扩大应用范围。4)降低软件的复杂性。2019/8/1史忠植高级人工智能610.2分布式问题求解特点：数据、知识、控制均分布在系统的各节点上，既无全局控制，也无全局数据和知识存储。两种协作方式：任务分担结果共享2019/8/1史忠植高级人工智能710.2.1分布式问题求解系统分类根据组织结构，分布式问题求解系统可以分为三类：层次结构类平行结构类混合结构类2019/8/1史忠植高级人工智能810.2.2分布式问题求解过程分布式问题求解过程可以分为四步：任务分解任务分配子问题求解结果综合2019/8/1史忠植高级人工智能9分布式问题求解系统中协作的分类按节点间协作量的多少，协作分为三类：全协作系统无协作系统半协作系统常用的通信方式有：共享全局存储器信息传递黑板模型2019/8/1史忠植高级人工智能1010.3主体多主体系统主要研究在逻辑上或物理上分离的多个主体协调其智能行为，即知识、目标、意图及规划等，实现问题求解。可以看作是一种由底向上设计的系统。2019/8/1史忠植高级人工智能11主体的思想智能主体的几个典型的实例：Microsoft的Office助手计算机病毒（破坏主体）计算机游戏或模拟中的智能角色贸易和谈判主体（如Ebay的拍卖主体）网络蜘蛛WebSpider（搜索引擎中的数据搜集和索引主体，如Google）2019/8/1史忠植高级人工智能12主体概念的出现面向过程的方法面向实体的方法面向对象的方法面向主体的方法软件开发方法的进化2019/8/1史忠植高级人工智能13主体的定义在计算机和人工智能领域中，主体可以看作是一个实体，它通过传感器感知环境，通过效应器作用于环境。2019/8/1史忠植高级人工智能14主体的特性主体弱概念：自治性、社会能力（可通信性）、反应能力、自发行为主体强概念：知识、信念、意图、承诺等心智状态其它属性：长寿性、移动性、推理能力、规划能力、学习和适应能力、诚实、善意、理性2019/8/1史忠植高级人工智能1510.4主体理论智能主体的理论模型研究主要从逻辑、行为、心理、社会等角度出发，对智能主体的本质进行描述，为智能主体系统创建奠定基础。2019/8/1史忠植高级人工智能1610.4.1理性主体（BDI主体）Belief——信念，主体对环境的基本看法。Desire——愿望，主体想要实现的状态，即目标。Intention——意图，目标的子集。2019/8/1史忠植高级人工智能1710.4.2BDI主体模型BDI主体模型可以通过下列要素描述：一组关于世界的信念；主体当前打算达到的一组目标；一个规划库，描述怎样达到目标和怎样改变信念；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。2019/8/1史忠植高级人工智能18BDI解释器BDI-Interpreterinitialize-state();dooptions:=option-generator(event-queue,B,G,I);selected-options:=deliberate(options,B,G,I);update-intentions(selected-options,I);execute(I);get-new-external-events();drop-successful-attitudes(B,G,I);drop-impossible-attitudes(B,G,I);untilquit2019/8/1史忠植高级人工智能1910.4.3RAO逻辑框架目标：以一种自然的方式描述多主体系统中关于别的主体的状态的推理过程。系统的分类：由于多主体系统太复杂，建立一种通用的推理模式的想法是不现实的，有必要对系统分类以便区别对待。常识的获得：和单个主体情形一样，常识问题是阻碍推理的大难题。2019/8/1史忠植高级人工智能2010.4.4换位推理)()(212121BBBBBB基本思想：为了对某个主体j的状况和行为进行推理，推理者假想自己正处于主体j所处的环境，然后推理者把他自己在那种环境下的将要处于的状况和行为作为推理者对于主体j的状况和行为的推理结果。形式化表示：2019/8/1史忠植高级人工智能2110.4.5动作理论情景演算是描述动作的主要的形式框架。在情景演算中引入了状态和动作的概念，并利用两条逻辑公理来描述动作与状态的关系。一条公理描述一个动作在满足什么条件的状态之下可能发生，另外一条描述在一个状态之下某个动作发生以后当前状态如何改变。2019/8/1史忠植高级人工智能22规划库的形式化表示环境状态：State={P1,P2,…Pn}目标：Goal=State,weightiness动作模板：Act_template=name,roles,preconditions,effects,resources主体能力：Ability=Act_template,role,cost2019/8/1史忠植高级人工智能2310.5主体结构主体结构需要解决的问题包括：主体由那些模块组成，模块之间如何交互信息，主体感知到的信息如何影响它的行为和内部状态，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。2019/8/1史忠植高级人工智能24主体基本结构环境主体感知作用黑箱软件主体2019/8/1史忠植高级人工智能25智能主体的工作过程环境交互信息融合信息处理作用交互感知作用2019/8/1史忠植高级人工智能26主体骨架程序functionSkeleton-Agent(percept)returnactionstatic:memory/*主体的世界记忆*/memory←Update-Memory(memory,percept)action←Choose-Best-Action(memory)memory←Update-Memory(memory,action)returnaction2019/8/1史忠植高级人工智能27主体的分类根据人类思维的层次模型，可以将主体分成四类：反应主体形象思维主体抽象思维主体复合式主体形象思维主体和抽象思维主体也可以合称为认知主体2019/8/1史忠植高级人工智能2810.5.1反应主体环境当前世界传感器动作效应器条件-动作规则主体2019/8/1史忠植高级人工智能29反应主体程序functionReactive-Agent(percept)returnsactionstatic:rules,/*一组条件-动作规则*/state←Interpret-Input(percept)rule←Rule-Match(state,rules)action←Rule-Action[rule]returnaction2019/8/1史忠植高级人工智能3010.5.2认知主体环境信息融合传感器动作效应器主体规划知识库目标内部状态2019/8/1史忠植高级人工智能31认知主体程序functionCognitive-Agent(percept)returnsactionstatic:environment,/*描述当前世界环境*/kb,/*知识库*/environment←Update-World-Model(environment,percept)state←Update-Mental-State(environment,state)action←Decision-Making(state,kb)environment←Update-World-Model(environment,action)returnaction2019/8/1史忠植高级人工智能32BDI结构知识信念规划意图目标愿望2019/8/1史忠植高级人工智能3310.5.3复合式主体决策生成规划反射建模通信感知行动其他智能主体智能主体外部世界预测协作与协商动作请求或应答信息一般情况紧急情况和简单情况2019/8/1史忠植高级人工智能34规划模块世界的模型（包括其他主体的模型）经验库目标集合局部规划器决策生成重新规划规划规划目标2019/8/1史忠植高级人工智能35建模模块世界的模型（包括其他主体的模型）模型库模型生成和维护预测规划决策生成感知通信建模2019/8/1史忠植高级人工智能36通信模块词法库语法库词义库物理通信语言生成语言理解通信2019/8/1史忠植高级人工智能3710.6主体通信策略对话消息黑板协议通信协作协议2019/8/1史忠植高级人工智能38主体通信中的主要问题语义：全部有关的主体必须知道通信语言的语义，消息的语义内容知识是分布式问题求解的核心部分。言语行为：通信语言也是一种动作，说话是为了使世界的状态发生改变。交互协议：主体之间消息交换的典型模式通信语言：传递消息的标准语法。FoundationforIntelligentPhysicalAgents。对某一领域中的概念有共同理解，可以提高交流和协作的效率，从而提高了软件的重用性。2019/8/1史忠植高级人工智能41言语行为有关言语行为理论的研究主要集中在如何划分不同类型的言语行为。在主体通信语言的研究中，言语行为理论主要用来考虑主体之间可以交互的信息类型。2019/8/1史忠植高级人工智能42FIPA通信动作库AcceptProposal接受提议Agree同意Cancel取消CallforProposal要求提议Confirm确认Disconfirm确认为否定Failure失败Inform通知InformIf通知是否InformRef通知有关对象NotUnderstood不理解2019/8/1史忠植高级人工智能43Propagate传播Propose提议Proxy代理QueryIf询问是否QueryRef询问有关对象Refuse拒绝（请求）RejectProposal拒绝提议Request请求RequestWhen请求某个条件下执行RequestWhenever请求一旦某个条件成立就执行Subscribe预定详细说明：，这种情况下某些消息序列是可知的，这些消息交换的典型模式称为协议。主体间交互的理想情况：主体充分地理解消息的含意和意图，然后根据自身的信念、目标等心智状态，做出相应的回答比较实际的实现：预先规范这些协议，规定好消息的顺序。2019/8/1史忠植高级人工智能45FIPA英国拍卖协议2019/8/1史忠植高级人工智能46通信