分布式人工智能与智能体-智能科学

人工智能ArtificialIntelligence第九章史忠植中国科学院计算技术研究所分布式人工智能与智能体DistributedAI&Agent2020/2/41史忠植人工智能：DAI与智能体2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体2内容提要9.1概述9.2分布式问题求解9.3智能体理论9.4智能体结构9.5智能体通信语言ACL9.6协调和协作9.7移动智能体9.8多智能体环境MAGE9.9小结2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体3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：基于智能体的方法2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体4分布智能系统的特色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。2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体5多智能体系统•20世纪90年代，多智能体系统（multi-agentsystems多智能体系统)的研究成为分布式人工智能研究的热点。多智能体系统主要研究自主的智能智能体之间智能行为的协调，为了一个共同的全局目标，协作进行问题求解。•基于智能智能体的概念，人们提出了一种新的人工智能定义：“人工智能是计算机科学的一个分支，它的目标是构造能表现出一定智能行为的智能体”。所以，智能智能体的研究应该是人工智能的核心问题。•斯坦福大学计算机科学系的Hayes-Roth在IJCAI'95的特邀报告中谈到：“智能的计算机智能体既是人工智能最初的目标，也是人工智能最终的目标。”2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体6多智能体系统关于智能体的研究不仅受到了人工智能研究人员的关注，也吸引了数据通信、人机界面设计、机器人、并行工程等各领域的研究人员的兴趣。有人认为：“基于智能体的计算（Agent-BasedComputing，简称ABC）,将成为软件开发的下一个重要的突破。”2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体7内容提要9.1概述9.2分布式问题求解9.3智能体理论9.4智能体结构9.5智能体通信语言ACL9.6协调和协作9.7移动智能体9.8多智能体环境MAGE9.9小结2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体8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2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体9任务分担Smith和Davis提出了任务分担方式。在任务分担系统中,结点之间通过分担执行整个任务的子任务而相互协作,系统中的控制以目标为指导,各结点的处理目标是为了求解整个任务的一部分。任务分担的问题求解方式适合于求解具有层次结构的任务,如工厂联合体生产规划、数字逻辑电路设计、医疗诊断。2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体10结果共享Lesser和Corkill提出了结果共享方式。在结果共享方式的系统中,各结点通过共享部分结果相互协作,系统中的控制以数据为指导,各结点在任何时刻进行的求解取决于当时它本身拥有或从其它结点收到的数据和知识。结果共享的求解方式适合于求解与任务有关的各子任务的结果相互影响,并且部分结果需要综合才能得出问题解的领域。如分布式运输调度系统、分布式车辆监控实验系统DVMT2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体11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2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体12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2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体13任务分解合同网络动态层次控制自然分解,固定分配部分全局规划2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体14分布式问题求解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2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体15内容提要9.1概述9.2分布式问题求解9.3智能体理论9.4智能体结构9.5智能体通信语言ACL9.6协调和协作9.7移动智能体9.8多智能体环境MAGE9.9小结2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体16智能体多智能体（agent智能体，主体）系统主要研究在逻辑上或物理上分离的多个智能体协调其智能行为，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。Theagentfunctionmapsfrompercepthistoriestoactions:[f:P*A]2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体17智能体的定义在计算机和人工智能领域中，智能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。Anagentisanythingthatcanbeviewedasperceivingitsenvironmentthroughsensorsandactinguponthatenvironmentthroughactuators2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体18智能体的特性智能体弱概念：自治性交互性协作性可通信性长寿性2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体19智能体的特性智能体强概念：知识、信念、意图、承诺等心智状态其它属性：移动性推理能力规划能力学习和适应能力诚实、善意、理性2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体20智能体理论智能智能体的理论模型研究主要从逻辑、行为、心理、社会等角度出发，对智能智能体的本质进行描述，为智能智能体系统创建奠定基础。2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体21理性智能体（BDI智能体）Belief——信念，智能体对环境的基本看法。Desire——愿望，智能体想要实现的状态，即目标。Intention——意图，目标的子集。2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体22BDI智能体模型BDI智能体模型可以通过下列要素描述：一组关于世界的信念；智能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，描述智能体当前怎样达到它的目标和改变信念。2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体23BDI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);untilquit2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体24内容提要9.1概述9.2分布式问题求解9.3智能体理论9.4智能体结构9.5智能体通信语言ACL9.6协调和协作9.7移动智能体9.8多智能体环境MAGE9.9小结2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体25智能体结构智能体结构需要解决的问题包括：智能体由那些模块组成，模块之间如何交互信息，智能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。2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体26智能体基本结构环境智能体感知作用黑箱软件智能体2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体27智能智能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2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体28智能体骨架程序functionSkeleton-Agent(percept)returnactionstatic:memory/*智能体的世界记忆*/memory←Update-Memory(memory,percept)action←Choose-Best-Action(memory)memory←Update-Memory(memory,action)returnaction2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体29智能体的分类根据人类思维的层次模型，可以将智能体分成四类：反应智能体形象思维智能体抽象思维智能体复合式智能体形象思维智能体和抽象思维智能体也可以合称为认知智能体2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体30反应智能体环境当前世界传感器动作效应器条件-动作规则智能体2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体31反应智能体程序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]returnaction2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体32认知智能体环境信息融合传感器动作效应器智能体规划知识库目标内部状态2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体33认知智能体程序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)returnaction2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体34BDI结构知识信念规划意图目标愿望2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体35复合式智能体决策生成规划反射建模通信感知行动其他智能智能体智能智能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2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体36规划模块世界的模型（包括其他智能体的模型）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2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体37建模模块世界的模型（包括其他智能体的模型）模型库模型生成和维护预测规划决策生成感知通信建模2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体38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2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体39智能体通信策略对话消息黑板协议通信协作协议2020/2/4史忠植人工智能：DAI与智能体40智能体通信中的主要问题语义：全部有关的智能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：智能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史忠植人工智能：DAI与智能体41智能体间的消息传递消息发送/传输服务器转换到传输