【计算机】aai10-1_分布式人工智能

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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Date1史忠植 高级人工智能内容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MAGEDate2史忠植 高级人工智能10.1 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Date3史忠植 高级人工智能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

2、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。Date4史忠植 高级人工智能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。Date5史忠植 高级人工智能10.2 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Date6史忠植 高级人工智能

3、10.2.1 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Date7史忠植 高级人工智能10.2.2 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Date8史忠植 高级人工智能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Date9史忠植 高级人工智能10.3 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

4、。可以看作是一种由底向上设计的系 统。Date10史忠植 高级人工智能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Web Spider（搜索引擎中的数 据搜集和索引主体，如Google） Date11史忠植 高级人工智能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 Date12史忠植 高级人工智能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。Date13史忠

5、植 高级人工智能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Date14史忠植 高级人工智能10.4 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。Date15史忠植 高级人工智能10.4.1 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。Date

6、16史忠植 高级人工智能10.4.2 BDI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。Date17史忠植 高级人工智能BDI解释器BDI-Interpreter initialize-state(); do options := option-generator(event-queue, B, G, I); selected-options := deliberate(options, B, G, I); update-intentio

7、ns(selected-options, I); execute(I); get-new-external-events(); drop-successful-attitudes(B,G,I); drop-impossible-attitudes(B,G,I); until quit Date18史忠植 高级人工智能10.4.3 RAO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。Dat

8、e19史忠植 高级人工智能10.4.4 换位推理基本思想：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：Date20史忠植 高级人工智能10.4.5 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。Date21史忠植 高级人工智能规划库的形式化表示

9、环境状态：State = P1, P2, Pn 目标：Goal= 动作模板：Act_template = 主体能力： Ability= Date22史忠植 高级人工智能10.5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。Date23史忠植 高级人工智能主体基本结构环境主体感知作用黑箱软件主体Date24史忠植 高级人工智能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Date25史忠植 高级人工智能主体骨架程序function Ske

10、leton-Agent(percept) return actionstatic: memory /* 主体的世界记忆 */memory Update-Memory(memory,percept)action Choose-Best-Action(memory)memory Update-Memory(memory,action)return actionDate26史忠植 高级人工智能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Date27史忠植 高级人工智能10.5.1 反应主体环

11、境当前世界传感器动 作效应器条件-动作 规则主体Date28史忠植 高级人工智能反应主体程序function Reactive-Agent(percept) returns actionstatic: rules, /* 一组条件-动作规则 */ state Interpret-Input(percept)rule Rule-Match(state,rules)action Rule-Actionrulereturn actionDate29史忠植 高级人工智能10.5.2 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Date30史忠植 高级人工智能认知主体程序funct

12、ion Cognitive-Agent(percept) returns action static: 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)return actionDate31史忠植 高级人工智能

13、BDI结构知识信念规划意 图目 标愿 望Date32史忠植 高级人工智能10.5.3 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Date33史忠植 高级人工智能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Date34史忠植 高级人工智能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Date35史忠植 高级人工智能通信模块词 法 库语 法 库词 义

14、库物理通信语言生成语言理解通信Date36史忠植 高级人工智能10.6 主体通信策 略对 话消 息黑 板协 议通信协 作协 议Date37史忠植 高级人工智能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。Foundation for Intelligent Physical Agents http:/www.fipa.orgDate38史忠植 高级人工智能主体间的消息传递消息发送/传输服务

15、器转换到传输格式从传输格式转换消息M言语行为意图I目标GAgent i消息MAgent iDate39史忠植 高级人工智能本体论本体论是概念化的明确的表示和描述。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。Date40史忠植 高级人工智能言语行为 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。Date41史忠植 高级人工智能FIPA通信动作库Accept Proposal接受提议 Agree同意 Cancel取消 Call for Proposal要求提议 Confirm确认 Disconfirm确认为否定 Failure失败 Inform通知 Inform If通知 是否 Inform Ref通知 有关对象 Not Understood不理解Date42史忠植 高级人工智能Propagate传播 Propose提议 Proxy代理 Query If询问 是否 Query Ref询问 有关对象 Refuse拒绝（请求） Reject Proposal拒绝提议 Request请求 Request When请求 某个条件下执行