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1、9基于多主体的大规模复杂系统建模与仿真技术,2,本章主要内容,9.1 基于多主体的建模与仿真技术 9.1.1 主体的概念 9.1.2 多主体系统与多主体仿真 9.1.3 多主体仿真建模的基本过程 9.1.4 多主体仿真平台介绍 9.2 基于jES平台的生产系统建模与仿真分析 9.2.1 jES概述 9.2.2 应用案例,3,9.1 基于多主体的建模与仿真技术,9.1.1 主体的概念 关于Agent含义的一些较有影响的看法和观点 （1）拉塞尔（S. Russell）和诺尔维格（P. Norvig）在教科书人工智能：一种现代方法中认为，一个Agent可被看作通过传感器感知并通过感应器影响和作用于其
2、所处环境的任何事物。 （2）美国斯坦福大学的海斯-罗斯（B. Hayes-Roth）教授认为，智能Agent应能够持续地执行三项功能：感知环境中的动态条件；执行动作影响环境条件；进行推理以解释感知信息，求解问题，产生推断和决定动作。Agent应在动作选择过程中进行推理和规划。 （3）Agent研究的先驱之一、美国麻省理工学院的马斯（P. Maes）教授在其关于Agent的定义描述中增加了自治（自主）性这一被认为居核心地位的关键要素，认为自治Agent是指那些在复杂动态环境中自治地感知环境中的信息，自主采取行动，并实现一系列预先设定的目标或任务的计算机系统。,4,Agent的4个基本特征 自治性
3、 反应性 社会性 能动性,5,多系统就是由多个可以相互交互的Agent所组成的系统。 这些Agent在物理上或逻辑上是分散的，并且具有自治的行为。它们为了共同完成某个任务或达到某些目标而经由一些通信协议连接起来，通过交互与合作来解决超出单个Agent能力或知识的问题。,9.1.2 多主体系统与多主体仿真,图9-1 多主体系统的一般结构,6,多主体系统的主要特点 有限视角，即每个Agent都面临不完全的信息， 或具备有限的能力； 没有系统全局上的控制； Multi-Agent系统中的数据是分散式的； 计算具有异步性的特征。,7,Multi-Agent仿真，也称为基于Agent的仿真。它是以Mul
4、ti-Agent系统为仿真对象，以Multi-Agent仿真工具为实现平台的一种“自底向上”的仿真建模方法和技术。 Mult-Agent仿真的两大主要特点 第一，首先对构成系统的一些基本元素进行定义，包括各类Agent实体和对象，然后再“自底向上”地逐步构建整个系统。 第二，在仿真过程中，利用Agent实体的自治性行为来仿真模拟现实系统中的要素，进而表现整个系统的特征和规律。,8,9.1.3 多主体仿真建模的基本过程,Multi-agent仿真建模过程的三个阶段 首先，通过实际系统的观察，获取系统的微观数据和宏观数据，通过抽象、提出假设等，从Multi-Agent视角建立实际系统的概念模型。建
5、立概念模型的过程又可划分为识别微观个体、建立Agent模型以及建立Agent交互模型三个子阶段。 其次，采用某种技术途径将概念模型转换为仿真模型。仿真模型是由计算实体形成的一个虚拟世界。实际研究中往往以仿真模型为核心，再加上一些辅助功能如实验管理、数据分析等组成一个仿真实验 平台。借助仿真实验平台运行仿真模型，得到仿真结果。 然后，对运行结果进行分析，得到对实际系统的认识，并最后给出研究结论。 需要说明的是，在这一过程中一般会有多次反复，主要体现在模型的校核和验证阶段。校核阶段的任务是判断仿真模型是否准确实现了概念模型，即转换是否正确；验证阶段的任务则是判断仿真模型是否刻画了真实系统的本质特征
6、。,9,图9-2 Multi-Agent仿真的基本过程,10,9.1.4 多主体仿真平台介绍,表9-1 四种比较流行的Multi-Agent仿真工具,11,9.2 基于jES平台的生产系统建模与仿真分析,9.2.1 jES概述 jES全称为Java Enterprise Simulator（Java企业仿真器），是由意大利都灵大学（University of Turin）的特纳（P. Terna）教授课题组基于Swarm（Java版本）仿真工具集开发的一个Multi-Agent仿真平台。它可以用于对现实中或者虚拟的企业组织进行建模与仿真分析，以研究其产生、演化和衰退的内在机制和规律，最终实现改
7、进其运营绩效的目的。,12,jES未来的应用，将循着以下的三个方向发展： 借助于What-If分析以及如遗传算法、分类系统等软件计算工具对企业进行优化。 通过将构造人工主体来表示现实中的主体，研究人与模型之间的交互，用以：运用仿真器进行实验分析，研究组织中人的行为；或者针对决策所造成的影响，对组织中的人员开展培训。 理论上的规范性分析。 当前，jES包括了jES_Let（jES Light Experiment Tool）、jESFrame和jES_OpenFoundation共三个版本，再加上早期的jVEFrame（Java Virtual Enterprise），构成了一个完整的jES应用
8、程序集。,13,jES平台采用“自底向上”（Bottom-up）的建模思想，即：让一系列独立的Agent通过独立事件进行交互，来帮助研究由多个Agent组成的复杂系统的行为。,图9-3 jES“自底向上”的建模思想,14,jES仿真平台遵循包含了行为主体（回答“谁来做”的问题）、行为客体（回答“做什么”的问题）和行为发生时间（回答“何时做”的问题）等共三个层次在内的体系架构。,图9-4 jES的体系架构,15,9.2.2 应用举例 jVEFrame属于jES仿真平台的早期版本，应用目的在于： 对企业深层变革所带来的影响进行仿真分析； 研究知识在经济组织中的作用。 jVEFrame平台遵循jES
9、的基本体系架构 在jES_Let基础上，实现了对企业生产过程（Production Process）、库存与仓储管理（Warehouse and Inventory）、知识管理与信息扩散（Knowledge Management and Information Diffusion）、采购（Procurement）及财务核算（Accounting）等功能的建模与仿真分析。,16,图9-5 jVEFrame8.0中的主要类及其关系,17,图9-6 jES仿真运行过程示意图,jES仿真运行过程的基本原理,（a）生产单元等待列表 （b）库存变化,（c）加工步骤平均处理时间 （d）企业收益,图9-8 jVEFrame仿真输出结果,（e）订单总数量及已完成订单数量,
