基于多Agent的群体学习行为建模与仿真

基于多Agent的群体学习行为建模与仿真 摘 要： 当今社会，合作创造价值已经成为各公司，企业，国家发展的一个重要方式。一个很简单的例子，木桶效应。就是指木桶可以承载的水量的多少不在于最长的一根木板而在于最短的一根木板。可见，群体合作的效率不在于个别优秀的个体，而在于个别相对薄弱的部分和总体的平均水平。现如今，群体学习行为是一种常见的学习模式，然而群体学习行为的效率却总受到很多因素的限制，本文基于多Agent对群体学习行为进行建模，分析不同因素对群体学习行为效率的影响，通过学生成绩，群体地位，相互情感等多方便表现出来。建立相对人性化的模型，将人的理性思维作为研究对象，分析基于人的理性情感对学习行为的影响。 关键词： 群体学习；建模；多Agent Abstract: In modern society,values resulting from cooperation have been a significant way to develop oneself for all companies、enterprises,and even for countries.Take an simple example,Buckets effect .Buckets effect is defined as ,the capacity of a bucket is decided by the shortest wood ,not the longest one. That is to say,the cooperation efficiency depends on the much weaker proportion and the average level of whole,not excellent individuals.Nowadays,cooperation study behavior is a kind of common model.However,the efficiency of cooperation study is limited by too many effects.This paper makes model based on multi-agents,analyses reasons influencing study efficiency,and shows it through testing scores. Keywords: Group learning;Modeling;Multi Agent 目 录 1 绪论 1 1.1 引言 1 1.2选题的背景及意义 1 1.3 国内外研究介绍 2 1.4 本文研究工作 3 1.5 本章小结 3 2 基于多AGENT的系统建模 4 2.1群体行为的定义及其在不同领域的研究 4 2.1.1 群体行为的定义 4 2.1.2 群体行为不同领域研究 4 2.2 Agent的定义及其基本特征 4 2.2.1 Agent的定义 4 2.2.2 Agent的基本特征 4 2.3 MAS的定义和基本特征 5 2.3.1 MAS的定义 5 2.3.2 MAS的基本特征 5 2.4 本章小结 5 3 学生群体学习行为研究 6 3.1 引言 6 3.2 群体学习行为概述 6 3.3 群体学习行为现状及分析 6 3.3.1 群体学习行为现状 6 3.3.2 设计流程 6 3.4 本章小结 7 4 基于多AGENT的学生群体学习行为建模与分析 8 4.1 设计工具 8 4.1.1 Swarm简述 8 4.1.2 Swarm思想 8 4.1.3 Swarm系统结构 8 4.2 学生Agent的创建 8 4.3 Agent的学术交流目的 9 4.4 学生Agent交互的激励因素 9 4.5 学生Agent学术交流过程分析 9 4.6 学生Agent模型的创建 12 4.7 本章小结 13 5 建模仿真实例及结果分析 14 5.1 仿真实验设置 14 5.2 仿真结果 14 5.3 仿真结果分析 16 5.4 本章小结 16 6 总结与展望 17 6.1 总结 17 6.2 展望 17 毕业论文体会 18 致谢 19 参考文献 20 英文翻译资料 21 1 绪论 1.1 引言 群体学习行为这一理论涉及的领域十分宽广，众所周知，做好群体学习对很多领域都有很大的帮助，例如：加工生产，学生学习，建筑工程，小到人体细胞都有群体合作。中国从九年义务教育到高中三年，本科，甚至培训机构的教学模式，基本都是以群体学习为主要形式。因此，如何提高这种以群体为单位的群体学习行为的效率成为中国施行科教兴国战略的一个重要问题。 首先，就中国最传统学习模式而言，以30~50人为一个群体，老师课堂面对面授课，学生群体进行学习，相同的授课方式，为什么有些学生学得优秀，有些学生学得一般，本文研究学生群体学习行为就是排除老师授课方式的影响，单单就学生群体内部的相互关系，例如：学生群体中的班长，学习委员等等学生干部的群体地位对其他一部分学生的影响，以及影响的程度大小；或者学生的历史熟悉程度，对他们进行交流学习的影响等等。群体学习行为已经被前人进行了深刻的研究，然而，群体学习行为仍然是十分复杂的一种群体行为。能够影响每个学生的学习情况的因素太过于复杂，多样，研究起来也比较困难，而目前国内对学生学习情况优劣的衡量也出现了多样化的标准，包括品德，素质，能力等等，这样对研究学生学习情况也在不同程度上加大了难度。本文主要探讨学生自身的多项实力在群体中的地位，学生相互之间的情感等因素对其他学生的影响以及，影响的程度大小。本文中所指代的学生并非传统意义的应试教育学生，即可能出现教育程度不同，群体地位差距十分大的现象。 本文以每个学生个体为一个Agent进行建模，每个学生作为一个Agent，本文对于学生这个大类，按照知识水平不同可以分成两个小类，一类是知识水平较高的学生，一类是知识水平较低的学生。由多个学生构成的一个多Agent的模型，由于每个学生的价值观不同，个性不同，学习方法不同可能会导致每个学生的学习状态不同，而多个学生组成的学生群体在共同学习的过程中会产生相互的影响，这些影响就是本文所要进行研究的问题所在。本文为了便于研究，本文将每个学生的各个软实力进行定量处理，后文将会具体介绍。 1.2选题的背景及意义 1.2.1 选题的背景 目前，人类社会正不断地向着多极化的方向发展。经济，政治，文化的快速发展，要求计算机的使用向着智能化，人性化的方向发展，然而网络的飞速发展也大大促进了经济，政治，文化等等领域不同程度的发展，人们对计算机，互联网不同程度的运用加强了不同个体相互之间的影响和作用。在国家间，城市间，区域间，甚至人与人之间相互技术水平不相上下的情况下，对国家，城市，区域甚至人自身的影响力对其他个体的影响就成了国家，城市，区域，个人的致胜关键，如果定性，定量的分析这种个体对个体的影响力成为了目前社会比较关注的一项软实力研究。在研读了舒光斌作者所写的基于多Agent的群体决策支持系统研究一本中指出由于世界早已经步入信息时代，信息革命将对人类社会的各个领域产生十分重大的影响，这个过程将是无法被逆转，取代或者跳过的。然而，随着问题越来越多样，复杂，困难，解决问题的条件的改变，外界环境的变迁，决策以及围绕决策的相关性活动已经不是一个人能够完成，即使这个人实力多么强悍，能力多么超群，这些活动都将以群体的形式进行，传统的决策系统已经不能满足外部条件日新月异的发展，以及越来越高的人们对于决策效率的要求[1]。 1.2.2 选题的意义 如今的群体而言，不仅仅对于学生群体的最普通类型的群体学习行为，还包括现代企事业单位群体，由于市场竞争日益恶劣，群体间的外部环境变化加快，而且越来越复杂。这样的条件下，各群体必须尽可能提高自己适应不断变化的外部条件的能力，有效的、及时的做出应对的相关决策，高效的群体适应力在二十一世纪将会成为一个群体的核心竞争力。那么，如何有效的提高这种适应力呢？大量研究表明，一个群体对于外部条件改变的适应力主要是取决于这个群体内部对于外部的新的知识，新的技术，新的信息的吸收，利用，学习，以及该群体内部的相互学习，适应，以及配合，将群体内部的协调性和外部的适应性达到最高的水平。总而言之，提高群体的总体机能的唯一方法就是群体学习。那么，我们也就可知本文的研究对象群体学习行为是有意义的，并且对个人，组织，企业，城市，国家的发展以及进化都是有一定程度的积极意义的。 目前社会，大量的企业为了适应不断变化的市场，已经进行了一系列的不同程度的不同方式的体系结构调整，进化。团队这一新名词作为一种十分有效的最小工作单元在区域，企业，国家内大量的出现。近五年，尤其是国内，数不可数的企业品牌内部开始建立起以团队为一个单元，团队以内人与人之间进行相互学习，相互竞争；企业内部的团队与团队之间进行相互学习，相互竞争，往往一个企业内部的团队之间的，或者团队内部的竞争永远是小于学习的，可见群里学习在团队内部的重要意义。然而，企业之间的相互竞争就相对来说更大，压力更大，小团队内部的群体学习促进小团队的综合实力，企业内部各团队的群体学习促进整个企业的综合实力，可见群体学习对于整个企业的重要意义[2]。 1.3 国内外研究介绍 前文已经对研究群体的各种行为的重大意义和作用进行了相对较为详细，合理的说明，群体的行为对群体内部结构的合理性有重要作用，甚至对群体整体实力和综合软实力有着重要的积极作用。积极加强小群体的综合实力，可以促进社会大群体的结构，秩序，加快社会的优化，发展。因此，国内外对于群体学习行为进行了大量的研究。 早期起步，研究人员对群体学习的研究主要在其他领域的研究，例如心理学，教育学，行为学等等。然而，随着计算机科学，数学建模学科，人工智能等学科理论性研究的快速发展，群体学习行为以此为研究理论和研究依据进行了一系列不同方向的研究。近年来，计算机科学的飞速发展，研究人员依靠计算机进行仿真实验，这种仿真实验不仅直观的看出仿真对象的行为状态变化，快速获得实验的有效数据，而且减少了大量的人力，物力，财力。尽管实验仿真永远无法代替真实实践，但是大量的仿真实验总结得出的经验和规律可以更好的引导和指导群体学习行为。因此，计算机仿真技术因为它高效，方便，低成本的实验方法渐渐地成为一种被大多数研究人员沿用，推崇的科学研究方法。 笔者大量研读前人研究作品，前人已经创建了许多经典的模型。基于多Agent的相关模型主要运用于经济，政治，城市建设等方面。例如：蚂蚁觅食模型。蚂蚁群体就每个蚂蚁来看，十分渺小，对于觅食这个群体行为来说，一个蚂蚁无法完成，一个蚂蚁就是一个Agent，在这样的一个多Agent的模型中，每个蚂蚁通过相互影响，互相学习，互相交流信息，在复杂多变的地势环境下，每个蚂蚁可以对找到的食物定位，和对自己的位置定位。最后用有效，最快的将食物搬回巢穴。鸟群模型，鸟群模型的一个不同点就在于在鸟群进行迁徙的过程中，许多鸟群会构成“一”字型，或者“人”字形排布，而在这种排布中的主要部分则是由相对鸟群中的其他鸟而言较健壮的，能起到领头作用的头鸟占据，在这种模型中，其他鸟会学习，趋近领头鸟，从而保持群体的一种相对的平衡和稳定，达到鸟类群体迁徙、飞行的行为活动。 1.4 本文研究工作 本文所做研究是基于多Agent群体学习行为建模。随着科学技术的发展，教学经验的积累，对群体学习的质量和效率要求将会越来越高，本文就是通过计算机建模仿真方法研究学生群体学习行为。 首先，本文对前人作品进行了细心研读，熟悉了解了前人已经构建完成的经典模型。并分析了各种经典模型的特点，完成的目标，优点，不足等等，学习经典模型中的好的分析方法，并尽可能弥补经典模型中的不足。 其次，本