AIA7-分布式人工智能ppt课件

第七章第七章 分布式人工智能分布式人工智能§7.1 分布式人工智能系统 一、什么是分布式人工智能nDistributed Artificial Intelligence，简称DAI。nDAI 是人工智能和分布式计算相结合的产物 。nDAI 的提出，适应了设计并建立大型复杂智 能系统以及计算机支持协同工作的需要。nDAI 的目的主要研究在逻辑或物理上实现分 散的智能群体的行为与方法，研究协调、操 作它们的知识、技能和规划，用以完成多任 务系统和求解各种具有明确目标的问题。一、什么是分布式人工智能nDAI的研究可划分为两个基本范畴：n分布式问题求解（Distributed Problem Solving， DPS）n多智能体系统（Multi Agent System，MAS）或多 Agent系统的实现技术。一、什么是分布式人工智能n含义：n针对待解决的总问题，将其分解为若干子任务， 并为每个子任务设计一个问题求解的子系统。n研究内容：n首先需要智能地确定一个分配的策略：n如何把总任务在一群模块或者节点之间进行子任务分配 ；n其次需要智能地确定一个工作任务协同的策略：n在基于分散、松耦合知识源的基础上，实现对问题的合 作求解。1. 分布式问题求解（DPS）一、什么是分布式人工智能n主要研究不同的智能体之间的行为协调和进 行工作任务协同。n即在一群自治的Agent之间，通过协调它们的知识 、目标、技能和系统规划，以确定采取必要的策 略与操作，达到求解多任务系统及解决各种复杂 问题的目标。nMAS是单个的 Agent 技术和分布式系统相结 合的发展产物，也是 DAI 研究的一个前沿领 域。2. 多智能体系统（MAS）实现技术二、分布式人工智能系统的特点n无论从逻辑上还是在物理上，系统中的数据和 知识的布局都以分布式表示为主，既没有全局 控制，也没有全局的数据存储；n系统中各路径和节点，既能并发地完成信息处 理，又能并行地求解问题，从而提高了全系统 的求解效率。1. 具有分布的特性二、分布式人工智能系统的特点n把要求解的总任务划分为几个相对独立的子 任务，降低各独立节点及子系统的复杂度， 降低开发与处理的复杂性；n通过节点及子系统的连接和网络的分布式互 连；n这种结构方便于系统规模的扩充，使系统具 有比单个系统更大的开放性和灵活性。2. 具有独立、连接、开放的特性二、分布式人工智能系统的特点n分布式求解机构由计算机网络互连，使系统通 信的代价小于求解问题的代价，并因此降低了 问题求解总代价；n分布式系统具有较多的冗余度和调度处理的知 识，能够使系统在出现故障时，仅仅通过调度 冗余路径或降低响应速度的代价，就可以保障 系统正常工作，提高系统可靠性；n依靠系统中诸机构的相互协同支持，以便解决 单个机构难以或无法解决的困难问题。3. 具有高效、容错、协同的特性§7.2 分布式问题求解(DPS)一、DPS系统的协同方式n在分布式问题求解系统中，由于系统中没有 一个节点拥有足够的数据和知识来求解整个 问题，因此，要求各个节点能够共享问题的 知识源及其答案，必要时节点间需要交换与 问题有关的求解状态信息，以便协同工作。n协同工作方式：n任务分担；n结果共享。一、DPS系统的协同方式n节点之间通过分担执行总任务的子任务而 相互协作，系统中的控制以目标为指导， 各节点的处理目标是求解整个问题的一部 分。n适合于求解具有层次结构的任务。1. 任务分担一、DPS系统的协同方式n各节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，各节点在任何时 刻进行的求解取决于当时它所拥有的或从 其他节点得到的数据和知识。n适合于求解与总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 得出最终解的问题。2. 结果共享nDPS 系统的组织结构，是指节点之间信息 与控制关系以及问题求解能力在节点中的 分布模式。可分为三大类型：n层次类型任务是分层的，即每个任务由若 干下层子任务组成。但同层子任务之间在逻辑 上或物理上是分布的。n平行类型任务是平行的，即每个任务由性 质类似、具有平行关系的若干子任务组成。但 各个子任务在时间或空间上是分布的。n混合类型任务是分层的，而每层中的任务 是并行的。同时，各个子任务是分布的。二、DPS系统的分类与组织二、DPS系统的分类与组织n根据子系统间协作量的多少， DPS 系统可分 为：n全协作系统n无协作系统n半协作系统nDPS 系统的通信方式：n共享全局存储器方式n信息传递方式n黑板模型方式n二、DPS系统的分类与组织n分布式问题求解过程：n任务分解由任务分解器来完成n任务分解器按一定的算法将接受的任务分解为若干相 对独立、又相互联系的子任务。n任务分配由任务分配器来完成n任务分配器按一定的分配算法将各个子任务分配到合 适的节点。n子任务求解由求解器来完成n各求解器接到子任务后，借助通信系统进行协作求解 。n结果综合由协作求解系统来完成n各子任务求解器将各自完成的局部解提交给协作求解 系统，由协作求解系统将局部解综合，得到完成总任 务的最终解。§7.3 Agent技术概述 “Agent”技术曾被称为软件Agent，简称SA。 一、Agent概念、BDI模型与特性nAgent 一词直译为“代理”，或翻译为“智 能代理”、“智能主体”等。n国内许多学者把 Agent 译为代理、媒体、主 体或智能代理、智能主体， 或用英文原文 Agent 的名称，或按照读音、含义相兼顾译为 “艾真体”等。n广义上， Agent 是指具有智能的任何实体， 包括人类、智能硬件和智能软件。1. Agent在人工智能中的定义一、Agent概念、BDI模型与特性n在信息技术中，可把 Agent 看作为能通过传 感器感知环境信息，能自主进行信息处理， 作出行动决策，再借助执行器作用于环境的 一种智能事物。例如，n对于人类Agent：传感器为眼睛、耳朵或其他器官 ，执行器为手、腿、嘴或其他执行部件；n对于机器人Agent：传感器为摄像机、语音感受器 、红外检测器等，执行器为各种电动机；n对于软件Agent：通过编码位的字符串完成感知和 作用。1. Agent在人工智能中的定义一、Agent概念、BDI模型与特性1. Agent在人工智能中的定义nAgent与环境的交互作用一、Agent概念、BDI模型与特性nAgent 的两种典型定义：1. Agent在人工智能中的定义n定义一： Agent 是驻留于环境中的实体，它可以解 释为在环境中所发生的作用过程，并能反映环境中 所发生的事件及所获得的数据，进而执行对环境产 生影响的行动。n定义二：结合应用领域，凡具有自主性智能行为， 并能与外部环境进行交互特征的分布式实体。一、Agent概念、BDI模型与特性n1987年，布拉特曼(Bratman)从哲学的角度 对比人类的心理状态，研究了 Agent 的行为 意图，认为只有保持信念、愿望和意图的理 性平衡，才能有效地实现问题求解。n因此，他认为， Agent 必须利用知识修改其 内部状态，如同知识能改变人类的心理状态 一样， Agent 行为必须以适应环境变化作为 驱动力，实现其状态变迁，从而达到问题协 作求解的目标。2. Agent的要素一、Agent概念、BDI模型与特性n人类的心理状态主要包括认识、情感和意图 三要素。n所谓认识，即通过学习知识的过程而建立起来的 信念（Belief）；n情感则可表述为对某些事物的特有兴趣、爱好的 愿望（Desire）；n意图（Intention）就是依据规则或按照承诺， 要求 实现某个目标的愿望。2. Agent的要素一、Agent概念、BDI模型与特性n信念、愿望、意图 与 Agent 行为的因 果关系如右图所示 ：n信念描述 Agent 对环 境的认识，表示发生 的初始状态；信念愿望意图行动n愿望直接从信念推理得出，描述 Agent 对发生状 态情景的判断；n意图来自愿望。2. Agent的要素一、Agent概念、BDI模型与特性n 智能性n 自主性n 响应性n 结构分布性n 社会性n 通信/合作/协调性n 主动性/面向目标n 推理/学习/自适应能力n 可移动性3. Agent的特性二、Agent的结构及分类nAgent 系统的结构直接影响到该系统的性能与 智能水平。nAgent 系统结构具有以下特性：n应用型 Agent 相当于一个独立的计算机应用系统， 含有独立的外部设备、输入输出驱动模块，能满足 各种功能操作处理程序、数据结构和交互信息要求 。nAgent 程序的核心功能是决策，故该结构部分又称 为决策生成器。nAgent 可在分布于不同领域的计算机或多个CPU上 并行运行，由体系结构提供运行环境支持。1. Agent系统结构及其技术标准化二、Agent的结构及分类nAgent 标准化组织（Foundation for Intelligent Physical Agents，FIPA ）。1. Agent系统结构及其技术标准化n致力于 3 个主要领域的标准制订：nAgent 管理需要认同和发现Agent白、黄页服务 ，需要定义它们的各种状态以及哪些角色能与 它们相互作用。n需要覆盖最高层 Agent 间相互作用的标准，包括 Agent 间传递的信息的意义、命令、 请求、义务 等。nAgent 与软件的接口标准。二、Agent的结构及分类n智能 Agent 通常包括以下功能模块：n用户界面 接受用户信息输入或输出信息给用户 。n通信接口 与其他软件 Agent 或应用进行通信。n感知模块 对输入进行过滤与分类。n推理模块 根据Agent自身知识对信息进行推理。n决策模块 对推理结果进行评价和决策。n计划模块 根据决策制订行动计划。n执行模块 按照计划来执行动作。n知识库 对推理、决策、计划等提供支持。2. Agent的结构模型二、Agent的结构及分类n也有学者把智能 Agent 的基本结构概括为 6 个模块：nAgent 内核n基本能力模块n包括推理器、调度器、规划器、协调器、其他n感知器n通信器n功能构件接口n知识库2. Agent的结构模型二、Agent的结构及分类n按一般 Agent 的构成性质分：n人类 Agent n硬件 Agentn软件 Agent3. Agent的结构分类二、Agent的结构及分类n按功能分：n信息型 Agentn支持用户在分布式系统或在网络 Internet 网络环境中进行 研究。n界面型 Agentn协助用户完成乏味而重复性的工作。n任务型 Agentn帮助人类进行复杂决策和其他知识处理的软件3. Agent的结构分类二、Agent的结构及分类n根据人类思维的不同层次，按属性分：n反应式 Agentn一种具备对当时处境的实时反应能力的 Agent，尤其适应 于危急情况处理。n审慎式 Agent（又名慎思式、认知式 Agent）n一种由目标驱动的具备自主行动能力的 Agent。n协作式 Agentn一种具备社会交互协作能力的 Agent。n复合式 Agentn具有实时反应、基于目标指导下自主行动及合作等综合 能力的 Agent。又称混合式 Agent。3. Agent的结构分类三、Agent的应用n智能信息检索n工业智能控制n系统与网络管理n电子商务n协同工作n教育n娱乐