建模与仿真(mas部分)
70页1、建模与仿真,主 讲 人:许 良,复杂系统建模,经济管理学院工业工程系,主讲内容,主体与多主体系统 多主体建模与仿真 多主体模型的实现 多主体仿真在社会科学中的应用 Aspen多主体经济模型,一、 主体与多主体系统,(一) 主体概念 (1)主体的来源 Agent :主体,智能体,代理 来源于分布式人工智能领域 Minsky,1986The Society of Mind 1990s在人工智能领域得到重视 1990s 在其他领域广泛应用,(2)Agent的定义,研究人员对Agent的理解并不一致,至今还没有一个普遍接受的关于Agent的定义。 “Agent”一般用来描述自包含的、能感知环境并能在一定程度上控制自身行为的计算实体。 Hewitt:“什么是主体对于基于主体的计算来说是个尴尬的问题,就像主流的人工智能研究中什么是智能这个问题一样”,(3)主体的弱概念,主体的弱概念从广义的角度规定主体的特性: 自治性(autonomy): 主体的运行不受人或其它物的直接控制,它对自己的行动和内部状态有一定程度的控制权。 社会能力(social ability): 主体通过某种主体通信语言与其它主体
2、或人进行信息交互。 反应能力(reactivity): 即对环境的感知和影响。无论主体生存在现实世界还是虚拟世界,主体都应该可以感知所处环境,并能及时地对环境中发生的变化做出反应,通过行为影响环境。 预动性(pro-activeness): 主体不是简单的对环境被动反应,而是能采取主动,表现出目标导向(goal-directed)的行为。,(4)主体的强概念,主体的强概念主要应用在人工智能领域 认为主体是一个计算机系统,除了上述弱概念说明的特性外,主体还应该具有人类的某些一般特性,如知识、信念、意图、承诺等心智状态,甚至具有情感等,(1)为什么需要多主体系统? 单一主体很难对存在于动态开放环境之中的大规模复杂问题进行求解 。 人类智能本质上是社会性的,人们往往为解决复杂问题组织起来,这些组织能够解决任何个人都无法解决的问题。,(二) 多主体系统(Multi-Agent Systems),(2)多主体系统的特点,概念: 多主体系统是由多个可以相互交互的主体所组成的系统。 多主体系统的特点: 有限视角,即每个主体都面临不完全信息,或只具备有限能力; 没有系统全局控制; 数据分散; 计算是异
3、步的,(3)多主体系统的结构,各个主体相对独立,主体之间可能存在复杂的关系,主体之间的关系类型,结构相关 结构相关性是指不同主体之间具有结构关系,如小组关系、上下级关系等。 这种结构关系将对系统中主体的运行以及主体之间的相互作用产生影响。 行为相关 不同的主体对环境的一部分产生影响, 某些主体的影响范围发生重叠,则它们之间就产生了行为上的相互影响。,(三) 主体的一般结构,从计算的角度看,主体是一个计算实体, 具有属于自身的资源, 能够感知环境信息, 根据内部的行为控制机制确定主体应采取的行动, 主体的行动实施后,将对自身状态和环境状态产生影响。 要实现这样的主体,可以采用不同的结构。 所谓结构就是定义主体的基本成分以及各成分之间的关系和交互机制。 对特定的应用场合采用某种结构可能会更自然,也更容易理解。,(1)标准主体,形式化,假设环境变化可以抽象为一个环境状态序列,环境在任何离散的瞬时状态的有穷集合为: 主体有一个可执行动作集合 主体在环境中的一次执行r是环境状态与主体动作的一个交替序列: 主体的动作决策部件可以定义为以下函数: 为环境演化的状态序列。,主体的动作将对环境状态产生影
4、响,定义影响函数为: 标准主体定义为以下三元组:,(2)纯反应式主体,有一种Agent决策完全基于当前状态,不考虑过去的状态。 这种Agent只是直接对环境做出反应,因此称为纯反应式Agent。 其动作决策部件与标准主体有所不同,决策函数为:,(3)具有感知部件的主体,将标准主体的决策部件分解为感知子系统和动作子系统,称为具有感知部件的Agent。,(4)具有状态部件的主体,一种与标准主体等价的表示方法,思路是认为Agent具有内部状态,(四)主体之间的通信与交互,主体之间实现交互需要三个方面的技术保障: 要有一致的消息协议, 要有实现通信的机制, 要有高层的交互协议。 这三个方面密切配合,才能实现主体之间的协作。,(1)主体通信语言,主体通信语言 是一种用于表达主体之间交互消息的描述性语言, 它定义了交互消息的格式(即语法)和内涵(即语义)。 影响较大的主体通信语言: KQML ACL,ACL 消息结构,一个ACL消息是由通信行为、通信内容以及一组消息参数等几部分组成,(2)通信方式,主体之间常用的通信机制有三种: 黑板机制 邮箱机制 消息传递机制,(3)交互协议,交互协议定义了主体
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