智能代理技術和基本模型分析

1、智能代理技術和基本模型分析一、什么是智能代理智能代理，即Intelligent Agent，又簡稱Agent。Agent是當前計算機科學領域中的一個重要概念，已被廣泛應用于AI(人工智能)、分布計算、CSCW(計算機支持協(xié)同工作)、人機界面等計算機科學領域。一個能為AI領域的大部分研究人員所接受的定義是將Agent視為在某一環(huán)境下能持續(xù)自主地發(fā)揮作用、具有生命周期的計算實體。盡管目前人們對Agent仍無一個統(tǒng)一的認識，但一種普遍的觀點認為:作為Agent的軟件或硬件系統(tǒng)一般具有以下基本特征:(1)自主性:A.Agent具有屬于其自身的計算資源和局部于自身的行為控制機制。B.Agent能在沒有人

2、類或其他Agent的直接干涉和指導的情況下持續(xù)運行，并能根據(jù)其內部狀態(tài)和感知到的環(huán)境信息，決定和控制自身行為。C.自主性是Agent的一個重要屬性，它是Agent概念區(qū)別于對象(object)概念的一個重要特征。(2)社會性:A.Agent處于由多個Agent構成的社會環(huán)境中，它的行為必須遵循和符合Agent社會的社會規(guī)則。B.Agent擁有其他Agent的信息和知識，并能通過某種Agent通訊語言與其他Agent實施靈活多樣的交互和通訊、能夠有效地與其他Agent進行合作。(3)反應性:Agent能夠感知所處的環(huán)境(可能是物理世界，或操縱圖形界面的用戶，或與它進行交互和通訊的其他Agent等

3、等)，并能對環(huán)境中發(fā)生的相關事件（如Agent間的交互和通訊，系統(tǒng)中特定事件的發(fā)生）做出適時反應。(4)主動性:Agent能夠遵循承諾采取主動的行動，它的行為是為了實現(xiàn)其內在的任務，因而Agent是一個目標制導(Goal-Directed)的行為實體，能夠在條件滿足時主動將相關信息提供給Agent。上述特性屬于Agent的基本特征。對于某些特定領域的研究人員而言，Agent還有其他性質和特征如:(5)合理性(Rationality):Agent中沒有沖突的目標，Agent的行為總是基于其已有的任務，而且其行為不會故意阻止其任務的實現(xiàn)。(6)學習相適應性:一個Agent可以從過去的經驗中不斷積累

4、知識，并能根據(jù)知識的變化來改變自己的行為，來適應新的環(huán)境。(7)推理能力:一個Agent能具有一種合理的、可再生的方法，基于現(xiàn)有的知識和經驗進行推理的能力。二、網上智能代理的基本模型1.一個Agent往往由用戶界面模塊、學習模塊、任務計劃模塊、操作系統(tǒng)接口模塊、執(zhí)行模塊、一個知識庫以及中央控制模塊組成。2.其中，中央控制模塊處于Agent的核心地位，控制著其他所有模塊。Agent的基本模型見圖。3 Agent的構成模型（1）用戶界面模塊:A.用戶界面模塊負責Agent和用戶之間進行交流。B.知識庫中的知識主要是從該模塊中獲得。用戶界面模塊必須生動有趣形象，讓用戶有更多的選擇余地，使用戶感到自己

5、始終控制著Agent。（2）學習模塊:A.學習模塊使得Agent能更新知識庫，適應外界環(huán)境的變化。B.Agent的學習主要通過觀察和模擬用戶的行為、接收來自用戶的反饋、接收來自用戶的精確的指令、”向其他的Agent學習等方式。（3）任務計劃模塊:任務計劃模塊允許用戶制定一些計劃或定時任務，這些計劃或任務由一系列的行為組成，然后交由執(zhí)行模塊處理。（4）執(zhí)行模塊:執(zhí)行模塊把用戶的請求或計劃任務，進行分解，轉化為一系列的Agent內部命令，并進行安全性檢查，若通過則提交給操作系統(tǒng)接口模塊執(zhí)行，并負責把執(zhí)行結果返回給中央控制模塊。(5) 操作系統(tǒng)接口模塊:A.該模塊負責同操作系統(tǒng)或網絡進行通信。其主要

6、功能是把執(zhí)行模塊傳來的Agent內部命令根據(jù)知識庫的內容轉為操作系統(tǒng)能夠執(zhí)行的實際命令，同時提交操作系統(tǒng)執(zhí)行。B.一旦命令執(zhí)行完畢，操作系統(tǒng)接口模塊將去獲取命令執(zhí)行的最后結果，并把結果交由中央控制模塊顯示給用戶。三、代理間的合作和通信1.在AI領域，人們通常將由多個Agent所構成的、相互作用、相互關聯(lián)的系統(tǒng)稱多代理系統(tǒng)(MAS: Multii-Agent System)。2.在MAS中，由于資源、能力、信息的有限性和分布性，因而合作(Cooperation)是它的一個重要特征。3.Agent間進行合作的基礎是交互，而通信是實現(xiàn)Agent交互的一種重要方式和手段。4.在MAS中，Agent間的

7、合作方式多種多樣。其中，請求/服務是一類典型的合作方式。在采用這種合作方式的MAS，系統(tǒng)簡單而有效，它不涉及復雜的資源競爭、沖突等問題。請求/服務是分布式信息服務系統(tǒng)中一類典型、有效的合作方式。其計算模型Client/Server計算已被廣泛應用于分布式信息服務系統(tǒng)的開發(fā)，并成為當前分布計算領域中的一種主要計算模型。5.請求/服務模型可細分為:無條件請求/被動服務合作模型，條件終止請求/主動服務合作模型，條件非終止請求/主動服務模型。四、基于智能代理的網絡學習系統(tǒng)1)網絡學習系統(tǒng)是一個多代理的系統(tǒng)，學習系統(tǒng)中的每個代理都是一個軟件模塊。2)這些代理能夠發(fā)送和接收消息，并能根據(jù)內部儲存的知識對收

8、到的消息做出具有智能的決定，同時采取相應的行動。3)其依據(jù)的知識儲存在學習系統(tǒng)的知識庫中，它具有適合表達某種知識的儲存結構。如圖給出了基于智能代理的網絡教學環(huán)境。4)分布在教師站點和學生站點上的多個Agent組成了一個Agent團體。根據(jù)團體中每一個Agent所扮演的角色及擔負的職能，可將其分為教師代理和學生代理兩類。圖 基于智能代理的網絡教學環(huán)境一般說來，網絡學習系統(tǒng)由以下幾種代理組成：1.知識庫代理A.一個擁有強大信息檢索能力、答疑、提供建議的能力的智能代理必然要依據(jù)存儲在知識庫中的知識進行推理。B.知識庫能根據(jù)請求向其他代理提供大量的、能夠理解的知識信息，并能與其他知識庫相連，構成一個巨

9、大的知識庫。2界面代理界面代理能監(jiān)控用戶的行為，并能從用戶的行為中獲取知識，最終成為用戶的助手。3.導師代理(TUTOR AGENT)A.導師代理是一種用來支持學生完成新的學習任務的教學手段。B.學生在進行新的學習任務的過程中，導師代理能提供學習指南等形式的幫助，使得學生更成功的完成學習任務。C.導師代理能提供學習建議、學習參考資料、及時的錯誤糾正等形式的幫助。D.當學生完成了學習任務，學到了新知識，掌握了新技能，教師代理自動消失。E.在許多現(xiàn)有的軟件包中，導師代理通常表現(xiàn)為“向導”等形式。4沖突調解代理A.沖突調解代理主要負責協(xié)調其他代理之間的活動，并解決他們之間的沖突。B.在網絡學習系統(tǒng)中

10、，需統(tǒng)一協(xié)調的活動包括:計劃安排、任務構建、任務間的協(xié)商，任務分配，解決方案評價。5知識管理代理A.知識管理代理提供對知識信息的創(chuàng)建、維護和解釋。B.知識管理代理提供對這些知識處理活動的高層協(xié)調功能，這些功能和具體應用是獨立的，可同時支持多個工程應用，它實際上是協(xié)調各個應用之間的一種高級沖突協(xié)調代理，并提供了一個合作框架。6信息搜索代理A.信息搜索代理能根據(jù)用戶的要求搜索特定的信息，并以友好的方式返回結果。B.在搜索信息時，它遍歷整個系統(tǒng)，從一個節(jié)點到另一個節(jié)點不斷搜索，不斷查看有無用戶需要的信息。C.信息搜索代理也被稱為信息機器人或知識機器人，能夠幫助用戶在Internet上搜索信息。7目錄

11、代理A.目錄代理主要為各種服務、資源提供地址，便于用戶存取。B.由于整個學習系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和信息以及知識都是分布式存儲的。因此，高效的目錄管理是不可缺少的。C.用戶通過目錄代理可迅速得到所需信息的位置，進而進一步取得相應的資料。D.目錄代理涉及到數(shù)據(jù)重復、更新，以及各處數(shù)據(jù)的保持同步和一致性等問題。六、智能代理的實例七、智能代理的教育應用A.智能代理技術作用于教育領域中，給教學活動帶來了很多好處。為簡便起見，我們將應用于教育環(huán)境下的智能代理簡稱為教育代理。B.教育代理通過生動逼真的代理人促進了學習過程，它是在過去關于智能導師系統(tǒng)的研究基礎上建立起來的，但比起過去的系統(tǒng)，教育代理就促進在線學習方面存

12、在的問題提出了新的看法，并著手于過去在智能導師的研究中普遍忽視的問題。由于不同的學生在智力、熟練程度和學習方式上有不同的表現(xiàn)，學生行為通常是不可預測的。C.動態(tài)教育代理通過模擬逼真的代理人促進了計算機學習環(huán)境下的學習。這些逼真的代理人能根據(jù)學習者的行為作出反應。此外，憑著對學習情境及學習主題的充分理解，它們能夠在學習過程中發(fā)揮重要作用。Adele(遠距離教育代理 )a)USC開發(fā)的一種教學代理一一Adele(遠距離教育代理簡易版Agent for Distance Education-Light Edtion)。b)Adele是一種專為適應網絡虛擬教育環(huán)境而設計的教育代理。這一教育代理的體系結

13、構貫徹了最基本的教育功能:表述知識、監(jiān)控學生及提供反饋、探究問題，以及提示和解答。d)這些功能都是通過一個能夠支持與學生進行連續(xù)和多種模式交互的逼真代理人來完成的。e)Adele體系結構能夠在網絡瀏覽環(huán)境的客戶端執(zhí)行，并能與用其他幕后創(chuàng)作工具產生的虛擬環(huán)境相互作用。f)Adele設計目的是為幫助學生完成基于問題的訓練而設計的，這些練習被整合到教學材料中并由互聯(lián)網進行傳送。Adele在設計中不僅支持單機用戶及單一系統(tǒng)教學，同時也支持多用戶和多系統(tǒng)的協(xié)作訓練。Adele結構綜述的結構1）Adele系統(tǒng)包括四個主要的組成部分:教育代理、虛擬環(huán)境、客戶-服務器和服務器存儲器。其中教育代理又包括兩個子部

14、分:動態(tài)代理人及推理引擎。2）中央服務器的作用是保存記錄學生進展的數(shù)據(jù)庫，并在適當時候保證多機及多用戶協(xié)作訓練同步進行。3）推理引擎完成所有的監(jiān)控和決策。決策建立過程為：選擇案例后從服務器下載的學生模型，案例任務圖示以及初始狀態(tài)，以及隨學生完成案例過程而更新的當前代理的智力狀態(tài)。案例完成后，學生行為的記錄將被保存到服務器，用于評價學生的技術水平并對以后案例中Adele如何與學生進行交互作出決策。4）動態(tài)代理人不過是一段Java程序，能夠單獨使用于基于網絡的JavaScript接口，也可以合并到更大的應用程序中，例如我們在此所描述的虛擬訓練。5）自制動態(tài)代理不像Microsoft那樣的幕后(of

15、f-the-shelf)代理，可以保證平臺的獨立性和可擴展性。代理人程序使我們能夠方便地增加和改變動畫畫面以支持用戶選擇不同的代理。2.Adele面向代理的方法a)Adele是基于自治代理范例而不是智能導師系統(tǒng)范例設計的。Adele則為運行于網絡而設計的，過渡到基于網絡的環(huán)境不僅限制了與用戶交互的可能模式，也對其執(zhí)行提出了更高的要求。b)Adele對注視的眼神和身體姿勢的運用，以及它對學生行為的反應能力，使它具有真實性并能感到學習者的存在，而它使用的面部表情則激發(fā)了學生的學習動機。c)Adele的設計模塊化，并能支持外部程序接口的幕后(off-the-shelf)創(chuàng)作工具所制作的網上訓練和虛擬

16、學習相結合。的學習任務表示Adele的陳述方案雖然簡單而又通用，卻能達到對學生提供可用的反饋的目的。為了使代理的推理引擎能在用戶端高速運行，也為了支持知識的掌握和建構，簡單原則是必不可少的。目前Adele的任務陳述不僅能支持大范圍的科學課程教育，同時也適用于多種技能訓練。4.Adele基于情境的推理A.引用情境空間來建構學科領域的狀態(tài)空間，以達到在動態(tài)的域里指導行為的計劃。B.情境由命名、通用狀態(tài)(world state)、目標表示、優(yōu)先級和一系列的轉換而定義。其中，world state和目標表示是狀態(tài)描述的一部分。優(yōu)先級用來在適用選擇不止一個的情形下進行情境的組織。轉換則描述當相關條件在通

17、用狀態(tài)(world state)為真時可能導致的各種情境。C.通常，進入一種情境后，適應該情境的子程序將被作為示例，以達到目標表達式。由于教學領域允許我們事先知道所有可能出現(xiàn)的情境，所以沒有必要為每一個情境生成實時程序。相反，所有情境的程序都是提前設計的，并把可能出現(xiàn)的負面交互考慮進去。例如，由于新增步驟消除已執(zhí)行步驟的效果而產生的負面交互等，因此，Adele的推理引擎要完成的任務是監(jiān)控情境。D.對于Adele的推理引擎來說，總有一個已定義的當前情境，推理引擎監(jiān)控通用狀態(tài)(world state)的變化，并決定是否向另一情境轉化。作為教學狀態(tài)變化基礎的當前程序隨著情境變化而變化。(三)Adele的教育功能Adele與以前的教育代理比較，支持了一些新增的教育功能。運用對學生和情境的雙重知識，Adele能在教學中插入測試，提供相關參考資料的指示器，并通過贊許學生的進步進而激發(fā)學生。1隨機式教學A.基于情境的推理也可應用于當學生從事某一給定任務時進行隨機引導的問題。B.為了保持對情境的實時響應，代理可以和學生進行適用于情境的交互。C.通過這種方式表述知識，使得代理能夠對虛擬世界的各種變化作出響應，不僅適用于具體學科領域的情況，同時可以探索不同的教育方式。2情境參考A.由于Adele是教學系統(tǒng)的一部分，必須支持課程設計者對與教學目標相關的材料提供參考。這些