智能主體的信念認知時態(tài)子結構邏輯模型

智能主體的信念認知時態(tài)子結構邏輯模型

摘要:智能主體獲取信念的途徑主要有兩種:一種為他省，通過外界交互，從其他主體獲取信息;另一種為自省，通過自己的歷史數據庫獲取相關知識。對于主體信念的描述及刻畫，兩種途徑缺一不可，但當前的BDI理論模型中較多地為他省系統，沒有做到兩者相結合。其次，在當前的許多理論模型中，通常使用的是二值邏輯、經典模態(tài)邏輯或其變形系統，使得相應的邏輯系統普遍存在邏輯全知和粗精度刻畫等問題。針對上述問題進行了探討，采用了認知時態(tài)子結構邏輯建模的方法，表達了智能主體獲得“雙省”信念的方式，針對其建立了相應的邏輯系統BSoET。

關鍵詞:智能主體;信念;自省;他省;認知時態(tài)子結構邏輯

Substructurallogicofepistemicandtemporalityinbeliefofagent

LIUDong-ning?1，TANGYong?2

(1.SchoolofComputer，GuangdongUniversityofTechnology，Guangzhou510006，China;2.SchoolofComputer，SouthChinaNormalUniversity，Guangzhou510631，China)

Abstract:Therearetwokindsofapproachtogetbeliefasanagent.Oneisextrospectiveness，whichgetsinformationfromotherbodythroughoutsideinteraction.Theotherisintrospectiveness，whichgetsinformationfromownhistorydatabase.Thetwowaysareindispensabletodescribebeliefofagent.However，nowadaysBDIlogicsmostlyuseextrospectiveness，notcombinationofextrospectivenessandintrospectiveness.Also，mostBDIlogicsareusuallybasedtwo-valuelogic，classicalmodallogicoritstransmutation，whichmakesmanylogicsystemshaveproblemssuchaslogicomniscienceandcoarsedepiction.Fortheseproblems，thispapermadesomeresearchandputforwardasubstructurallogicofepistemicandtemporality(BSoET)focusingasbeliefofagent.

Keywords:agent;belief;introspectiveness;extrospectiveness;substructurallogicofepistemicandtemporality

0引言

為適應環(huán)境變化和協作求解，智能主體(agent)必須利用知識修改內部狀態(tài)，即心智狀態(tài)(mentalstate)。主體的心智狀態(tài)為主體如何行動提供了一種解釋，也就是說主體的行動是由主體的心智狀態(tài)驅動的，如認知、情感、意向等。邏輯是描述主體心智狀態(tài)的重要工具[1]。1990年，Moore[2]使用形式邏輯對主體進行了建模，并主要研究了主體擁有的知識與實現的動作之間的關系;隨后Cohen等人[3]系統地研究了信念、目標、持續(xù)目標、意圖和理性的邏輯表達和演算問題，他們的工作基于線性時態(tài)邏輯，在語義上則以Kripke可能世界語義學為基礎，并給出了BDI形式模型;其后，Rao等人[4]提出了理想agent的BDI模型，使用了三個基本的模態(tài)算符:信念(belief)、愿望(desire)和意圖(intention)建立了主體的BDI模型;Jiao等人[5]針對主體是在進程級運行的程序，運用π演算描述了主體的理性和行為意圖，利用π演算這種刻畫通信系統的進程演算表示出主體間的交互;胡山立等人[6，7]在真假子集語義基礎上通過對模型的代數結構施加一定的約束，開發(fā)了雙子集語義改進模型，避免了基于正規(guī)模態(tài)邏輯表示的邏輯全知問題以及由此帶來的副作用等問題。此外，Konolige等人[8~13]也做了相關值得肯定的工作，遍及BDI理論研究與應用的多個領域職稱論文。

盡管BDI或類BDI模型已成為研究智能主體理論模型的主要工具，但這些模型仍普遍存在下述的一些問題:

a)主體理論模型中普遍存在邏輯全知(logicomniscience)[1]。

b)重視主體間知識交互，而輕視主體內部知識或狀態(tài)。

c)由經典模態(tài)邏輯或二值邏輯引起的理論模型對真實世界的刻畫粗精度。

基于此，本文針對上述問題進行了相關研究，并將研究工作聚焦于智能主體的信念，針對其作出了相關邏輯模型?？紤]到對于愿望和意圖，不同的應用和應用觀對其有不同的看法和定義，因此本文并未進行深入研究，只著重刻畫了認知和決策的關鍵，即信念。

1智能主體信念的形成與表示

1.1智能主體信念的形成及其問題

無論是BDI模型還是其他的智能主體的理論模型，對于信念的形成與表示都是建模的基礎。但是在當前的許多理論模型中，對信念的形成存在一定的問題。例如，作為經典的模型，在Rao等人[4]的模型中，在建模時雖使用到時態(tài)邏輯模型及其技巧，但僅考慮到系統的未來狀態(tài)，而不關注過去的認知。實際上，造成類似的問題主要在于其對信念(知識)的獲取僅考慮與外部主體進行交互，而輕視了主體在過去的知識。

事實上，作為一個智能主體，其獲取信念(知識)的途徑主要有兩種:a)他省(extrospectiveness)，即通過外界交互，從其他主體中獲取信息;b)自省(introspectiveness)，即通過自己的歷史數據庫獲取相關知識的信息。因此，對于主體信念的描述與刻畫，兩種途徑缺一不可。在當前研究中，體現他省的BDI模型較多，卻較少帶自省功能的模型。但從時態(tài)數據庫、時態(tài)知識庫的角度看，智能主體的知識也是一個隨著時間軸向前推進的歷史數據庫序列H=(H?0，…，H?n，Hn+1，…)，在不同的階段有不同的知識集，這些知識集對當前信念的建立影響巨大，自省不可忽視。因此，在邏輯建模中，必須體現他省和自省，并處理其間的各類知識沖突。

考慮到主體理論模型中普遍存在邏輯全知的問題，這也主要是因為相關模型使用了經典模態(tài)邏輯(或相關變形系統)、二值邏輯導致的結果。邏輯全知問題主要包括兩個方面:

a)一個主體如果知道一個命題，那么它知道它所知道的命題的全部邏輯后承。

b)一個主體知道所有的真理(重言式)。

造成問題a)是因為理論模型采用了形如經典模態(tài)邏輯中的K公理式的內定理。造成問題b)的主要原因有兩點:第一點是因為理論模型采用了形如經典模態(tài)邏輯中的RN規(guī)則式的規(guī)則造成;第二點是在計算科學，尤其是在機群協同工作下的智能主體的認知過程不應存在所謂的“重言式”模式的內定理，所有公式的成立與否都應采用構造性證明進行論證，而非傳統的二值邏輯形式及其粗精度刻畫。1.2“雙省”智能主體的信念表示

基于上述問題，本文提出了相應的解決方法。首先，主體的信念必須與他省和自省相結合。具體體現在不僅重視交互，而且重視歷史數據。由此在表意上，可以使用Bel(k)=KHφ表示主體k在當前時刻具有信念φ。其中:K表示“知道”算子，體現了他省;H仍使用時態(tài)邏輯中的標記意義，表示“在此之前一直……(不包括當前時間)”，體現了自省，只有當他省和自省都為“必然”時，知識才能成為信念。其次，要解決邏輯全知與非構造性語義的粗精度刻畫問題，一種可行的方式是使用子結構邏輯(substructurallogics)。根據子結構邏輯的構造性證明，能有效避免上述問題，并可通過結構規(guī)則的增刪，修改傳統Hilbert風格的邏輯演算所固留的諸如單調性、收縮性等弊病，以增加系統的可計算性。

據此，可建立相應的認知時態(tài)子結構邏輯系統。鑒于其表示了智能主體的信念，同時采用的是認知邏輯、時態(tài)邏輯和子結構演算的綜合解決方法，本文將新的系統稱為BSoET系統，意為substructurallogicofepistemicandtemporalityinbelief。在下一部分，將對系統作詳細介紹。

2BSoET及其Gentzen系統

2.1可能世界與可達關系

首先考慮到系統需要做到他省和自省，必須對認知的可能世界與可達關系作出定義，這種定義是針對框架的(frame)。

定義1他省框架。一個他省框架是一個二元組?F=〈T，R?e〉。其中:T為時間結構的集合，對于每一個T?i∈T，T?i表示一個時間結構;R?e為時間結構間的一個自反和傳遞的可達?關系。

直觀上，對于每一個T?i∈T，T?i表示一個智能主體。這是考慮到每個智能主體都有一個歷史數據庫，可以用T?i表示歷史數據庫(H?0，…，H?n，Hn+1，…)的集合。在拓撲形式上，可將T?i理解為一個時間軸，軸上的點表示了主體在該時刻上的歷史數據。由此，能進一步定義自省框架。

定義2自省框架。一個自省框架是一個二元組T=〈T，R?t〉。其中:T為時間點的集合，R?t為一個時間點間的一個傳遞可達關系。

假定不同軸的同一時刻的時間點之間的可達關