第8章專(zhuān)家系統(tǒng)

人工智能技術(shù)篇專(zhuān)家系統(tǒng)第八章本章導(dǎo)讀專(zhuān)家系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)智能的一項(xiàng)重要技術(shù)，它應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、地質(zhì)、氣象、教育、機(jī)械、交通運(yùn)輸和計(jì)算機(jī)等多個(gè)領(lǐng)域?？梢?jiàn)，隨著專(zhuān)家系統(tǒng)的迅速發(fā)展，不同的應(yīng)用領(lǐng)域逐漸走向智能化，同時(shí)還帶來(lái)了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，為社會(huì)的發(fā)展提供了良好的助力。本章先對(duì)專(zhuān)家系統(tǒng)的概念、特點(diǎn)、發(fā)展、類(lèi)型、應(yīng)用等進(jìn)行概述，然后詳細(xì)介紹專(zhuān)家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和開(kāi)發(fā)過(guò)程，最后對(duì)醫(yī)學(xué)專(zhuān)家系統(tǒng)進(jìn)行分析。學(xué)習(xí)目標(biāo)熟悉專(zhuān)家系統(tǒng)的概念、特點(diǎn)、類(lèi)型和應(yīng)用。掌握專(zhuān)家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。掌握專(zhuān)家系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程。目錄

4專(zhuān)家系統(tǒng)概述專(zhuān)家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)專(zhuān)家系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程01020304案例分析：醫(yī)學(xué)專(zhuān)家系統(tǒng)專(zhuān)家系統(tǒng)概述01專(zhuān)家系統(tǒng)（expertsystem）是一個(gè)或一組能夠在某些特定領(lǐng)域，應(yīng)用大量的專(zhuān)家知識(shí)和推理方法解決復(fù)雜實(shí)際問(wèn)題的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。換句話說(shuō)，專(zhuān)家系統(tǒng)含有某領(lǐng)域內(nèi)專(zhuān)家提供的大量專(zhuān)門(mén)知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)這些知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)人工智能理論進(jìn)行推理和判斷，解決某些需要人類(lèi)專(zhuān)家處理的復(fù)雜問(wèn)題。專(zhuān)家系統(tǒng)是早期人工智能的一個(gè)重要分支，它的主要特點(diǎn)如表所示。專(zhuān)家系統(tǒng)的概念與特點(diǎn)8.1.1特點(diǎn)介紹知識(shí)豐富積累了大量專(zhuān)家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行有效推理專(zhuān)家系統(tǒng)能綜合利用不確定的信息和知識(shí)進(jìn)行推理，并得出結(jié)論啟發(fā)性專(zhuān)家系統(tǒng)運(yùn)用專(zhuān)門(mén)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理、判斷和決策透明性專(zhuān)家系統(tǒng)具有解釋功能，不僅能回答用戶提出的問(wèn)題，還可以給出答案的依據(jù)，有利于提高用戶與系統(tǒng)之間的透明度靈活性知識(shí)與推理機(jī)間既相互聯(lián)系又相互獨(dú)立，使專(zhuān)家系統(tǒng)具有良好的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性交互性專(zhuān)家系統(tǒng)一般都是交互式系統(tǒng)，具有較好的人機(jī)交互界面專(zhuān)家系統(tǒng)的特點(diǎn)20世紀(jì)60年代初，出現(xiàn)了一些運(yùn)用邏輯學(xué)去模擬人類(lèi)心理活動(dòng)的通用問(wèn)題求解程序，它們不僅可以證明定理，還可以進(jìn)行邏輯推理。1968年，斯坦福大學(xué)費(fèi)根鮑姆等人基于通用問(wèn)題求解程序的成功與失敗經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合化學(xué)領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，研制了世界上第一個(gè)專(zhuān)家系統(tǒng)——DENDRAL系統(tǒng)，用于推斷化學(xué)分子結(jié)構(gòu)。專(zhuān)家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了人工智能從理論研究走向?qū)嶋H應(yīng)用、目前，專(zhuān)家系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程已經(jīng)經(jīng)歷了3個(gè)階段，并正向第4個(gè)階段過(guò)渡和發(fā)展，每一階段的專(zhuān)家系統(tǒng)都各具特色，如圖所示。專(zhuān)家系統(tǒng)的起源與發(fā)展8.1.2專(zhuān)家系統(tǒng)的發(fā)展從不同的角度，根據(jù)不同的方式，可以將專(zhuān)家系統(tǒng)劃分為不同的類(lèi)型，如表所示。（1）按用途分類(lèi)，專(zhuān)家系統(tǒng)可分為解釋型、預(yù)測(cè)型、診斷型、設(shè)計(jì)型、規(guī)劃型、監(jiān)視型和教學(xué)型等多種類(lèi)型。（2）按輸出結(jié)果分類(lèi)，專(zhuān)家系統(tǒng)可分為分析型和設(shè)計(jì)型。（3）按知識(shí)表示分類(lèi)，專(zhuān)家系統(tǒng)可分為一階謂詞邏輯、產(chǎn)生式規(guī)則、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)和框架等。專(zhuān)家系統(tǒng)的類(lèi)型8.1.3專(zhuān)家系統(tǒng)任務(wù)特點(diǎn)舉例解釋型

專(zhuān)家系統(tǒng)通過(guò)對(duì)已知信息和數(shù)據(jù)的分析與解釋?zhuān)_定它們的含義系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)量大，且數(shù)據(jù)往往是不準(zhǔn)確的、有錯(cuò)誤的或不完全的語(yǔ)音理解、圖像分析、系統(tǒng)監(jiān)視、化學(xué)結(jié)構(gòu)分析和信號(hào)解釋等系統(tǒng)能夠從不完全的信息中得出解釋?zhuān)⒛軐?duì)數(shù)據(jù)做出某些假設(shè)系統(tǒng)的推理過(guò)程可能很復(fù)雜或很長(zhǎng)，要求系統(tǒng)具備解釋自身推理過(guò)程的能力預(yù)測(cè)型

專(zhuān)家系統(tǒng)通過(guò)對(duì)過(guò)去和現(xiàn)在已知狀態(tài)的分析，推斷未來(lái)可能發(fā)生的情況系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化，且數(shù)據(jù)可能是不準(zhǔn)確和不完全的天氣預(yù)報(bào)、軍事預(yù)測(cè)、人口預(yù)測(cè)、交通預(yù)測(cè)、經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)等系統(tǒng)需要有適應(yīng)時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)模型，能夠從不準(zhǔn)確和不完全的信息中獲得推斷，并快速響應(yīng)診斷型

專(zhuān)家系統(tǒng)根據(jù)取得的現(xiàn)象、數(shù)據(jù)或事實(shí)推斷出系統(tǒng)是否有故障，并找出產(chǎn)生故障的原因，同時(shí)提供排除故障的方案系統(tǒng)能夠了解被診斷對(duì)象或客體各組成部分的特性及它們之間的關(guān)系醫(yī)療診斷、軟件故障診斷、電子機(jī)械故障診斷和材料失效診斷等系統(tǒng)能夠區(qū)分一種現(xiàn)象及其所掩蓋的另一種現(xiàn)象系統(tǒng)可以向用戶提供測(cè)量的數(shù)據(jù)，并從不確切信息中得出盡可能正確的診斷設(shè)計(jì)型

專(zhuān)家系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，獲得滿足設(shè)計(jì)約束條件的目標(biāo)設(shè)計(jì)系統(tǒng)善于從多方面的約束中得到符合要求的設(shè)計(jì)結(jié)果計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、土木建筑工程設(shè)計(jì)、機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)等系統(tǒng)需要檢索較大的可能解空間系統(tǒng)善于分析各種子問(wèn)題，并處理好子問(wèn)題間的相互作用系統(tǒng)能夠試驗(yàn)性地構(gòu)造出可能設(shè)計(jì)，并易于對(duì)所獲得的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改系統(tǒng)能夠使用正確的設(shè)計(jì)來(lái)解釋當(dāng)前的新設(shè)計(jì)（4）按知識(shí)的確定性分類(lèi)，專(zhuān)家系統(tǒng)可分為確定性知識(shí)推理和不確定性知識(shí)推理。（5）按采用的技術(shù)分類(lèi)，專(zhuān)家系統(tǒng)可分為符號(hào)推理型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)型。（6）按規(guī)模分類(lèi)，專(zhuān)家系統(tǒng)可分為大型協(xié)同式專(zhuān)家系統(tǒng)和微專(zhuān)家系統(tǒng)。（7）按結(jié)構(gòu)分類(lèi)，專(zhuān)家系統(tǒng)可分為集中式和分布式，單機(jī)型和網(wǎng)絡(luò)型。其中，對(duì)不同用途專(zhuān)家系統(tǒng)的具體描述如表所示。專(zhuān)家系統(tǒng)任務(wù)特點(diǎn)舉例規(guī)劃型

專(zhuān)家系統(tǒng)尋找某個(gè)能夠達(dá)到給定目標(biāo)的動(dòng)作序列或步驟要規(guī)劃的目標(biāo)可能是動(dòng)態(tài)的或靜態(tài)的，因此，需要對(duì)未來(lái)動(dòng)作做出預(yù)測(cè)軍事規(guī)劃、城市規(guī)劃、工程規(guī)劃、生產(chǎn)規(guī)劃和機(jī)器人動(dòng)作控制等所涉及的問(wèn)題可能很復(fù)雜，要求系統(tǒng)能抓住重點(diǎn)，處理好各子目標(biāo)間的關(guān)系和不確定的數(shù)據(jù)信息，并通過(guò)試驗(yàn)性動(dòng)作得出可行規(guī)劃監(jiān)視型

專(zhuān)家系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)、對(duì)象或過(guò)程的行為進(jìn)行不斷觀察，并把觀察到的行為與其應(yīng)該具有的行為進(jìn)行比較，一旦發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)發(fā)出警報(bào)系統(tǒng)應(yīng)具有快速反應(yīng)能力，在造成事故之前及時(shí)發(fā)出警報(bào)監(jiān)視核反應(yīng)堆系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)的準(zhǔn)確性高系統(tǒng)能夠隨時(shí)間和條件的變化而動(dòng)態(tài)地處理其輸入信息教學(xué)型

專(zhuān)家系統(tǒng)根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中所產(chǎn)生的問(wèn)題進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)，并找出原因，采用最適合的教學(xué)方法對(duì)學(xué)生進(jìn)行教學(xué)和輔導(dǎo)系統(tǒng)具有診斷和調(diào)試等功能計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)、聾啞人語(yǔ)言訓(xùn)練教學(xué)系統(tǒng)等系統(tǒng)具有良好的人機(jī)交互界面

當(dāng)前，專(zhuān)家系統(tǒng)已經(jīng)在計(jì)算機(jī)、醫(yī)學(xué)、地質(zhì)學(xué)、化學(xué)、軍事、工程和數(shù)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，表列舉了不同領(lǐng)域的典型專(zhuān)家系統(tǒng)。專(zhuān)家系統(tǒng)的應(yīng)用8.1.4應(yīng)用領(lǐng)域典型專(zhuān)家系統(tǒng)功能醫(yī)學(xué)MYCIN細(xì)菌感染性疾病診斷和治療CASNET青光眼的診斷和治療PIP腎臟病診斷INTERNIST內(nèi)科病診斷PUFF肺功能試驗(yàn)結(jié)果解釋ONCOCIN癌癥化學(xué)治療咨詢VM人工肺心機(jī)監(jiān)控地質(zhì)學(xué)PROSPECTOR幫助地質(zhì)學(xué)家評(píng)估某一地區(qū)的礦物儲(chǔ)量DIPMETERADVISOR油井記錄分析DRILLINGADVISOR診斷和處理石油鉆井設(shè)備的“鉆頭粘著”問(wèn)題MUD診斷和處理同鉆探泥漿有關(guān)的問(wèn)題HYDOR水源總量咨詢ELAS油井記錄解釋化學(xué)DENDRAL根據(jù)質(zhì)譜數(shù)據(jù)推斷化合物的分子結(jié)構(gòu)MOLGEN分析并合成DNA分子結(jié)構(gòu)CRYSALIS通過(guò)電子云密度圖推斷一個(gè)蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)SECS幫助化學(xué)家制定有機(jī)合成規(guī)劃SPEX幫助科學(xué)家設(shè)計(jì)復(fù)雜的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)軍事AIRPLAN用于安排航空母艦周?chē)目罩薪煌ㄟ\(yùn)輸計(jì)劃HASP海洋聲吶信號(hào)識(shí)別和艦艇跟蹤TATR幫助空軍制定攻擊敵方機(jī)場(chǎng)的計(jì)劃RTC通過(guò)解釋雷達(dá)圖像進(jìn)行艦船分類(lèi)工程SACON幫助工程師發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)分析問(wèn)題的分析策略DELTA幫助識(shí)別和排除機(jī)車(chē)故障REACTOR幫助操作人員檢測(cè)和處理核反應(yīng)堆事故數(shù)學(xué)MACSYMA數(shù)學(xué)問(wèn)題求解AM從基本的數(shù)學(xué)和集合論中發(fā)現(xiàn)概念專(zhuān)家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)02專(zhuān)家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)包括6部分，即知識(shí)庫(kù)、知識(shí)獲取機(jī)構(gòu)、推理機(jī)、綜合數(shù)據(jù)庫(kù)、人機(jī)接口和解釋機(jī)構(gòu)，它們之間的關(guān)系如圖所示。其中，知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)是專(zhuān)家系統(tǒng)的核心。專(zhuān)家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)人工智能的任務(wù)可理解為設(shè)計(jì)Agent程序，即實(shí)現(xiàn)Agent從感知到動(dòng)作的映射。Agent程序需要在某種計(jì)算機(jī)設(shè)備（稱(chēng)為結(jié)構(gòu)）上運(yùn)行。簡(jiǎn)單的Agent結(jié)構(gòu)可能只是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，復(fù)雜的Agent結(jié)構(gòu)可能包括用于某種任務(wù)的特定硬件設(shè)備，如圖像采集設(shè)備、聲音濾波設(shè)備等。由此可見(jiàn)，Agent、程序和結(jié)構(gòu)之間具有如下關(guān)系。Agent=程序+結(jié)構(gòu)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，Agent含有獨(dú)立的外部設(shè)備、輸入/輸出驅(qū)動(dòng)設(shè)備、各種功能操作處理程序、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的輸出。程序的核心部分是決策生成器或問(wèn)題求解器，它接收全局的狀態(tài)、任務(wù)和時(shí)序信息，指揮相應(yīng)的功能操作模塊工作，同時(shí)將內(nèi)部的工作狀態(tài)和所要執(zhí)行的重要結(jié)果送至全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)。

Agent的結(jié)構(gòu)與類(lèi)型10.2.2添磚加瓦

Agent的全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)中設(shè)有存放Agent狀態(tài)、參數(shù)和重要結(jié)果的數(shù)據(jù)庫(kù)，供整體協(xié)調(diào)使用。Agent的運(yùn)行是一個(gè)或多個(gè)進(jìn)程，并接受整體調(diào)度。結(jié)構(gòu)為各個(gè)Agent在多個(gè)計(jì)算機(jī)上并行工作提供了運(yùn)行環(huán)境支持，此外，它還提供了共享資源、Agent間的通信工具和Agent間的整體協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)Agent在同一目標(biāo)下并行、協(xié)調(diào)地工作。根據(jù)人類(lèi)思維的不同層次，可將Agent劃分為6類(lèi)，包括反應(yīng)式Agent、慎思式Agent、跟蹤式Agent、基于目標(biāo)的Agent、基于效果的Agent和復(fù)合式Agent。1．反應(yīng)式Agent反應(yīng)式Agent是一種對(duì)當(dāng)時(shí)處境具備實(shí)時(shí)反應(yīng)能力的Agent，其結(jié)構(gòu)如圖所示。其中，條件—作用規(guī)則是反應(yīng)式Agent內(nèi)部提前設(shè)置的相關(guān)知識(shí)，如行為集和約束條件等。它將反應(yīng)式Agent的感知和動(dòng)作連接起來(lái)。由此可見(jiàn)，反應(yīng)式Agent以感知外界信息作為激發(fā)條件，中間不需要邏輯表示和推理。因此，反應(yīng)式Agent沒(méi)有內(nèi)部狀態(tài)。反應(yīng)式Agent的結(jié)構(gòu)2．慎思式Agent慎思式Agent又稱(chēng)為認(rèn)知式Agent，是一種基于知識(shí)的系統(tǒng)，主要包括環(huán)境描述和智能行為的邏輯推理，其結(jié)構(gòu)如圖所示。慎思式Agent通過(guò)傳感器接收的外部環(huán)境信息，先依據(jù)內(nèi)部狀態(tài)進(jìn)行信息融合，產(chǎn)生修改當(dāng)前狀態(tài)的描述；然后，在知識(shí)庫(kù)的支持下制訂規(guī)劃；最后，在目標(biāo)的指引下，形成動(dòng)作序列，并對(duì)環(huán)境產(chǎn)生作用。慎思式Agent的結(jié)構(gòu)指點(diǎn)迷津慎思式Agent產(chǎn)生局限性的原因如下。（1）慎思式Agent結(jié)構(gòu)中的環(huán)境模型一般是提前預(yù)知的，對(duì)動(dòng)態(tài)環(huán)境存在一定的局限性，不適用于未知環(huán)境。（2）由于缺乏必要的知識(shí)資源，執(zhí)行慎思式Agent時(shí)需要向模型提供有關(guān)環(huán)境的新信息，但該操作往往難以實(shí)現(xiàn)。3．跟蹤式Agent跟蹤式Agent也可稱(chēng)為跟蹤世界Agent，是在反應(yīng)式Agent的基礎(chǔ)上，增加內(nèi)部狀態(tài)獲得的Agent，其結(jié)構(gòu)如圖所示。跟蹤式Agent具有內(nèi)部狀態(tài)，包括原有的內(nèi)部狀態(tài)、世界如何獨(dú)立發(fā)展Agent信息和Agent自身作用如何影響世界信息跟蹤式Agent的結(jié)構(gòu)4．基于目標(biāo)的Agent基于目標(biāo)的Agent做決策時(shí)不僅需要了解現(xiàn)有狀態(tài)，還需要某種描述環(huán)境情況的目標(biāo)信息，其結(jié)構(gòu)如圖所示?；谀繕?biāo)的Agent程序能夠與可能的作用結(jié)果信息結(jié)合起來(lái)，以便選擇能夠達(dá)到目標(biāo)的行為。它可以靈活地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，即只要指定新的目標(biāo)，就能夠產(chǎn)生新的作用?；谀繕?biāo)的Agent結(jié)構(gòu)5．基于效果的Agent僅有目標(biāo)還不足以產(chǎn)生高質(zhì)量的作用決策，若一個(gè)世界狀態(tài)優(yōu)于另一個(gè)世界狀態(tài)，那么它對(duì)Agent就有更好的效果。因此，效果可理解為一種把狀態(tài)映射到實(shí)數(shù)的函數(shù)，該函數(shù)描述了相關(guān)的滿意程度。左圖給出了一個(gè)完整的基于效果的Agent結(jié)構(gòu)?；谛Ч腁gent結(jié)構(gòu)一個(gè)完整規(guī)范的效果函數(shù)允許對(duì)兩類(lèi)情況做出理性的決策。（1）當(dāng)Agent只有一些目標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)時(shí)，效果函數(shù)可指定合適的交替方法。（2）當(dāng)Agent存在多個(gè)瞄準(zhǔn)目標(biāo)，但不知道哪一個(gè)一定能夠?qū)崿F(xiàn)時(shí)，效果函數(shù)可提供一種根據(jù)目標(biāo)的重要性估計(jì)成功可能性的方法。由此可見(jiàn)，一個(gè)具有顯式效果函數(shù)的Agent能夠做出理性的決策，但是，在做決策之前必須比較由不同作用獲得的效果。6．復(fù)合式Agent復(fù)合式Agent是在一個(gè)Agent內(nèi)組合多種相對(duì)獨(dú)立和并行執(zhí)行的智能形態(tài)，其結(jié)構(gòu)包括感知器、反射、執(zhí)行器、建模、決策生成、通信和規(guī)劃等模塊，如圖所示。復(fù)合式Agent通過(guò)感知器模塊感知外界環(huán)境，并對(duì)環(huán)境信息進(jìn)行抽象后，送到不同的處理模塊。

復(fù)合式Agent綜合了其他Agent的優(yōu)點(diǎn)，具有較強(qiáng)的靈活性和快速的響應(yīng)性。復(fù)合式Agent的結(jié)構(gòu)Agent通信03

合作可以實(shí)現(xiàn)共贏，且獲得的整體利益遠(yuǎn)大于部分和的利益，而通信是實(shí)現(xiàn)合作必不可少的基礎(chǔ)條件。如果Agent之間想實(shí)現(xiàn)信息交流與傳遞，就必須進(jìn)行通信。通信是實(shí)現(xiàn)和提高Agent智能性的有效途徑，是Agent社會(huì)性的體現(xiàn)，是增加Agent實(shí)用價(jià)值不可或缺的一部分。

Agent之間進(jìn)行通信就是改變信息載體，將載體發(fā)送到接收Agent的可觀察環(huán)境中，其通信過(guò)程如圖所示。Agent通信過(guò)程Agent通信的過(guò)程10.3.1

Agent之間進(jìn)行通信時(shí)，被授權(quán)的Agent可以通過(guò)調(diào)用另一個(gè)Agent的方法向其發(fā)送信息。通常Agent通信的類(lèi)型可分為兩種，包括使用Tell和Ask通信，以及使用形式語(yǔ)言通信。1．使用Tell和Ask通信Agent之間分享一個(gè)共同的內(nèi)部表示語(yǔ)言，并通過(guò)通信界面Tell和Ask直接訪問(wèn)共享的知識(shí)庫(kù)，如圖所示。兩個(gè)Agent通過(guò)Tell和Ask通信Agent通信的類(lèi)型10.3.2添磚加瓦該通信類(lèi)型不需要任何外部語(yǔ)言，通信時(shí)AgentA可以使用Tell（KBB，“P”）通信把提議P傳到AgentB，就如同AgentA使用Tell（KBB，“P”）把提議P加到自己的知識(shí)庫(kù)一樣。

還有，AgentA可以使用Ask（KBB，“Q”）查出AgentB是否知道提議Q。通常將這種通信稱(chēng)為靈感通信。

2．使用形式語(yǔ)言通信多數(shù)Agent的通信是通過(guò)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的。左圖描述了兩個(gè)Agent使用語(yǔ)言通信的基本結(jié)構(gòu)。其中，外部通信語(yǔ)言可以與內(nèi)部表示語(yǔ)言不同，并且每一個(gè)Agent都可以有不同的內(nèi)部語(yǔ)言。兩個(gè)Agent使用語(yǔ)言通信高手點(diǎn)撥

只要每個(gè)Agent能夠可靠地實(shí)現(xiàn)從外部語(yǔ)言到內(nèi)部語(yǔ)言的映射，它們就無(wú)須統(tǒng)一任何內(nèi)部符號(hào)。該通信類(lèi)型需要外部語(yǔ)言，通信時(shí)，有些Agent可以執(zhí)行表示語(yǔ)言的行為，有些Agent可以感知這些語(yǔ)言。Agent通信是多Agent系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)問(wèn)題求解的關(guān)鍵。通信方式可分為黑板系統(tǒng)和消息/對(duì)話系統(tǒng)。1．黑板系統(tǒng)黑板系統(tǒng)采用合適的結(jié)構(gòu)支持分布式問(wèn)題求解。在多Agent系統(tǒng)中，黑板系統(tǒng)提供一處公共工作區(qū)，Agent可以“看”到黑板上的問(wèn)題、數(shù)據(jù)和求解記錄等，并將對(duì)問(wèn)題的求解結(jié)果“寫(xiě)”到黑板上，供其他Agent求解問(wèn)題時(shí)參考、使用等。黑板系統(tǒng)可用于任務(wù)共享系統(tǒng)和結(jié)果共享系統(tǒng)中。由于黑板系統(tǒng)中Agent增加會(huì)引起數(shù)據(jù)增加，從而導(dǎo)致Agent訪問(wèn)黑板時(shí)效率下降，因此，黑板系統(tǒng)應(yīng)為Agent提供不同的區(qū)域。Agent通信的方式10.3.32．消息/對(duì)話系統(tǒng)消息/對(duì)話系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)策略的基礎(chǔ)，各Agent使用規(guī)定的協(xié)議相互交換信息，用于建立通信和協(xié)調(diào)機(jī)制。在面向消息的多Agent系統(tǒng)中，發(fā)送Agent將特定的消息傳送至接收Agent。兩Agent之間的消息是直接交換的，執(zhí)行過(guò)程中沒(méi)有緩沖。一般情況下，發(fā)送Agent要為特定消息指定唯一的地址，只有該地址的Agent才能讀該條消息。拓展閱讀目前，國(guó)際上使用比較廣泛的Agent通信語(yǔ)言有知識(shí)交換格式語(yǔ)言（KIF）和知識(shí)查詢操縱語(yǔ)言（KQML）。知識(shí)交換格式語(yǔ)言主要是基于謂詞邏輯的知識(shí)表示工具，可描述專(zhuān)家系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、多Agent等所含有的知識(shí)。知識(shí)查詢操縱語(yǔ)言為多Agent通信定義了一套消息表達(dá)機(jī)制和消息傳遞格式，并提供了一套建立連接識(shí)別和交換消息的協(xié)議，構(gòu)建了一種標(biāo)準(zhǔn)的通用框架。多Agent系統(tǒng)04多Agent系統(tǒng)（multi-agentsystem，MAS）是由分布在網(wǎng)絡(luò)上的多個(gè)Agent松散耦合而成的系統(tǒng)，這些Agent不僅自身具有問(wèn)題求解能力和行為目標(biāo)，還能夠相互協(xié)作，實(shí)現(xiàn)共同的整體目標(biāo)，即解決現(xiàn)實(shí)中由單個(gè)Agent無(wú)法處理的復(fù)雜問(wèn)題。多Agent系統(tǒng)是由多個(gè)Agent組成，因此，它具有和Agent一樣的特性。此外，它還具有如下特點(diǎn)。（1）多Agent系統(tǒng)中數(shù)據(jù)分布或分散存貯。（2）多Agent系統(tǒng)的執(zhí)行過(guò)程具有并發(fā)性、并行性和異步性。（3）多Agent系統(tǒng)中每個(gè)Agent都具有不完全的信息，同時(shí)還具有問(wèn)題求解能力。（4）多Agent系統(tǒng)不存在全局控制。多Agent系統(tǒng)的概念與特點(diǎn)10.4.1多Agent系統(tǒng)的基本模型與其應(yīng)用環(huán)境息息相關(guān)，它的體系結(jié)構(gòu)更是直接影響系統(tǒng)異步性、一致性、自主性和自適應(yīng)性的程度。1．多Agent系統(tǒng)的基本模型針對(duì)不同的應(yīng)用環(huán)境，從不同的角度提出了多種不同的多Agent系統(tǒng)，其基本模型包括BDI模型、協(xié)商模型、協(xié)作規(guī)劃模型和自協(xié)調(diào)模型等，具體介紹如表所示。多Agent系統(tǒng)的基本模型多Agent系統(tǒng)的基本模型與體系結(jié)構(gòu)10.4.2基本模型介紹BDI模型一個(gè)基于概念和邏輯的理論模型，它是研究Agent理論和推理機(jī)制的基礎(chǔ)協(xié)商模型通過(guò)協(xié)商策略實(shí)現(xiàn)Agent的協(xié)作行為。例如，對(duì)資源缺乏的Agent動(dòng)態(tài)環(huán)境進(jìn)行任務(wù)分解、任務(wù)分配、任務(wù)監(jiān)督和任務(wù)評(píng)價(jià)等基本模型介紹協(xié)作規(guī)劃模型主要用于規(guī)劃多Agent系統(tǒng)的協(xié)調(diào)一致問(wèn)題。Agent之間的相互作用以通信規(guī)劃和目標(biāo)的形式抽象表達(dá)，以通信原語(yǔ)描述規(guī)劃目標(biāo)，相互告知自身的期望行為，利用規(guī)劃信息調(diào)節(jié)自身的局部規(guī)劃，達(dá)到共同目標(biāo)自協(xié)調(diào)模型建立在開(kāi)放和動(dòng)態(tài)環(huán)境下的多Agent系統(tǒng)模型，它可以隨環(huán)境變化自適應(yīng)地調(diào)整行為，其動(dòng)態(tài)性表現(xiàn)在系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)的分解重組和多Agent系統(tǒng)內(nèi)部的自主協(xié)調(diào)等方面2．多Agent系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)多Agent系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)決定信息的存儲(chǔ)方式、共享方式和通信方式。因此，體系結(jié)構(gòu)中必須有共同的通信協(xié)議或傳遞協(xié)議。常見(jiàn)的多Agent系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、聯(lián)盟結(jié)構(gòu)和黑板結(jié)構(gòu)等。（1）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，任何Agent之間都是直接通信的，通信和狀態(tài)知識(shí)都是固定的。通信時(shí)，Agent必須知道消息在何時(shí)送到何地，哪些Agent可以合作，以及Agent具備什么樣的能力等。（2）聯(lián)盟結(jié)構(gòu)中，若干近程Agent通過(guò)協(xié)助者Agent進(jìn)行交互，而遠(yuǎn)程Agent之間的交互則由局部Agent群體的協(xié)助者Agent協(xié)作完成。這種結(jié)構(gòu)中Agent不需要知道其他Agent的詳細(xì)信息，因此具有較大的靈活性。（3）黑板結(jié)構(gòu)中，局部Agent將信息存放在可存取的黑板上，實(shí)現(xiàn)局部數(shù)據(jù)共享。但是，局部數(shù)據(jù)共享要求一定范圍群體的Agent具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或知識(shí)表示，因而限制了系統(tǒng)中Agent設(shè)計(jì)和建造的靈活性，從而導(dǎo)致黑板結(jié)構(gòu)不易應(yīng)用于開(kāi)放的分布式系統(tǒng)。

協(xié)調(diào)、協(xié)作和協(xié)商都是多Agent系統(tǒng)研究的核心問(wèn)題。協(xié)調(diào)是指一組Agent完成一些集體活動(dòng)時(shí)可以和諧地進(jìn)行相互作用。協(xié)作是非對(duì)抗的Agent之間保持行為協(xié)調(diào)的一個(gè)特例，它通過(guò)適當(dāng)?shù)膮f(xié)調(diào)，合作完成共同的目標(biāo)。協(xié)商是多Agent系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)、協(xié)作、沖突消解和矛盾處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。多Agent系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、協(xié)作和協(xié)商10.4.31．多Agent系統(tǒng)的協(xié)調(diào)多Agent系統(tǒng)的協(xié)調(diào)是指多個(gè)Agent為了共同合作解決復(fù)雜問(wèn)題而進(jìn)行交互的過(guò)程。進(jìn)行協(xié)調(diào)是希望避免Agent間的負(fù)面交互關(guān)系導(dǎo)致沖突，一般包括資源沖突、目標(biāo)沖突和結(jié)果沖突等。如表中列舉了當(dāng)前主要的4種協(xié)調(diào)方法。多Agent系統(tǒng)的協(xié)調(diào)方法協(xié)調(diào)方法介紹基于集中

規(guī)劃的協(xié)調(diào)多Agent系統(tǒng)中至少有一個(gè)Agent可作為主控Agent對(duì)該系統(tǒng)的目標(biāo)進(jìn)行分解，對(duì)任務(wù)進(jìn)行規(guī)劃，并指示或建議其他Agent執(zhí)行相關(guān)任務(wù)，而且，該Agent具備其他Agent的知識(shí)、能力和環(huán)境資源知識(shí)等基于協(xié)商的協(xié)調(diào)通過(guò)Agent間交換信息、討論和達(dá)成共識(shí)的方式進(jìn)行分布式協(xié)調(diào)，其系統(tǒng)中沒(méi)有主控Agent基于對(duì)策論的協(xié)調(diào)該協(xié)調(diào)方法包括無(wú)通信協(xié)調(diào)和有通信協(xié)調(diào)。無(wú)通信協(xié)調(diào)是在沒(méi)有通信情況下，Agent根據(jù)對(duì)方及自身的效益模型，按照對(duì)策論選擇適當(dāng)行為。在無(wú)通信協(xié)調(diào)中，Agent最多只能達(dá)到協(xié)調(diào)的平衡解。而在有通信協(xié)調(diào)中，則可得到協(xié)作解基于社會(huì)

規(guī)則的協(xié)調(diào)該協(xié)調(diào)方法是以每個(gè)Agent都必須遵循的社會(huì)規(guī)則、過(guò)濾策略、標(biāo)準(zhǔn)和慣例等為基礎(chǔ)，對(duì)Agent進(jìn)行協(xié)調(diào)。這些規(guī)則對(duì)各Agent的行為加以限制，過(guò)濾某些有沖突的意圖和行為，保證其他Agent必需的行為方式，從而確保本Agent行為的可行性，協(xié)調(diào)整個(gè)多Agent系統(tǒng)的社會(huì)行為2．多Agent系統(tǒng)的協(xié)作