基于MAS的协调知识与协调策略研究

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多Agent系统(Multi-Agent System,MAS)理论的出现为人们研究各类分布式、大规模、动态、开放、异构、智能化的复杂自然系统和人工系统提供了一种有效的抽象方式和研究思路。协调是MAS研究中不可缺少的重要部分,MAS中的Agent只有通过协调,才可能形成一定的社会组织结构,从而表现出个体Agent所不具有的社会性。良好的协调是MAS系统正常运行、提高运作效率和实用性的重要保证。然而目前关于协调的研究存在一系列的问题,包括缺乏对协调知识的明确界定、缺乏统一有效的框架指导协调理论的发展以及已有协调知识难以共享和重用等等,阻碍了协调知识的有效运用和协调理论的进一步发展。造成上述问题的原因除了协调本身的复杂性以外,很重要的一点在于协调知识通常和应用环境联系紧密。因此,本文以MAS为研究背景,从界定MAS中的协调知识入手,拟建立一个比较完整的MAS协调知识研究框架,并在这个框架下对协调知识进行分类、整理和形式化描述。对MAS中的协调知识进行界定,是研究MAS协调的前提条件。因此论文首先从研究协调知识的必要性入手,给出了基于本体论的知识层次划分方法,并讨论了协调知识与具体事实知识的分离。在此基础上,对MAS中的协调知识进行了界定,提出行为协调和结构协调的分类。接着,给出了基于MAS的协调本体概念,为后续章节中关于协调知识的讨论打下了基础。然后,本文对MAS行为协调及其形式化描述进行了探讨和分析。行为协调的核心是对依赖关系的管理。因此,这一部分首先讨论了任务间依赖关系的概念。在此基础上,分别研究了基于时间和基于资源的两类任务依赖关系。接着,用协调本体对几种基本的任务依赖关系进行了形式化表示。通过一个网上书店商业流程的例子说明了协调本体在任务间依赖关系形式化表述中的应用。随后,本文讨论了基于Petri网和XML语言的行为协调策略。这一部分首先讨论了行为协调策略的概念和分类。然后,利用Petri网对行为协调策略进行了形式化表示,并利用扩展的XML语言将Petri网表示的协调策略转换为计算机直接可读的形式。紧接着,设计并实现了从Petri网到XML格式的转换工具。进一步,本文研究了基于MSA的结构协调及其案例。MAS结构协调的核心是对交互的管理。首先,对结构协调的概念以及包含的主要内容进行了阐述。然后,结合常见的MAS系统结构,用网上书店案例分别研究了层次化结构、扁平化结构和自组织结构等三种MAS结构如何影响Agent之间的交互,并对这三种协调结构进行了分析和比较。在前述基础上,本文结合网上书店系统的新书搜集子系统讨论了基于问题求解方法(PSMs)的结构协调策略。首先,分别对三种结构协调策略(即直接指导的协调策略、标准化工作的协调策略以及相互调整的协调策略)进行了阐述。然后,利用问题求解方法(PSMs)对这三种结构协调策略进行了形式化表示。通过实验比较了三种结构协调策略的效率,指出了各自的优缺点和适用范围。最后,以网上书店为例,探讨了将基于MAS的协调知识与协调策略理论框架应用于协调推理机的分析和设计过程,实现了行为协调的部分功能,给出了相应的实现方案。
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