• 第一组 多智能体系统

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    • 智能体定义

    产业界给出了对智能体的一般定义。例如,IBM公司认为“智能体是一个软件实体,其可以代表一个人类用户或者其他程序。智能体具有一个行为集合,且具有某种程度的独立性或者白主性。智能体在采取行为时,通常使用某些知识来表示用户的目标或者期望”

    智能体在某种程度上属于人工智能研究范畴,因此要想给智能体下一个确切的定义就如同给人工智能下一个确切的定义一样困难。在分布式人工智能和分布式计算领域争论了很多年,也没有一个统一的认识。

    研究人员从不同的角度给出了智能体的定义,常见的主要有以下几种:(1 FIPA ( Foundation forlntelligentPhysical 智能体),一个致力于智能体技术标准化的组织给智能体下的定义是:“智能体是驻留于环境中的实体,它可以解释从环境中获得的反映环境中所发生事件的数据,并执行对环境产生影响的行动。〞在这个定义中,智能体被看作是一种在环境中“生存”的实体,它既可以是硬件(如机器人),也可以是软件。

    (2) 著名智能体理论研究学者wooldridge博士等在讨论智能体时,则提出"弱定义"和“强定义”二种定义方法:弱定义智能体是指具有自主 性、社会性、反应性和能动性等基本特性的智能体;强定义智能体是指不仅具有弱定义中的基本特性,而且具有移动性、通信能力、理性或其它特性的智能体;

    (3) Franklin和 Graesser则把智能体描述为“智能体是一个处于环境之中并且作为这个环境一部分的系统,它随时可以感测环境并且执行相应的动作,同时逐渐建立自己的活动规划以应付末来可能感测到的环境变化”;

    (4) 著名人工智能学者、美国斯坦福大学的Hayes-Roth认人为“智能体能够持续执行三项功能:感知环境中的动态条件;执行动作影响环境条件;进行推理以解释感知信息、求解问题、产生推断和决定动作”;

    (5) 智能体研究的先行者之一,美国的Macs则认为“自治或自主智能体是指那些宿主。手复杂动态环境中,自治地感知环境信息,自主采取行动,并实现一系列预先设定的目标或任务的计算系统”。

    [1-3]

    智能体,顾名思义,就是具有智能的实体,英文名是Agent。以云为基础,以AI为核心,构建一个立体感知、全域协同、精准判断、持续进化、开放的智能系统。

    在人工智能领域,智能体是指能够感知环境、通过学习和自主行动来实现目标的实体。智能体可以是物理存在的实体,比如机器人,也可以是虚拟存在的实体,比如程序或算法。通常,智能体包括以下几个核心组成部分:

    1. 感知器:感知器是智能体与环境进行信息交互的接口,通过感知器,智能体能够接收来自环境的输入信息,比如传感器获取的数据或者用户输入的命令。

    2. 决策器:决策器是智能体的核心组成部分,负责根据感知到的环境信息和当前的目标状态,制定并执行相应的行动策略,以达到预设的目标。

    3. 执行器:执行器是智能体将决策转化为行动的组件,它可以是机器人的电机、程序的输出接口或者其他能够对环境产生实际影响的设备。

    4. 学习器:学习器是一种使智能体能够从经验中改善性能的组件,它可以通过监督学习、强化学习或者其他学习方法来不断优化智能体的行为策略。

    这些组成部分相互作用,使得智能体能够感知环境、做出决策,并通过执行器实现这些决策,从而实现自主的行为。智能体的设计和实现是人工智能研究的核心内容之一,其目标是实现具有一定程度智能的自主实体,能够在复杂环境中完成各种任务。

    智能交通系统可以利用多智能体算法来调整路网,比如调整红绿灯时间,来改善交通状况,帮助减少交通拥堵。

    1)网络管理
    利用多智能体一致性的组织、表示、通信等特点,通过定义不同类别的智能体,可构成网络的不同智能成员(包括网络单元智能体、管理对象智能体和操作系统智能体),实现网络管理。
    2)网络协同化
    智能体技术具有在Internet上的协调功能,通过采用U nix命令实现用户在Internet上广泛的协调。将智能体技术与Internet技术相结合,建立基于客户服务器的智能体结构,可实现用WWW开发计算机支持的协同工作(CSCW),建立一个以WWW为基础、以一组协同工作的智能体为核心的应用环境(CAW),达到在网络环境下更好地支持用户之间的协同工作。
    3)网络信息处理
    软件智能体是指活动于软件环境中的智能体,它通过下达命令和分析环境反馈同环境进行交互。利用软件智能体技术,可对Internet这一规模庞大、极度异质、高度动态的软件环境实现信息的收集、检索、分析、综合,从而实现高度智能行为的信息处理手段。 采用人机智能体技术可建立一个放射治疗培训系统(RA TA PLAN),开发用于人机交互的窗口,实现了人机对话。每个用户都有各自的人机智能体,各智能体通过网络实现通讯。
    可把智能体技术应用于智能教学系统开发,如:远程教学和健康信息系统。
    可以预见,在网上智能学校和网上智能医院的设计和开发中,多智能体技术将发挥潜在的不可估量的作用。 利用MAS技术可建立一个多智能体控制系统框架,包括三层:最底层为控制层,具有实时控制能力;中间层为管理层;最上层为多智能体协调与通讯层。该框架可解决航行器机翼的伺服控制问题,框架内每个智能体负责各自的控制任务。例如:采用多智能体技术;建立混杂控制系统、板材自适应控制模型等。

    • 多智能体系统的研究

    智能体架构是指设计智能体时所采用的结构化方法,它决定了智能体的内部组成、各个组成部分之间的关系以及它们如何相互作用。智能体架构的设计通常依赖于特定的应用场景和智能体的目标。智能体架构的选择对智能体的性能、适应性和可扩展性有着重要影响。设计者需要根据智能体所需完成的任务、环境的复杂性和动态性等因素,选择或设计合适的架构。不同的架构有不同的优势和局限性,常见的智能体架构包括:
    反应式架构:如反应式模块网络(Reactive Module Network, R-MAC),强调对环境的直接响应,适用于简单的环境。
    认知架构:如BDI(Belief-Desire-Intention)模型,强调智能体的信念、愿望和意图,适用于需要复杂推理和规划的环境。
    混合架构:结合了反应式和认知架构的特点,既能够快速响应环境变化,又能够进行复杂的规划和决策。

     

    多智能体系统(Multi-Agent System,MAS)是由多个独立的智能体(Agent)组成的系统,这些智能体能够相互作用、协调合作,以达到团体目标。多智能体系统的研究主要集中在以下几个方面:

    1. 基本概念与特点
      • 智能体:作为多智能体系统的基本单元,它可以是具有自主性和目标导向性的实体或程序,能够感知环境、做出决策并执行行动。
      • 环境:多智能体系统中智能体交互和行动的场所,可以是虚拟的或真实的,离散的或连续的,静态的或动态的。
      • 互动与协作:智能体之间的相互影响过程,通过通信、协商或直接行动实现,共同努力达成共同的目标或解决共同的问题。
    2. 技术框架
      • 集中式与分布式:目前多智能体控制系统的技术框架主要分为这两种。分布式多智能体控制系统因其采用多个节点进行分布式计算,并在任务执行时能够自动监测和协调,因此更加灵活和鲁棒。
    3. 算法优化
      • 多智能体控制系统中的算法优化是一个关键问题。随着研究的深入,基于更优越的控制算法的研究将成为主要方向之一,如基于事件驱动控制策略的系统一致性算法研究、基于预测控制的系统一致性算法研究等。
    4. 发展趋势
      • 机器学习与多智能体控制系统结合:机器学习作为一种非常有前途的技术,可以与多智能体控制系统相结合,提高系统完成任务的能力并适应各种环境。
      • 智能化与人工智能:智能化和人工智能的发展将进一步提高多智能体控制系统的智能化水平,使其能够在不断变化的环境中更好地适应。
      • 异构多智能体系统:在实际工程应用中,多体协作中的单体通常承担不同的任务并具有不同的特性,因此加强对异构多智能体系统的理论基础研究具有重要意义。
      • 通信约束下的理论研究:智能体间的通信质量直接影响信息交互的有效性,因此加强在通信约束下的理论研究对于提高多智能体系统的性能至关重要。
    5. 实际应用
      • 多智能体系统理论在实际系统中的应用案例将成为研究的重点。理论知识的发展需要经过工程实践的验证,通过实际应用案例的研究,可以进一步推动多智能体系统理论的完善和发展。

    总的来说,多智能体系统的研究是一个复杂而有趣的领域,它涉及到多个学科的知识和技术,对于推动人工智能技术的发展和应用具有重要的意义。

     

    • 应用实例

    多智能体系统(Multi-Agent Systems, MAS)是人工智能的一个分支,它涉及到多个独立决策的智能体(Agent),这些智能体能够通过协同工作来解决问题或完成任务。以下是一些多智能体系统在实际中的应用实例:
    1. 自主车辆和网络:自主驾驶汽车中的多智能体系统可以协调车辆之间的行动,以优化交通流量、减少事故和改善能效。车辆之间可以交换信息,共同规划行驶路线和速度。
    2. 电力市场和微电网:在电力市场中,多个智能体可以代表发电厂、消费者和中介,协商电力的供应和需求。在微电网中,智能体可以协调分布式能源资源,以优化能源消耗和减少成本。
    3. 机器人足球:机器人足球比赛是一个经典的多智能体系统应用,其中每个机器人都充当一个智能体,它们必须协同工作来控制足球并得分。
    4. 智能电网和家庭自动化:在智能电网中,多智能体系统可以用于优化电力分配和负载管理。在家庭自动化中,智能体可以管理家用电器,根据用户的需求和能源价格来调整用电计划。
    5. 电子商务和供应链管理:在电子商务中,多智能体系统可以用于自动协商交易和价格。在供应链管理中,智能体可以协调物流、库存管理和订单处理。
    6. 无人机编队和任务分配:人机编队中的多智能体系统可以协调无人机的飞行路径和任务,用于搜索和救援、环境监测和军事侦察。
    7. 虚拟助手和个性化服务:虚拟助手如Siri、Alexa和Google Assistant可以被视为多智能体系统的一部分,它们通过云服务协同工作,提供个性化的用户服务。
    8. 社交网络分析和推荐系统:在社交网络分析中,多智能体系统可以用于识别社区、分析用户行为和预测趋势。推荐系统中的智能体可以协同工作,提供个性化的内容推荐。
    9. 灾害响应和救援行动:在自然灾害响应中,多智能体系统可以协调救援队伍的行动,优化资源分配,提高救援效率。
    10. 模拟和游戏:在视频游戏和模拟环境中,多智能体系统用于创建复杂的行为模式,为非玩家角色(NPC)提供智能行为。
    多智能体系统的关键优势在于它们的分布式架构和灵活性,这使得它们能够适应复杂和动态的环境。随着技术的发展,多智能体系统在人工智能领域的应用将变得更加广泛和深入。

     

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