第5章 多智能體模擬

1、管理系統(tǒng)模擬管理系統(tǒng)模擬華中科技大學(xué)華中科技大學(xué) 肖人彬肖人彬 等等電子工業(yè)出版社，電子工業(yè)出版社，2008高等學(xué)校信息管理示范教材高等學(xué)校信息管理示范教材 第第5章章 多智能體模擬多智能體模擬5.1 引言引言5.2 多智能體模擬的基本概念多智能體模擬的基本概念5.3 多智能體建模多智能體建模5.4 多智能體模擬工具多智能體模擬工具5.5 多智能體模擬工具多智能體模擬工具AnyLogic5.1 引言引言n對(duì)于結(jié)構(gòu)簡單系統(tǒng)，可用數(shù)學(xué)建模方法來刻畫。對(duì)于結(jié)對(duì)于結(jié)構(gòu)簡單系統(tǒng)，可用數(shù)學(xué)建模方法來刻畫。對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜系統(tǒng)，很難用統(tǒng)一的公式來描述。構(gòu)復(fù)雜系統(tǒng)，很難用統(tǒng)一的公式來描述。n而簡單的智能體間的交互

2、作用可以產(chǎn)生復(fù)雜的行為。而簡單的智能體間的交互作用可以產(chǎn)生復(fù)雜的行為。n每一個(gè)智能體是對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)中某個(gè)單獨(dú)個(gè)體的簡單模擬。每一個(gè)智能體是對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)中某個(gè)單獨(dú)個(gè)體的簡單模擬。n個(gè)體之間存在動(dòng)態(tài)、自主的交互行為，通過交互、合作個(gè)體之間存在動(dòng)態(tài)、自主的交互行為，通過交互、合作與協(xié)調(diào)機(jī)制，多個(gè)功能單一的智能體能實(shí)現(xiàn)一系列復(fù)雜與協(xié)調(diào)機(jī)制，多個(gè)功能單一的智能體能實(shí)現(xiàn)一系列復(fù)雜現(xiàn)象。現(xiàn)象。5.1 引言引言n對(duì)于異構(gòu)、分散的復(fù)雜系統(tǒng)，基于多智能體的模擬是對(duì)于異構(gòu)、分散的復(fù)雜系統(tǒng)，基于多智能體的模擬是最適當(dāng)?shù)慕７绞?。最適當(dāng)?shù)慕７绞?。n其建模元素具有更高的主動(dòng)性、自治性和智能性。其建模元素具有更高的主動(dòng)性、自

3、治性和智能性。n多智能體模擬能實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜、傳統(tǒng)方法無法完成的多智能體模擬能實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜、傳統(tǒng)方法無法完成的模擬建模分析，充分利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的并行計(jì)算和分模擬建模分析，充分利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的并行計(jì)算和分布式計(jì)算的能力。布式計(jì)算的能力。n對(duì)人類的學(xué)習(xí)、合作、協(xié)商等行為進(jìn)行模擬。對(duì)人類的學(xué)習(xí)、合作、協(xié)商等行為進(jìn)行模擬。n對(duì)自然、生態(tài)中的演化行為的仿真等。對(duì)自然、生態(tài)中的演化行為的仿真等。5.2 多智能體模擬的基本概念多智能體模擬的基本概念n一、智能體的定義一、智能體的定義n智能體是一種處于一定環(huán)境下包裝的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，為智能體是一種處于一定環(huán)境下包裝的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的，它能在那種環(huán)境下靈活

4、地、自主地了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的，它能在那種環(huán)境下靈活地、自主地活動(dòng)?；顒?dòng)。n系統(tǒng)具有如下的特性：系統(tǒng)具有如下的特性： 1. 自主性自主性 5. 移動(dòng)性移動(dòng)性 2. 社會(huì)性社會(huì)性 6. 理性理性 3. 反應(yīng)性反應(yīng)性 7. 誠實(shí)性誠實(shí)性 4. 合作性合作性 8. 友好性友好性5.2 多智能體模擬的基本概念多智能體模擬的基本概念n二、智能體與對(duì)象二、智能體與對(duì)象n對(duì)象是系統(tǒng)中用來描述客觀事物的一個(gè)實(shí)體，它是構(gòu)成系統(tǒng)對(duì)象是系統(tǒng)中用來描述客觀事物的一個(gè)實(shí)體，它是構(gòu)成系統(tǒng)的一個(gè)基本單位。一個(gè)對(duì)象由一組屬性和對(duì)這組屬性進(jìn)行操的一個(gè)基本單位。一個(gè)對(duì)象由一組屬性和對(duì)這組屬性進(jìn)行操作的一組服務(wù)（即方法）組成。作的一組服

5、務(wù)（即方法）組成。n智能體與對(duì)象的區(qū)別智能體與對(duì)象的區(qū)別 n自治程度不同。自治程度不同。n自治行為的靈活性（自治性、反應(yīng)性、社會(huì)性）自治行為的靈活性（自治性、反應(yīng)性、社會(huì)性） 不同。不同。n 智能體組成的系統(tǒng)，對(duì)每一個(gè)智能體來說，它都有自己獨(dú)立智能體組成的系統(tǒng)，對(duì)每一個(gè)智能體來說，它都有自己獨(dú)立的控制線程；而在標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象模型中，整個(gè)系統(tǒng)才有一個(gè)控制的控制線程；而在標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象模型中，整個(gè)系統(tǒng)才有一個(gè)控制線程。線程。5.2 多智能體模擬的基本概念多智能體模擬的基本概念n三、多智能體系統(tǒng)概述三、多智能體系統(tǒng)概述n1. 多智能體系統(tǒng)的出現(xiàn)及發(fā)展多智能體系統(tǒng)的出現(xiàn)及發(fā)展n多智能體系統(tǒng)多智能體系統(tǒng)(Mul

6、ti-Agent System，MAS)是分布式人工智能是分布式人工智能(Distributed Artificial Intelligence，DAI)研究的一個(gè)前沿領(lǐng)域，研究的一個(gè)前沿領(lǐng)域，MAS的研究重點(diǎn)在于如何協(xié)調(diào)系統(tǒng)中多個(gè)智能體的行為使其的研究重點(diǎn)在于如何協(xié)調(diào)系統(tǒng)中多個(gè)智能體的行為使其協(xié)同工作。協(xié)同工作。n多智能體系統(tǒng)是分布式人工智能研究的一個(gè)重要分支，是人工多智能體系統(tǒng)是分布式人工智能研究的一個(gè)重要分支，是人工智能的最新發(fā)展方向。智能的最新發(fā)展方向。n多智能體系統(tǒng)是由多個(gè)可計(jì)算的智能體組成的集合，其中每個(gè)多智能體系統(tǒng)是由多個(gè)可計(jì)算的智能體組成的集合，其中每個(gè)智能體是一個(gè)物理的或抽象

7、的實(shí)體，能作用于自身和環(huán)境，并智能體是一個(gè)物理的或抽象的實(shí)體，能作用于自身和環(huán)境，并與其他智能體通訊。與其他智能體通訊。5.2 多智能體模擬的基本概念多智能體模擬的基本概念n2. 多智能體系統(tǒng)的特點(diǎn)多智能體系統(tǒng)的特點(diǎn)n多智能體系統(tǒng)中，每個(gè)智能體具有獨(dú)立性和自主性。多智能體系統(tǒng)中，每個(gè)智能體具有獨(dú)立性和自主性。n多智能體系統(tǒng)支持分布式應(yīng)用。多智能體系統(tǒng)支持分布式應(yīng)用。n按面向?qū)ο蟮姆椒?gòu)造多層次的、多元化的智能體。按面向?qū)ο蟮姆椒?gòu)造多層次的、多元化的智能體。n多智能體系統(tǒng)是一個(gè)協(xié)調(diào)式的系統(tǒng)。多智能體系統(tǒng)是一個(gè)協(xié)調(diào)式的系統(tǒng)。n在多智能體系統(tǒng)中，智能體之間相互通訊，彼此協(xié)調(diào)，在多智能體系統(tǒng)中，智能

8、體之間相互通訊，彼此協(xié)調(diào)，并行地求解問題。并行地求解問題。n同一個(gè)多智能體系統(tǒng)中各個(gè)智能體可以異構(gòu)。同一個(gè)多智能體系統(tǒng)中各個(gè)智能體可以異構(gòu)。n多智能體技術(shù)打破了當(dāng)前知識(shí)工程領(lǐng)域中僅使用一個(gè)專多智能體技術(shù)打破了當(dāng)前知識(shí)工程領(lǐng)域中僅使用一個(gè)專家系統(tǒng)的限制。家系統(tǒng)的限制。5.2 多智能體模擬的基本概念多智能體模擬的基本概念n3. 多智能體系統(tǒng)的求解機(jī)制多智能體系統(tǒng)的求解機(jī)制n(1) 交互作用交互作用 智能體的八類交互行為智能體的八類交互行為目標(biāo)資源能力可能的交互狀態(tài)類型兼容充足滿足獨(dú)立完成，不需交互兼容充足不滿足簡單合作（如采用通信方式）兼容不充足滿足阻塞（如遇到交通堵塞）兼容不充足不滿足有協(xié)調(diào)的合

9、作不兼容充足滿足各體競爭（如賽跑）不兼容充足不滿足群體間的競爭（如團(tuán)隊(duì)競爭）不兼容不充足滿足個(gè)體間對(duì)資源的沖突不兼容不充足不滿足群體間對(duì)資源的沖突5.2 多智能體模擬的基本概念多智能體模擬的基本概念n(2) 合作與協(xié)調(diào)合作與協(xié)調(diào)分解與派發(fā)任務(wù)有兩種方式：分解與派發(fā)任務(wù)有兩種方式：n集中式分配集中式分配n設(shè)立一個(gè)專門的智能體來充當(dāng)設(shè)立一個(gè)專門的智能體來充當(dāng)“協(xié)調(diào)者協(xié)調(diào)者”的角色，將的角色，將任務(wù)分解并根據(jù)各個(gè)智能體的能力將子任務(wù)分發(fā)。任務(wù)分解并根據(jù)各個(gè)智能體的能力將子任務(wù)分發(fā)。n分布式分配分布式分配n各個(gè)智能體根據(jù)它自己的任務(wù)要求，在無法獨(dú)立完成各個(gè)智能體根據(jù)它自己的任務(wù)要求，在無法獨(dú)立完成時(shí)，

10、請求其它智能體提供服務(wù)，這種服務(wù)的請求不是時(shí)，請求其它智能體提供服務(wù)，這種服務(wù)的請求不是強(qiáng)制性的。強(qiáng)制性的。5.2 多智能體模擬的基本概念多智能體模擬的基本概念n(3) 通信通信n智能體間的交互、合作與協(xié)調(diào)都是通過通信來完智能體間的交互、合作與協(xié)調(diào)都是通過通信來完成的。成的。n信息的傳遞有同步與異步兩種方式。信息的傳遞有同步與異步兩種方式。n同步：當(dāng)智能體發(fā)送消息后將會(huì)等待，知道接到答復(fù)同步：當(dāng)智能體發(fā)送消息后將會(huì)等待，知道接到答復(fù)為止。為止。n異步：智能體發(fā)出消息后并不等待，繼續(xù)它的活動(dòng)，異步：智能體發(fā)出消息后并不等待，繼續(xù)它的活動(dòng)，而不論是否接到了答復(fù)。而不論是否接到了答復(fù)。5.2 多智能

11、體模擬的基本概念多智能體模擬的基本概念n4. 多智能體系統(tǒng)的各領(lǐng)域應(yīng)用多智能體系統(tǒng)的各領(lǐng)域應(yīng)用(1) 智能機(jī)器人智能機(jī)器人 (9) 虛擬實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)現(xiàn)(2) 交通控制交通控制 (10)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化與智能化網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化與智能化(3) 柔性制造柔性制造 (11)分布式計(jì)算分布式計(jì)算(4)協(xié)調(diào)專家系統(tǒng)協(xié)調(diào)專家系統(tǒng) (12)產(chǎn)品設(shè)計(jì)產(chǎn)品設(shè)計(jì) (5) 分布式預(yù)測分布式預(yù)測 (13)商業(yè)管理商業(yè)管理(6) 監(jiān)控及診斷監(jiān)控及診斷 (14)網(wǎng)絡(luò)辦公自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)辦公自動(dòng)化(7) 分布式智能決策分布式智能決策 (15)網(wǎng)絡(luò)化計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)網(wǎng)絡(luò)化計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)(8) 軟件開發(fā)軟件開發(fā)5.3 多智能體建模多智能體建模n一、多

12、智能體建模概述一、多智能體建模概述n1. 基于智能體建模的思想基于智能體建模的思想n基于智能體建模思想的三大要素：智能體、智能和交互?；谥悄荏w建模思想的三大要素：智能體、智能和交互。n智能體是一個(gè)自治的計(jì)算實(shí)體，它可以通過感應(yīng)器（物理的或智能體是一個(gè)自治的計(jì)算實(shí)體，它可以通過感應(yīng)器（物理的或軟件的）來感知環(huán)境，并通過效應(yīng)器作用于環(huán)境。軟件的）來感知環(huán)境，并通過效應(yīng)器作用于環(huán)境。n智能是根據(jù)研究的需要和技術(shù)的可行性，使智能體具有合適的智能是根據(jù)研究的需要和技術(shù)的可行性，使智能體具有合適的智能特性（如理性、誠實(shí)性等）。智能特性（如理性、誠實(shí)性等）。n交互是指智能體可以被其他的為追求自己的子目標(biāo)而

13、執(zhí)行相應(yīng)交互是指智能體可以被其他的為追求自己的子目標(biāo)而執(zhí)行相應(yīng)任務(wù)的智能體（或人）所影響。交互可以通過他們之間共享的任務(wù)的智能體（或人）所影響。交互可以通過他們之間共享的環(huán)境或共享的語言來實(shí)現(xiàn)。環(huán)境或共享的語言來實(shí)現(xiàn)。5.3 多智能體建模多智能體建模n2. 多智能體模擬系統(tǒng)的模擬思路多智能體模擬系統(tǒng)的模擬思路n傳統(tǒng)的模擬思路傳統(tǒng)的模擬思路n通過對(duì)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)與功能的分析，尋找其中規(guī)律，建立確定的通過對(duì)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)與功能的分析，尋找其中規(guī)律，建立確定的邏輯模型，并使模型沿著某一變量（如時(shí)間）進(jìn)行逐步演算，得邏輯模型，并使模型沿著某一變量（如時(shí)間）進(jìn)行逐步演算，得到模擬結(jié)果，其本質(zhì)是在計(jì)算機(jī)中還原

14、實(shí)際系統(tǒng)。到模擬結(jié)果，其本質(zhì)是在計(jì)算機(jī)中還原實(shí)際系統(tǒng)。n多智能體模擬系統(tǒng)的模擬思路多智能體模擬系統(tǒng)的模擬思路n采用自下而上的研究方法，通過對(duì)系統(tǒng)個(gè)體特征和行為的研究，采用自下而上的研究方法，通過對(duì)系統(tǒng)個(gè)體特征和行為的研究，建立個(gè)體特征和行為的模型，將個(gè)體映射為智能體，將個(gè)體特征建立個(gè)體特征和行為的模型，將個(gè)體映射為智能體，將個(gè)體特征映射為智能體的屬性，將個(gè)體行為映射為智能體的方法，利用智映射為智能體的屬性，將個(gè)體行為映射為智能體的方法，利用智能體間的自治、推理、通訊和協(xié)作機(jī)制，模擬個(gè)體間相互獨(dú)立又能體間的自治、推理、通訊和協(xié)作機(jī)制，模擬個(gè)體間相互獨(dú)立又交互作用的現(xiàn)象，從而研究系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和功

15、能。交互作用的現(xiàn)象，從而研究系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和功能。5.3 多智能體建模多智能體建模n3. 多智能體模擬的優(yōu)勢多智能體模擬的優(yōu)勢n(1) 廣泛適用性廣泛適用性n多智能體系統(tǒng)模擬技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)的基于模塊和面向?qū)ο蟮哪６嘀悄荏w系統(tǒng)模擬技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)的基于模塊和面向?qū)ο蟮哪M技術(shù)的繼承與發(fā)展，使多智能體模擬系統(tǒng)具有廣泛適用性。擬技術(shù)的繼承與發(fā)展，使多智能體模擬系統(tǒng)具有廣泛適用性。n(2) 智能性和交互性智能性和交互性n單個(gè)智能體的智能是有限的，多智能體系統(tǒng)通過適當(dāng)?shù)捏w系單個(gè)智能體的智能是有限的，多智能體系統(tǒng)通過適當(dāng)?shù)捏w系結(jié)構(gòu)把智能體組織起來，從而彌補(bǔ)各個(gè)智能體的不足，使得結(jié)構(gòu)把智能體組織起來，從而彌補(bǔ)各個(gè)

16、智能體的不足，使得整個(gè)系統(tǒng)的能力超過任何單個(gè)智能體的能力。整個(gè)系統(tǒng)的能力超過任何單個(gè)智能體的能力。n(3) 分布性和移動(dòng)性分布性和移動(dòng)性n基于分布式計(jì)算的智能體，具有分布性和移動(dòng)性，可以運(yùn)行基于分布式計(jì)算的智能體，具有分布性和移動(dòng)性，可以運(yùn)行在網(wǎng)絡(luò)中的任意位置，更適合群體決策的需要。在網(wǎng)絡(luò)中的任意位置，更適合群體決策的需要。5.3 多智能體建模多智能體建模n二、多智能體系統(tǒng)分析二、多智能體系統(tǒng)分析 面向智能體的系統(tǒng)分析，就是用智能體來抽象要研究（或要開發(fā)）面向智能體的系統(tǒng)分析，就是用智能體來抽象要研究（或要開發(fā)）的系統(tǒng)并建立系統(tǒng)模型。的系統(tǒng)并建立系統(tǒng)模型。n1. 規(guī)劃單個(gè)智能體規(guī)劃單個(gè)智能體n

17、智能體抽象的基本原則：從系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)出發(fā)，圍繞著系統(tǒng)的目標(biāo)來對(duì)系智能體抽象的基本原則：從系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)出發(fā)，圍繞著系統(tǒng)的目標(biāo)來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行抽象。統(tǒng)進(jìn)行抽象。n異質(zhì)智能體與同質(zhì)智能體的處理異質(zhì)智能體與同質(zhì)智能體的處理n處理方法：將異質(zhì)的智能體分別形成相應(yīng)的智能體類，而將同質(zhì)的多個(gè)處理方法：將異質(zhì)的智能體分別形成相應(yīng)的智能體類，而將同質(zhì)的多個(gè)智能體的抽象歸結(jié)為一個(gè)智能體類。智能體的抽象歸結(jié)為一個(gè)智能體類。n粒度太小，系統(tǒng)重組的靈活性增加、適應(yīng)性增強(qiáng)，但由于規(guī)模大，系統(tǒng)的組粒度太小，系統(tǒng)重組的靈活性增加、適應(yīng)性增強(qiáng)，但由于規(guī)模大，系統(tǒng)的組織與控制的復(fù)雜程度增加、通信負(fù)載重、相應(yīng)的運(yùn)行效率也低；粒度太

18、大，織與控制的復(fù)雜程度增加、通信負(fù)載重、相應(yīng)的運(yùn)行效率也低；粒度太大，則系統(tǒng)靈活性差，并且降低了系統(tǒng)的并行性，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，管理和控制則系統(tǒng)靈活性差，并且降低了系統(tǒng)的并行性，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，管理和控制更容易。更容易。5.3 多智能體建模多智能體建模n集中服務(wù)智能體集中服務(wù)智能體n集中服務(wù)智能體：確定了實(shí)體智能體（即類型智能體）后，集中服務(wù)智能體：確定了實(shí)體智能體（即類型智能體）后，有時(shí)為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的目標(biāo)，設(shè)計(jì)的一些其他輔助智能體，為有時(shí)為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的目標(biāo)，設(shè)計(jì)的一些其他輔助智能體，為一個(gè)智能體群體提供某些共同的服務(wù)，或是為研究人員（或一個(gè)智能體群體提供某些共同的服務(wù)，或是為研究人員（或用戶）

19、提供有關(guān)這個(gè)智能體群體的信息。用戶）提供有關(guān)這個(gè)智能體群體的信息。n移動(dòng)智能體移動(dòng)智能體n物理上分布的系統(tǒng)來說，為了傳輸信息或執(zhí)行特定的功能，物理上分布的系統(tǒng)來說，為了傳輸信息或執(zhí)行特定的功能，可能還需要一些移動(dòng)智能體，如在分布式模擬系統(tǒng)中和分布可能還需要一些移動(dòng)智能體，如在分布式模擬系統(tǒng)中和分布式應(yīng)用系統(tǒng)中就存在這種需求；對(duì)于單機(jī)系統(tǒng)的建模與模擬式應(yīng)用系統(tǒng)中就存在這種需求；對(duì)于單機(jī)系統(tǒng)的建模與模擬可不考慮?？刹豢紤]。5.3 多智能體建模多智能體建模n2. 多智能體群體的體系結(jié)構(gòu)和交互關(guān)系分析多智能體群體的體系結(jié)構(gòu)和交互關(guān)系分析n(1) 智能體之間的依賴關(guān)系智能體之間的依賴關(guān)系n獨(dú)立：智能體之

20、間沒有依賴關(guān)系。獨(dú)立：智能體之間沒有依賴關(guān)系。n單向依賴：一個(gè)智能體單向依賴另一個(gè)智能體。單向依賴：一個(gè)智能體單向依賴另一個(gè)智能體。n相互依賴：為了共同的目標(biāo)，兩個(gè)智能體相互依賴。相互依賴：為了共同的目標(biāo)，兩個(gè)智能體相互依賴。n交叉依賴：為了某一目標(biāo)第一個(gè)智能體依賴于第二個(gè)交叉依賴：為了某一目標(biāo)第一個(gè)智能體依賴于第二個(gè)智能體，而第二個(gè)智能體為了實(shí)現(xiàn)某一目標(biāo)也依賴于智能體，而第二個(gè)智能體為了實(shí)現(xiàn)某一目標(biāo)也依賴于第一個(gè)智能體（兩個(gè)目標(biāo)不必相同）。相互依賴蘊(yùn)涵第一個(gè)智能體（兩個(gè)目標(biāo)不必相同）。相互依賴蘊(yùn)涵著交互依賴。著交互依賴。5.3 多智能體建模多智能體建模n(2) 智能體之間的協(xié)商智能體之間的協(xié)

21、商 一個(gè)協(xié)商框架包含一個(gè)協(xié)商框架包含4個(gè)部分：個(gè)部分：n一個(gè)協(xié)商集合，表示智能體可能提出建議的空間；一個(gè)協(xié)商集合，表示智能體可能提出建議的空間；n一個(gè)協(xié)議，定義智能體提出的合法的建議，它是先驗(yàn)的協(xié)商歷一個(gè)協(xié)議，定義智能體提出的合法的建議，它是先驗(yàn)的協(xié)商歷史的函數(shù)；史的函數(shù)；n一組策略，每個(gè)智能體一個(gè)策略，決定了智能體將會(huì)提出什么一組策略，每個(gè)智能體一個(gè)策略，決定了智能體將會(huì)提出什么建議；建議；n一條規(guī)則，決定什么時(shí)候達(dá)成交易以及交易內(nèi)容。一條規(guī)則，決定什么時(shí)候達(dá)成交易以及交易內(nèi)容。 3種協(xié)商情況：種協(xié)商情況：n一對(duì)一協(xié)商一對(duì)一協(xié)商n多對(duì)一協(xié)商多對(duì)一協(xié)商n多對(duì)多協(xié)商多對(duì)多協(xié)商5.3 多智能體建模

22、多智能體建模n(3) 智能體間的關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)智能體間的關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 各智能體之間依賴關(guān)系的關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)各智能體之間依賴關(guān)系的關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)5.3 多智能體建模多智能體建模n3. 單個(gè)智能體的特征行為建模分析單個(gè)智能體的特征行為建模分析n智能體由事件感知器、外部效應(yīng)執(zhí)行器、方法集和內(nèi)部狀態(tài)集等三個(gè)智能體由事件感知器、外部效應(yīng)執(zhí)行器、方法集和內(nèi)部狀態(tài)集等三個(gè)主要部分構(gòu)成，環(huán)境指智能體本體以外的軟件系統(tǒng)（主要是其他智能主要部分構(gòu)成，環(huán)境指智能體本體以外的軟件系統(tǒng)（主要是其他智能體）和用戶。體）和用戶。n智能體的事件感知器時(shí)刻捕捉所關(guān)注的事件狀態(tài)的出現(xiàn)，并根據(jù)事件智能體的事件感知器時(shí)刻捕捉所關(guān)注的事件狀態(tài)的出現(xiàn)

23、，并根據(jù)事件狀態(tài)的類型啟動(dòng)相應(yīng)事件處理分發(fā)器，進(jìn)而執(zhí)行有關(guān)事件的處理。狀態(tài)的類型啟動(dòng)相應(yīng)事件處理分發(fā)器，進(jìn)而執(zhí)行有關(guān)事件的處理。n智能體的方法集是其大腦，決定了該智能體的能力，描述了智能體處智能體的方法集是其大腦，決定了該智能體的能力，描述了智能體處理相關(guān)事件的方法。理相關(guān)事件的方法。n方法的執(zhí)行由事件處理分發(fā)器引發(fā)。方法的執(zhí)行由事件處理分發(fā)器引發(fā)。n智能體的內(nèi)部狀態(tài)集是表現(xiàn)該智能體當(dāng)前狀態(tài)的成分，其中包括表征智能體的內(nèi)部狀態(tài)集是表現(xiàn)該智能體當(dāng)前狀態(tài)的成分，其中包括表征事件的狀態(tài)。事件的狀態(tài)。5.3 多智能體建模多智能體建模 智能體個(gè)體的基本結(jié)構(gòu)智能體個(gè)體的基本結(jié)構(gòu)5.3 多智能體建模多智能體

24、建模n三、病毒傳播實(shí)例分析三、病毒傳播實(shí)例分析n通過多智能體模擬工具通過多智能體模擬工具Agentsheets制作的病毒傳播實(shí)例進(jìn)制作的病毒傳播實(shí)例進(jìn)行說明多智能體模型的系統(tǒng)分析。行說明多智能體模型的系統(tǒng)分析。n若干假設(shè)若干假設(shè)n(1) 假設(shè)這是一個(gè)封閉的區(qū)域，區(qū)域中有醫(yī)生、正常人、感假設(shè)這是一個(gè)封閉的區(qū)域，區(qū)域中有醫(yī)生、正常人、感染者三類人；染者三類人；n(2) 假設(shè)人在移動(dòng)的過程中會(huì)發(fā)生接觸傳染，人只在劃定的假設(shè)人在移動(dòng)的過程中會(huì)發(fā)生接觸傳染，人只在劃定的區(qū)間中移動(dòng)；區(qū)間中移動(dòng)；n(3) 假設(shè)不考慮感染者治愈后的不具備免疫能力；假設(shè)不考慮感染者治愈后的不具備免疫能力；n(4) 假設(shè)醫(yī)生在移

25、動(dòng)過程中不會(huì)被感染。假設(shè)醫(yī)生在移動(dòng)過程中不會(huì)被感染。5.3 多智能體建模多智能體建模n1. 規(guī)劃智能體規(guī)劃智能體n三種智能體規(guī)劃方案的比較三種智能體規(guī)劃方案的比較n建立一種智能體（包括醫(yī)生、正常人、感染者）；建立一種智能體（包括醫(yī)生、正常人、感染者）；n建立三種智能體（醫(yī)生、正常人、感染者各為一類智能體）；建立三種智能體（醫(yī)生、正常人、感染者各為一類智能體）；n建立兩種智能體（醫(yī)生智能體、正常人和感染者合為另一類智能建立兩種智能體（醫(yī)生智能體、正常人和感染者合為另一類智能體）。體）。 第三種方案建立的模擬模型與實(shí)際系統(tǒng)類似，同時(shí)考慮了正第三種方案建立的模擬模型與實(shí)際系統(tǒng)類似，同時(shí)考慮了正常人和

26、感染者的屬性和行為存在相似性，使模型更加簡潔。常人和感染者的屬性和行為存在相似性，使模型更加簡潔。n注意還有一類注意還有一類特殊的環(huán)境智能體，它是其他智能體存在和交互特殊的環(huán)境智能體，它是其他智能體存在和交互的基礎(chǔ)。的基礎(chǔ)。5.3 多智能體建模多智能體建模n2. 智能體行為建模智能體行為建模 智能體行為交互模型智能體行為交互模型5.3 多智能體建模多智能體建模n3. 病毒傳播實(shí)例制作過程病毒傳播實(shí)例制作過程n(1) 新建工程新建工程n在菜單中選擇在菜單中選擇“File- New Project”，選擇工程存放的路徑，建立一個(gè)，選擇工程存放的路徑，建立一個(gè)工程命名工程命名Virus Attack

27、的工程文件，最后單擊的工程文件，最后單擊OK。n(2) 設(shè)置智能體的大小設(shè)置智能體的大小n進(jìn)入到進(jìn)入到Define Agent Size界面，單擊下拉菜單，選擇界面，單擊下拉菜單，選擇“Custome”，然，然后設(shè)定智能體的高和寬，最后單擊后設(shè)定智能體的高和寬，最后單擊OK。n(3) 定義智能體定義智能體n進(jìn)入了進(jìn)入了Gallery界面，單擊界面，單擊“New Agent”按鈕，給智能體的命名為按鈕，給智能體的命名為person，單擊單擊OK。n在在Gallery界面中選擇界面中選擇person，然后在此界面中單擊，然后在此界面中單擊“Edit Depiction”按按鈕，改變鈕，改變pers

28、on的外觀。的外觀。5.3 多智能體建模多智能體建模n(4) 新建運(yùn)行環(huán)境新建運(yùn)行環(huán)境n主界面中選擇主界面中選擇“File-New Worksheet”，出現(xiàn)一個(gè)，出現(xiàn)一個(gè)Worksheet，按，按Ctrl+S或者在菜單中選擇或者在菜單中選擇“File-Save”，出現(xiàn)對(duì)話框，選擇所要存放的路徑，出現(xiàn)對(duì)話框，選擇所要存放的路徑，填寫填寫Worksheet的名字的名字Epidemic，按，按OK。nWorksheet(Epidemic)，如圖所示，在，如圖所示，在Grallery界面中選中界面中選中person，在，在Epidemic中選擇鉛筆圖標(biāo)，接下來就可以在中選擇鉛筆圖標(biāo)，接下來就可以在E

29、pidemic中任意位置添加不中任意位置添加不生病的生病的person，同理添加醫(yī)生智能體和人智能體中感染者。，同理添加醫(yī)生智能體和人智能體中感染者。n(5) 設(shè)置智能體運(yùn)行條件設(shè)置智能體運(yùn)行條件n雙擊雙擊Gallery窗口醫(yī)生智能體，出現(xiàn)窗口醫(yī)生智能體，出現(xiàn)Doctor Behavior設(shè)置窗口，為醫(yī)生智設(shè)置窗口，為醫(yī)生智能體設(shè)置運(yùn)行條件和運(yùn)行行為。能體設(shè)置運(yùn)行條件和運(yùn)行行為。n(6) 病毒傳播的運(yùn)行結(jié)果病毒傳播的運(yùn)行結(jié)果n在運(yùn)行環(huán)境在運(yùn)行環(huán)境Epdemic窗口中點(diǎn)擊窗口中點(diǎn)擊“Run”按鈕。按鈕。5.3 多智能體建模多智能體建模模擬效果圖模擬效果圖5.4 多智能體模擬工具多智能體模擬工具n

30、 1. NetLogonNetLogo是美國西北大學(xué)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)和計(jì)算機(jī)建模中心推出的可是美國西北大學(xué)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)和計(jì)算機(jī)建模中心推出的可編程建模環(huán)境。該系統(tǒng)是采用編程建模環(huán)境。該系統(tǒng)是采用1.4.1版版Java語言編寫的，因此能語言編寫的，因此能夠在多種主流平臺(tái)上運(yùn)行夠在多種主流平臺(tái)上運(yùn)行(Mac、Windows、Linux等等)。它同時(shí)。它同時(shí)提供單機(jī)和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境兩種版本，每個(gè)模型還可以保存為提供單機(jī)和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境兩種版本，每個(gè)模型還可以保存為Java applets，可嵌入到網(wǎng)頁上運(yùn)行。，可嵌入到網(wǎng)頁上運(yùn)行。n目前目前NetLogo 更新頻繁，更新頻繁，2004年年8月發(fā)布了月發(fā)布了2.0.2版，版，

31、9月月15日又日又推出了推出了NetLogo 2.1的的beta2版。對(duì)于教學(xué)和科研等非商業(yè)目的版。對(duì)于教學(xué)和科研等非商業(yè)目的應(yīng)用可免費(fèi)下載，其網(wǎng)址是：應(yīng)用可免費(fèi)下載，其網(wǎng)址是：/netlogo/。5.4 多智能體模擬工具多智能體模擬工具n 2. StarLogonStarLogo是在美國自然科學(xué)基金會(huì)和樂高集團(tuán)是在美國自然科學(xué)基金會(huì)和樂高集團(tuán)(LEGO Group)贊助下，贊助下，由麻省理工學(xué)院多媒體實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的基于智能體的可編程建模環(huán)境。由麻省理工學(xué)院多媒體實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的基于智能體的可編程建模環(huán)境。早期版本的早期版本的StarLogo只能在

32、只能在Macintosh機(jī)器上運(yùn)行，機(jī)器上運(yùn)行，2000年年2月發(fā)布了月發(fā)布了基于基于Java的版本，擺脫了計(jì)算機(jī)平臺(tái)的限制。的版本，擺脫了計(jì)算機(jī)平臺(tái)的限制。n2004年年6月推出了月推出了StarLogo 2.1版，其網(wǎng)址是：版，其網(wǎng)址是：/starlogo/。n上面介紹的上面介紹的StarLogo和和NetLogo系統(tǒng)本身提供很多內(nèi)置原語，支持多系統(tǒng)本身提供很多內(nèi)置原語，支持多主體建模和并行操作，用于建立模型的編程語言是一種擴(kuò)展的主體建模和并行操作，用于建立模型的編程語言是一種擴(kuò)展的Logo語言的語言的“方言方言”。5.4 多智能體模擬工具多智

33、能體模擬工具n 3. SwarmnSwarm是一個(gè)多智能體復(fù)雜系統(tǒng)模擬軟件工具集，最初是由圣是一個(gè)多智能體復(fù)雜系統(tǒng)模擬軟件工具集，最初是由圣達(dá)菲研究所于達(dá)菲研究所于1994年用一種被稱為年用一種被稱為GNU Objective-C的擴(kuò)展的擴(kuò)展C語言開發(fā)的，其目的是為研究人員進(jìn)行多智能體建模提供可用語言開發(fā)的，其目的是為研究人員進(jìn)行多智能體建模提供可用工具。工具。n2004年年6月發(fā)布了月發(fā)布了Windows XP下運(yùn)行的下運(yùn)行的Swarm2.1.1版，具體下版，具體下載網(wǎng)址是：載網(wǎng)址是：http:/eco83.econ.unito.it/swarm/materiale/cd/。n從從2004年

34、年3月起，月起，Swarm網(wǎng)站遷移到新址：網(wǎng)站遷移到新址：/。5.4 多智能體模擬工具多智能體模擬工具n 4. RepastnRepast是是Recursive Porus Agent Simulation的縮寫。的縮寫。這是一個(gè)用這是一個(gè)用Java開發(fā)的基于智能體的模擬框架。開發(fā)的基于智能體的模擬框架。Repast 從從Swarm中借鑒了很多設(shè)計(jì)理念，形成一個(gè)中借鑒了很多設(shè)計(jì)理念，形成一個(gè)“類類Swarm”的模擬軟件架構(gòu)。的模擬軟件架構(gòu)。Repast最初由芝加最初由芝加哥大學(xué)的社會(huì)科學(xué)計(jì)算實(shí)驗(yàn)室開發(fā)研制的，后來俄哥大學(xué)的社會(huì)科學(xué)計(jì)算實(shí)驗(yàn)室開發(fā)研制的，后

35、來俄勒崗國家實(shí)驗(yàn)室維護(hù)了一段時(shí)間，現(xiàn)在由來自政府勒崗國家實(shí)驗(yàn)室維護(hù)了一段時(shí)間，現(xiàn)在由來自政府、教育界和行業(yè)組織成員組成的非贏利機(jī)構(gòu)管理。、教育界和行業(yè)組織成員組成的非贏利機(jī)構(gòu)管理。n參考網(wǎng)址：參考網(wǎng)址：http:/ 多智能體模擬工具多智能體模擬工具n 5. TNG LabnTNG Lab 代表代表Trade Network Game Laboratory，它，它是美國愛荷華州立大學(xué)的是美國愛荷華州立大學(xué)的McFadzean、Stewart和和Tesfatsion用用C+開發(fā)的軟件包。開發(fā)的軟件包。n參考網(wǎng)址：參考網(wǎng)址： /tesfatsi/t

36、nghome.htm。nTNG Lab有標(biāo)準(zhǔn)組件，并具有可擴(kuò)展性，操作相對(duì)比有標(biāo)準(zhǔn)組件，并具有可擴(kuò)展性，操作相對(duì)比較簡單。它適于作為經(jīng)濟(jì)研究和教學(xué)的工具較簡單。它適于作為經(jīng)濟(jì)研究和教學(xué)的工具 。5.4 多智能體模擬工具多智能體模擬工具n 6. JESnJES是意大利都靈大學(xué)是意大利都靈大學(xué)Pietro Terna用用Java開發(fā)的企開發(fā)的企業(yè)模擬項(xiàng)目，這是一個(gè)在業(yè)模擬項(xiàng)目，這是一個(gè)在Java版的本的版的本的Swarm基礎(chǔ)基礎(chǔ)上開發(fā)的模型架構(gòu)，可用于測試帶有不同目標(biāo)的模上開發(fā)的模型架構(gòu)，可用于測試帶有不同目標(biāo)的模擬企業(yè)的動(dòng)態(tài)行為，并可進(jìn)一步對(duì)虛擬企業(yè)的創(chuàng)建擬企業(yè)的動(dòng)態(tài)行為，并可進(jìn)一步對(duì)虛擬企業(yè)的

37、創(chuàng)建、發(fā)展，以及企業(yè)之間網(wǎng)絡(luò)關(guān)系進(jìn)行理論分析。、發(fā)展，以及企業(yè)之間網(wǎng)絡(luò)關(guān)系進(jìn)行理論分析。n參考網(wǎng)址：參考網(wǎng)址：http:/web.econ.unito.it/terna/jes/。5.4 多智能體模擬工具多智能體模擬工具n 7. AscapenAscape代表代表Agent Landscape的意思，它是美國布魯金斯研究的意思，它是美國布魯金斯研究所的所的Miles T. Parker開發(fā)的基于智能體建模平臺(tái)。開發(fā)的基于智能體建模平臺(tái)。Ascape全部全部用用Java語言實(shí)現(xiàn)，可以在語言實(shí)現(xiàn)，可以在Windows、Macintosh、Unix、Linux以及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下使用。因?yàn)橐约熬W(wǎng)絡(luò)環(huán)境下使

38、用。因?yàn)锳scape有選擇性地使用了有選擇性地使用了Java 1.2 API，其網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用可以在任何瀏覽器中使用。開發(fā)者其網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用可以在任何瀏覽器中使用。開發(fā)者于于2000年年10月推出月推出Ascape 1.9.1版版 n參考網(wǎng)址：參考網(wǎng)址：/es/dynamics/models/ascape/ main.htm/ 5.4 多智能體模擬工具多智能體模擬工具n8. 其他其他nEcolabnMASONnABLEnCougaar5.5 模擬工具模擬工具ANYLOGICn一、一、AnyLogic的建模思想和方法的建模思想和方法nAnyLogic模型的主要構(gòu)

39、建模塊是活動(dòng)對(duì)象模型的主要構(gòu)建模塊是活動(dòng)對(duì)象(active object)?；?。活動(dòng)對(duì)象可以用于建?，F(xiàn)實(shí)世界中類型廣泛的各種對(duì)象，例如加動(dòng)對(duì)象可以用于建?，F(xiàn)實(shí)世界中類型廣泛的各種對(duì)象，例如加工工作臺(tái)，資源，人員，硬件，具體的物體，控制器等等。工工作臺(tái)，資源，人員，硬件，具體的物體，控制器等等。n類等級(jí)結(jié)構(gòu)：類等級(jí)結(jié)構(gòu)：n(1) 活動(dòng)對(duì)象繼承活動(dòng)對(duì)象繼承n(2) 等級(jí)化分解等級(jí)化分解n(3) 結(jié)構(gòu)分解結(jié)構(gòu)分解n(4) 活動(dòng)對(duì)象重用活動(dòng)對(duì)象重用5.5 模擬工具模擬工具ANYLOGICnAnyLogic強(qiáng)大而靈活，并提供多種建模方法：強(qiáng)大而靈活，并提供多種建模方法：n(1) 基于基于UML語言的面向

40、對(duì)象的建模方法語言的面向?qū)ο蟮慕７椒╪(2) 基于方圖的流程圖建模方法基于方圖的流程圖建模方法n(3) Statecharts（狀態(tài)機(jī)），分為普通的和混合的（狀態(tài)機(jī)），分為普通的和混合的n(4) 微分和代數(shù)方程微分和代數(shù)方程n(5) 用用Java建模建模n活動(dòng)對(duì)象有其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和行為，可以任意向下封裝其活動(dòng)對(duì)象有其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和行為，可以任意向下封裝其他對(duì)象。他對(duì)象。n活動(dòng)對(duì)象通過邊界對(duì)象與周圍交互作用。活動(dòng)對(duì)象通過邊界對(duì)象與周圍交互作用。5.5 模擬工具模擬工具ANYLOGICn二、關(guān)于多智能體模擬實(shí)例的說明二、關(guān)于多智能體模擬實(shí)例的說明 采用多智能體模擬技術(shù)，從消費(fèi)者的購買行為出發(fā)，逐步深入探

41、討，采用多智能體模擬技術(shù)，從消費(fèi)者的購買行為出發(fā)，逐步深入探討，研究新產(chǎn)品的市場擴(kuò)散問題。研究新產(chǎn)品的市場擴(kuò)散問題。n模型假設(shè)：模型假設(shè)：n(1) 無競爭和替代產(chǎn)品，市場潛力不變；無競爭和替代產(chǎn)品，市場潛力不變；n(2) 不存在創(chuàng)新；不存在創(chuàng)新；n(3) 地域界限固定；地域界限固定；n(4) 營銷戰(zhàn)略僅包括廣告；營銷戰(zhàn)略僅包括廣告；n(5) 沒有供給約束；沒有供給約束；n(6) 購買行為存在隨機(jī)性；購買行為存在隨機(jī)性；n(7) 存在重復(fù)購買；存在重復(fù)購買；n(8) 產(chǎn)品信息非穩(wěn)態(tài)滲透。產(chǎn)品信息非穩(wěn)態(tài)滲透。5.5 模擬工具模擬工具ANYLOGICn將模型規(guī)劃為兩類智能體：將模型規(guī)劃為兩類智能體：n顧客智能體（包括現(xiàn)有顧客和潛在顧客）顧客智能體（包括現(xiàn)有顧客和潛在顧客）n環(huán)境智能體環(huán)境智能體 多智能體的體系結(jié)構(gòu)框架多智能體的體系結(jié)構(gòu)框架5.5 模擬工具模擬工具ANYLOGI