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面向涌现的多Agent系统研究及其进展

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维普资讯 http://www.cqvip.com 第31卷第6期 计 算 机 学 报 Vo1.31 No。6 2008年6月 CHINESE JOURNAL OF COMPUTERS June 2008 面向涌现的多Agent系统研究及其进展 金士尧 黄红兵 范高俊 (国防科学技术大学并行与分布处理国家重点实验室 长沙(国防科学技术大学计算机学院长沙410073) 410073) 摘要在多Agent系统研究领域,涌现现象越来越弓l起人们的注意.面向涌现的多Agent系统研究正成为多 Ag。 t系统研究中值得注意的一个新方向.它关注的是多Agent系统宏观层面的涌现性问题以及系统涌现的宏观 与微观层面的联系机制,并最终希望发展出一套面向涌现的多Agent系统的设计和控制方法.该文在介绍涌现的 概念和特征之后,考察了多Agent系统宏观特征的面向涌现描述方法;然后对多Agent系统涌现的微一宏观机制进 行了总结,Btg ̄T面向涌现的多Agent系统设计方法和设计模式;最后分析讨论了该领域研究存在的问题和 进一步的研究方向. 关键词 多Agent系统;涌现;面向涌现;机制;复杂适应系统 中图法分类号TP311 Emergence—oriented Research on Multi—Agent Systems and Its State of Arts JIN Shi—Yao HUANG Hong Bing FAN Gao—Jun (Na {。 nz Ln6。rnf。r r Pntallez d d Distrib“f d Processing,Nati。nal Univ r if of D fen Techn。z。gY,Chang ha 410073) (Sc^001 of Computer Science,National University of Defense Technology,Changsha 410073) Abstract Nowadays,more attentions are paid to the phenomenon of emergence in MASs. And emergence-oriented research on MASs becomes a new direction in the area of MAS. Emergence— oriented researches focus on the emergent characteristics of MASs and the mechanisms of emer— gence which correlate the macro—and micro—level characteristics.The final goal of these resear— ches is to develop a set of methods for engineering emergence in MASs.In this paper,after an in— troduction of the concept of emergence,the emergence—oriented approaches for characterizing emergent behaviors of MA Ss are reviewed.Then the authors give an overview of the micro—macro mechanisms of enlergence in MASs,and a survey of emergence—oriented engineering methodolO— gies and design patterns of MASs.Finally,the problems and future directions in this area are dis— cussed. Keywords SVStem multi—agent sy stem;emergence;emergence—oriented;mechanism;complex adaptive 大规模系统中的应用(如普适计算),使得MAS的 1 引 口 多Agent系统(MAS) 的广泛应用,特别是在 宏观特征越来越成为关注的焦点嘲,一种复杂而极 其重要的宏观特征也随之渐渐凸现出来,这就是“涌 现现象”[ . 收稿日期:2007—07—09;最终修改稿收到日期:2007—11 13。金士尧,男,1937年生,教授,博士生导师,主要研究领域为系统仿真、多Agent 系统、分布式计算、虚拟现实等.E mail:syjin1937@163。coil2。黄红兵,男,1977年生,博士研究生,主要研究方向为多Agent系统和复杂 系统仿真。范高俊,男,1980年生,博士研究生,主要研究方向为多Agent系统和复杂系统仿真。 维普资讯 http://www.cqvip.com 882 计 算 机 学 报 在这些系统中,MAS通常无集中控制,由相 统全局行为”l1 或“缘起于微观的宏观效应”l_1 .对 互作用的自主Agent组成.这样的MAS就成为一 于涌现概念,这种描述是比较模糊的.但是,由于研 种人工复杂适应系统(Complex Adaptive System, 究的开放性,试图给出一个精确而普适的定义不是 cAS)l4],其涌现现象往往不可避免.另一方面,在 很现实.这里通过与几个易混淆的概念的对比,从它 CAS领域,人们将MAS作为研究自然CAS的天然 们的异同来把握“涌现”概念. 工具 ],揭示了它们的一部分涌现规律.在一些研究 2.1涌现与总成 者看来MAS和CAS描述的是同一类系统;不同的 涌现与总成(resultant)都是用来指称系统的 是,CAS与高层的现象和结构相关,MAS与系统的 微一宏观效应的概念,最初是穆勒为区分两种不同的 底层组成和元素相联系[5].因此,为了研究MAS的 组合物而提出的l_1 .在概念上,它们之问区别比较 整体性质,一些研究者反过来将MAS看成CAS,借 大,但是在实际认识系统时,往往难以区分,甚至会 鉴CAS的研究成果推动MAS涌现特征的研究,并 混淆. 将“涌现”作为MAS的一种分析和设计范式 ].为 穆勒针对涌现与总成的区别,给出了涌现的三 区别于传统的MAS研究,称这种研究方式为“面向 个判据口 :(1)一个整体的涌现特征不是其部分的 涌现的MAS研究”. 特征之和;(2)系统涌现特征的种类与系统组分特 传统的MAS研究主要关注微观层面的问 征的种类完全不同;(3)涌现特征不能从独立考察 题 ],如Agent理论、Agent体系结构等;在宏观方 组分的行为中推导或预测出来.这三个判据也称之 面也仅仅主要关注Agent之问的交互、协作等局部 为可加性判据、新奇性判据和可演绎性判据口 .穆 行为问题,缺少对系统宏观全局问题,特别是涌现性 勒的这三个判据都是从特征的微一宏观联系来展开 问题的研究.面向涌现的MAS研究关注的是MAS 的.当我们说一个系统特征是涌现或总成的时候,也 的宏观层面的涌现性问题以及系统涌现的宏观与微 就隐含了这种特征的微一宏观联系的特点. 观层面的联系机制,并最终希望发展出一套面向涌 可演绎性判据往往被解释成涌现特征的不可解 现的多Agent系统的设计和控制方法.这种研究视 释性或神秘性,这对于复杂系统研究者或新涌现主义 角顺应应用的发展,采用中观或宏观观察级别来审 者(neo—emergentism)来说,是不可接受的l1 n 引. 视MAS,设计操控MAS整体的宏观涌现特征,使 他们的重要目标之一就是要建立起涌现特征与微观 之满足设计目标或与所在的开放系统相协调.本文 机制的联系,认识并控制涌现特征.在涌现与总成的 试图对目前面向涌现的MAS研究作相对系统总 区别上,他们往往只强调可加性判据和新奇性判据, 结,以促进进一步的研究. 而忽略可演绎性判据.文献[11,14]就是从新奇性角 本文第2节通过与相关概念的对比,介绍涌现 度来定义涌现的.文献[12]从独立描述性角度,将涌 的概念和特征;在第3节中考察了MAS面向涌现 现定义为“可以独立于它的实现而加以描述的现 的宏观描述,从两个角度总结了目前MAS宏观描 象”,这也回避了涌现特征的微观可解释性. 述的工作;第4节探讨了当前MAS面向涌现的宏一 我们应当承认涌现和总成都有微观可解释性, 微观联系机制研究;第5节从工程的角度比较分析 它们的不同之处在于:总成特征可以从独立组分的 了面向涌现的MAS设计方面的工作;在第6节中 特征或行为推导或预测出来,而不需要考察组分之 分析讨论了该领域研究存在的问题和进一步的研究 间的联系;而涌现特征必须结合组分和它们之间的 方向. 关系才能得到解释.例如,在一定意义上,我们可以 说一个函数程序的代码量是总成的,而函数功能则 2涌现的概念与特征 是由指令涌现出来的. 2.2涌现与综合 涌现是CAS系统的一个重要特征,当我们把 对于一些研究者来说,将程序函数功能看成是 MAs看成cAs,将涌现引入MAS研究时,对它有 指令的涌现结果,也是不可接受的.这就涉及涌现与 一个清楚的认识是非常必要的. 综合(synthesis)的区别. 对于“涌现”,不同的复杂系统研究领域有不同 在原始意义上,综合是与分析相对的概念,指的 的认识l_1 n].通常,人们将它用来指称这样的微一宏 是将组分或元素按照一定的结构组成一个整体l_1 . 观效应现象——“因局部组分之间的交互而产生系 在这个意义上,综合表征的也是系统特征的微一宏观 维普资讯 http://www.cqvip.com 6期 金士尧等:面向涌现的多Agent系统研究及其进展883 效应.如果说一个系统特征是综合的,那么它是满足 CAS系统中,这两个方面往往纠缠在一起,统一在 不可加性和新奇性的.这是综合与总成的区别.综合 同一过程当中.所以,在实践中,对涌现与自组织的 与涌现的区别在于系统微观和宏观之间的作用. 关系存在3种看法:(1)自组织是涌现产生的原 在前面的讨论中,我们认为涌现特征只有通过 因El7]9];(2)自组织是涌现的结果_2 ;(3)自组织 组分和组分之间的关系得到解释,也就是说涌现特 是涌现的一种特殊形式口].当我们将自组织看成是微 征是组分之间相互作用的结果.这里并没有对这种 观机制和动态过程的时候,一般持第一种看法;将自 相互作用的特点加以限定,并且也只是指出了系统 组织看成是系统的一种性质或能力的时候,往往产 的微一宏观效应,并没有说明宏微观作用.在涌现含 生第二种看法;而结合前两种看法或对涌现和自组 义中,组分之间的作用关系是动态的,并且这种微观 织在概念上不加区分的时候,就会得到第三种看法. 和宏观的关联是双向的口 M].而在综合中,组分之 所以,由于概念上的差别和实际过程的统一性, 间的关系往往是静态的(如静态的结构、时序、逻辑 在面向涌现的MAS研究中,往往只有在强调系统 关系等),并且一般只有微宏观效应,由此产生的宏 的不同特点时,分别使用涌现与自组织概念.本文采 观特征往往确定不变. 用第二种看法. 涌现中的微观与宏观的双向关联指的是:一方 2.4涌现的特征 面,微观组分及其相互作用产生宏观特征(行为、结 文献E6,11]结合诸多文献对涌现的特征作了概 构等);另一方面,产生的宏观特征反过来影响微观 括,主要有以下几个方面: 组分以及其关系,成为它们的约束或动因.这种双向 (1)微一宏观效应.这是涌现最重要的特征,指的 关联使得系统具有一定的动态性和鲁棒性.也正是 是系统底层微观活动产生高层宏观性质、行为、结 这种双向关联使得涌现似乎很神秘. 构、模式等. 所以,在上面这种意义下,简单程序函数功能是 (2)双向关联.指的是微观与宏观的双向关联, 指令的综合特征,而不是涌现的.因为简单程序函数 即从微观到宏观产生微一宏观效应,从宏观到微观, 中的指令关系是静态的,并且只存在微宏观效应. 微一宏观效应的结果对微观组分及其活动产生影响. 2.3涌现与自组织 (3)分散控制.指的是系统没有指导其宏观行 在CAS系统动态性方面,需要将涌现与自组织 为的集中控制部分,只是利用局部的机制影响全局 (self_organization)在概念区分开来.和涌现一样, 行为.也就是说系统中的个体没有全局图景,其影响 自组织也是CAS系统的重要特征.实际CAS中,涌 和作用是局部的. 现与自组织有着紧密的联系,但是在概念上还是存 (4)完全新奇性.这个特征指的是,相对于微观 在着较大差别. 层次的个体行为,系统的全局行为是新奇的,也就是 概念上,自组织和涌现的主要区别表现在以下 说,微观个体没有全局行为的显式表示. 几个方面:(1)它们强调的是CAS的不同方面.和 (5)一致相关性.指的是组分之间逻辑一致的 自组织比较,涌现强调的是一致性宏观特征的产 关联关系.这种相关性约束着底层分散的组分,并使 生_】 ;而自组织强调的是内部结构的动态、适 得它们相互关联起来,形成一个高层整体;从而使得 应、自发的变化_】 ,15-1 63.(2)一个自组织系统,不一 涌现特征以一个和谐整体呈现出来,并表现出相对 定产生涌现特征_】 .例如,一个分布式问题合作求 持久的模式. 解系统,其计算结点都有一定的自主性,系统可以自 (6)此外,还有由这些特征衍生出的一些特性, 发、动态地调整自己的结构,以完成问题的求解.但 如动态性、非线性、鲁棒性和柔韧性等. 是,如果有一个控制计算结点拥有系统的全局目 涌现的这些特性在前面的讨论中都有所体现. 标,这个系统不具有涌现性,因为在问题求解这个 特征上,相对于控制计算结点来说,并不是新奇的. 3 MAS面向涌现的宏观描述 (3)一个具有涌现性的系统,不一定是自组织的l1 . 例如,仅由空气组成的热力学系统中,气体体积是气 面向涌现的MAS研究关注的是MAS的宏观 体分子相互作用的涌现特征,但是这样的系统不是 特征,所以面向涌现的MAS宏观描述必不可少.在 自组织的. 这一方面,虽然还没有建立完整的概念框架,但是人 虽然在概念上涌现和自组织是不同的,但是 们对此进行了有力的探索. 维普资讯 http://www.cqvip.com 884 计 算 机 学 报 3.1 基于逻辑的群体思维涌现性描述 从这个定义可以看出M—INT和C—INT也是 基于意识立场的MAS群体思维状态,大都是 通过逻辑模型描述的,主要包括联合信念、联合意 图、联合承诺等.群体思维状态的逻辑模型刻画了这 些概念之间的联系,同时也揭示了群体思维状态和 Agent个体思维状态之间的联系,在一定程度上体 现了它们的涌现特征.特别是Dunin Keplicz等人给 出的群体思维状态逻辑模型[2。删,在MAS群体思 维状态的面向涌现描述方面最为突出. (1)联合信念(Collective Belief) 联合信念是对MAS群体认知的描述,逻辑上 是其它几个概念的基础.Dunin Keplicz等人口 。 将 模态算子E—BEL和C—BEL区分开来(E—BELc( ) 表示Agent组群G中每个Agent都有 的信 不动点.和C—BEL类似,在一定程度上,我们可以 体会出其涌现特征. (3)联合承诺(Collective Commitment) 联合承诺为MAS在建立任务规划的情况下, 提供了行为上的相对确定性和持续性,也是描述 MAS群体思维状态的一个重要概念. 为了定义联合承诺,Dunin Keplicz等人 承诺,social commitment): 。] 首先定义了两个Agent之间的相互承诺(称为社会 COMM( , ,口)一INT( ,口)AGOAL(j,done(i,口))^ C—BEL ,1(INT( ,口)^GOAL(j,done(i,口))), 其中,COMM(i, ,口)表示Agent i对Agent J承诺 执行动作a;GOAL为目标算子;done(i,a)表示 Agent i已经执行了动作口. 在此基础上,他们给出了联合承诺定义的一般 图式[2 .然后针对不同的Agent意识,定义了几 念,C—BEL qo)表示组群G有 的联合信念).将 E—BELGqo)定义为 E—BELG( )一^ E-GBEL(i, ), 而将C—BEL qo)定义为不动点 C BELGqo)一E—BELG( ^C—BELG( )). Michael等人 。。 也将联合信念看成不动点,定义和 Dunin-Keplicz等人的类似.只不过他们的叫法不 同,称之为“相互共同信念(mutual belief)”. 这种递归定义在逻辑上是一个无限过程,所以 种不同的联合承诺口 引.其中,常用的强联合承诺 (strong collective commitment)定义为 s COMMG,P( )+÷C—INTGqo)Aconstitute(co,P)^ C—BELG(constitute( ̄,P))^^。 V COMM(i,J,12)^ ∈P ,J∈G C BELG(^V COMM( , ,12)), d∈P i,,∈G 这种定义下,联合信念不是Agent信念的简单组 合,体现了联合信念的涌现性.为了快速建立起联合 信念,文献[26]假设了一个发起者,再通过一个有限 过程确立联合信念.但是,如果将联合信念看成 MAS的涌现特征,则可以将这个假定的发起者剔除 出这个过程. 谓词constitute( ,P)表示规划P确保目标 能正 确实现. 可见,Dunin-Keplicz等人对联合承诺的定义是 建立在联合信念和联合意图的基础上的,结构相对 复杂,在一定程度上也体现了它的涌现特征. 3.2基于统计的宏观行为涌现性描述 (2)联合意图(Collective Intention) 由于群体思维状态描述是基于逻辑的,它往往 存在理论到实践上的鸿沟[3 ,并且在开放环境下 Agent思维状态往往不可测.所以,在实践中,人们 对MAS的宏观涌现行为通常采用的是基于统计的 联合意图为MAS提供了可测预动性和灵活反 应性,是描述MAS群体思维状态的一个重要概念. Dunin-Keplicz等人[2。 区分了3种意图:E—INT、 M—INT和C—INT,分别将它们定义为 E—INTG( )一^i6GINT(i, ), 描述.与基于Agent内部心智的群体思维状态描述 不同,基于统计的MAS宏观涌现性描述关注的是 Agent外部行为和属性(例如Agent的交互模式), M INTGqo)一E—INTG( ^M—INTGqo)), C—INTG( )一M—INTG( )^ C—BELG(M—INT ( )), 在此基础上选择合适的特征统计量,并研究其在系 统中的变化规律,以刻画MAS的宏观行为和涌现 特征. E INTcqo)表示Agent组群G中每个Agent都有 使 为真的意图;M INT ( )表示G中的每个 Agent都有使 为真的意图和使每个Agent都有使 为真的意图,可以称为“相互共同意图(mutual in— (1)基于熵的描述 由于宏观特征的涌现,往往伴随着系统有序性 的增加,人们在宏观层面描述MAS时,普遍选择的 统计量是“熵”. tention)”;C—INT qo)则表示组群G有使 为真的 联合意图. 在热力学中,熵(entropy)是系统无序性的度 维普资讯 http://www.cqvip.com 6期 金士尧等:面向涌现的多Agent系统研究及其进展885 量.Shannon将它引入信息学中,作为信息量的度 的MAS的动力学过程. 量,称为信息熵.在MAS研究中,熵的概念一般采 用Shannon的定义[19-20,31-32],即若对于MAS中所有 MAS具体过程的宏观动力学描述,也是目前 MAS宏观研究的一个重要方面.Falcone等_3。 给出 了MAS中信任产生的社会意识动力学过程;Liu Agent的属性A,其所有 个值的取值概率分别为 P ,P ,・一,P ,则系统中Agent的属性A的熵为 HA一一 P log(p ). 等口 研究了粒群系统中群体智能的混沌动力学特 征.多Agent博弈和决策形成过程也多采用动力学 形式描述.Lacko等人_3 用动力学形式描述了 i一1 根据这一定义,可以知道MAS中的熵是就 Agent的某个属性而言的,而不是一个笼统的概念. 这种有具体所指的熵,在某种程度上反映的是与这 一MAS中的博弈策略的涌现过程;Tuyls等口 研究了 重复博弈中,MAS学习的演化动力学. 通过动力学描述,人们发现了MAs宏观涌现 行为的一些重要特征,如全局收敛性l4 。 和相 属性有关联的系统某方面的宏观特征,而不是系 统的同一属性.例如,文献E31]就是将Agent的类 型作为考察属性,来定义等级社会熵(hierarchic SO— cial entropy),从而给出MAS多样性特征的定量描 变_4 等.这些特征对认识、设计和控制MAS宏观 行为的涌现,意义非常大. (3)MAS中的普适性 述.Miiller—Schloer等人已经在文献[19]中阐明了 利用熵来描述系统宏观特征时,微观属性选择的重 要性. 受统计物理学启发,Parunak等人_4 ]通过研究 认为,MAS的某些系统行为独立于单个Agent的 内部心智和Agent之间的交互细节.也就是说,两 个拥有完全不同Agent的MAS,可能具有相同的 和熵的原始意义一样,MAS中的熵在一定意义 上也是系统无序性的度量,要使MAS宏观行为走 涌现特征.他们将这种现象称之为普适性(univer sality).从前面对MAS的熵和动力学的介绍中,可 以看出其中的普适性特征. MAS中的普适性是MAS的一个重要宏观特 向有序,必须降低系统的熵.Parunak等人 。。受统 计物理学中研究结果的启发,认为在MAS中可以 通过微观层次的熵增,达到宏观层次熵的降低.但 是,他们是将信息素作为MAS的组成部分来考察而 得出结论的.如果将信息素作为环境的一部分,将其 熵增作为MAS的输入熵,则也可以认为通过外部熵 征,是MAS基于统计描述的重要依据.发现MAs 中的普适性特征,是MAS涌现性研究的重要方面. 的输入能够达到降低宏观熵的目的.Prokopenko等 人[3 就是从以上两个角度来研究Agent团队的有 序性的. (2)基于动力学的描述 基于动力学的MAS宏观涌现性描述是在一些 统计量的基础上,利用数学工具刻画MAS的系统 4 MAS涌现的微一宏观机制 Holland将涌现的微一宏观机制看成是受限生成 过程(Constrained Generating Procedures,CGP)l4 . 也就是说,系统的宏观涌现特征是微观机制生成的 结果,而微观机制间的相互作用和反馈“约束”或“限 制”了结果的可能性.受限生成过程是涌现研究的一 行为和宏观演化规律,进而确定系统的涌现特征.虽 然一些研究者认为涌现现象不是数学可分析的,但 是随着研究的深入,渐渐被研究者所否认.MAS的 宏观动力学行为是MAS涌现研究的一个重要方 个普适框架,而在具体问题或应用中,需要确定这一 具体过程.由于在CAS研究中对涌现的这一过程已 经有一定的认识,目前MAS中涌现的微一宏观机制 主要是受这些研究的启发而得到的,例如生物系统、 面.通过动力学研究,可以确定MAS的宏观演化规 律,判断一些涌现特征发生的时机. 目前,基于动力学的MAS宏观描述主要针对 社会系统、经济系统和一些人工系统等各类CAS涌 现现象的研究l1 “ . 4.1受生物系统启发的机制 具体的MAS.Lerman等人 。。给出了一个通用方法 来描述满足马尔可夫性质的MAS的动力学过程, 并用该方法分析了这类MAS中联盟的形成、多 Agent合作等过程.Smolkal3 等在形式化模型的基 础上,给出了大规模并行计算MAS的动力学过程. (1)Stigmergy机制 Stigmergy这个词是生物学家Grasse创造的, 并用它来说明白蚁的筑巢行为,即工作成果本身为 白蚁的进一步工作提供了刺激和指令 .因此,在 Stigmergy机制中,存在两种重要的微观机制:①在 Johnson等人[3 研究了由相互竞争的Agent构成 维普资讯 http://www.cqvip.com 886 计 算 机 学 报 没有中心控制的情况下,一些Agent为完成某项任 动分工和产生社会组织,这是MAS中非常重要的 一务而独立工作,它们之间是没有直接通信的;②这 些Agent能够随时感知工作结果,并以此作为自己 进一步工作的指南.在基于Stigmergy的MAS中, 种涌现现象. 强化机制是一种天然的学习方法,往往成为交 互(反馈)学习的代名词,因此强化机制也往往在 Agent或MAS学习这一语境中出现.在学习过程 就是这些机制及其相互作用“生成”了MAS的涌现 特征. 中,Agent或MAS尝试在其环境中产生一些作用 (输出),然后收到一个关于该作用的一个定量评价 Stigmergy机制被广泛应用于MAS,以获得需 要的涌现特征,如自组织.Brueckner等[5。。将它作为 (报酬),学习算法选择性地保留那些最大化自身报 Agent协作机制,应用于移动自组网的管理中,使得 酬的输出. 管理具有良好的自组织特征.Karuna等_5妇等将 强化学习通过奖惩函数来调整Agent或MAS MAS应用于工业自动控制,并把Stigmergy作为其 的行为,使得系统具有较强的适应性,常常表现出一 协调和控制机制,使得整个控制系统具有涌现特征 些涌现特征.例如,文献E563研究了基于强化学习的 的预测能力. 聚集涌现现象.Mazurowski等_5 将强化学习用于 (2)信息素机制 MAS通信,以产生通信涌现.Dowling等人_5。 将它 信息素(pheromone)机制来源于对蚁群觅食这 应用于移动自组网的路由优化,使得路由协议具有 一涌现现象的观察:蚁群通过信息素传递食物的路 白组织特性. 径信息.信息素机制主要包括3种机制:①Agent按 (4)免疫机制 照一定的规律顺着某种信息素指示的方向行进,并 免疫机制来自对生物免疫系统的研究.在免疫 在经过的路径上遗留某种类型和一定浓度的信息 系统中,B细胞通过刺激/抑制链形成一个大规模细 素;②信息素按照一定的规律,随着时间的推移而 胞网.B细胞的表面有受体,受体可以识别入侵的抗 蒸发;③在一些情况下,蒸发过程使得信息素散布 原,并能产生相应的抗体_5 .这样,B细胞组成的网 到附近区域.信息素的这些机制使得一些特征的涌 络,使得免疫系统消灭入侵抗原是通过集体方式进 现成为可能. 行.另外,免疫系统随着抗原的入侵或去除,自动调 从通信的角度讲,Stigmergy可以看成是Agent 节抗体的数量;并且免疫系统自身结构也会随着环 之间的一种间接通信机制,所有Agent通过作用于 境的变化而改变.这些机制相互作用使得免疫系统 环境和感知环境达到默契协作.在这种意义上,信息 表现出显著的涌现特征. 素机制可以看成是Stigmergy机制的一种特殊形 就像B细胞网络为免疫系统提供消灭抗原的 式.文献E5 ̄3就采用的是这种看法.在一些应用中干 “服务”一样,免疫机制常用在组合服务的涌现上. 脆就把它们等同起来[51,53}. 例如,普适计算中服务的涌现Es9}和Web服务的 信息素机制也应用得非常广泛.例如,Peeters 涌现l6 . 等人[5。 将信息素机制应用于基于MAs的车间控制 4.2受经济系统启发的机制 系统,使得系统具有获得优化解和应对动态环境的 经济系统中也存在各种宏观涌现现象,这常被 能力.Parunak等_5 将它应用于无人驾驶车辆和飞 比喻成是受“无形之手(invisible hand)”的控制 行器,使它们能够协调工作、完成任务.Ando等 的 .经济系统的微观研究和宏观研究分别产生了 人_5朝将信息素机制应用于交通预测,以判断交通拥 微观经济学和宏观经济学,目前正致力于微观和宏 塞是否会发生. 观经济现象之间的联系的研究,并取得了一些重要 (3)强化机制 的成果,如博弈论. 在生物学中,强化(reinforcement)机制最初是 (1)博弈机制 用来解释这一现象:生物系统中会分化出“专业人 博弈机制的理论基础是博弈论.博弈论是基于 士”和“一般劳动力”l4 .强化机制指出:随着Agent 理性人假设,研究决策主体之间发生直接相互作用 经验的增长,任务刺激对它的影响也越来越有效.这 时的决策以及这种决策的均衡问题_6 .理性人有一 主要通过两种机制实现_4 :①Agent的工作效率随 个很好定义的偏好,在面临给定的约束条件下最大 着经验的增长而提高;②由于工作经验,Agent对 化自己的偏好l6 .可以看出,这些假设和研究内容 相关刺激的阈值的要求降低.强化机制可以导致劳 与MAS研究有着天然的联系.理性人就是一类典 维普资讯 http://www.cqvip.com 6期 金士尧等:面向涌现的多Agent系统研究及其进展887 型的Agent,例如代理拥有者或用户的代理Agent, 它们通常被赋予自身利益(偏好),Agent在行动中 寻求自身利益的最大化.利用博弈论,可以研究这类 Agent的行为和由这些Agent组成的MAS的宏观 行为. 标中信任的涌现;Fatima和Wooldridge等人__6 考 察了不确定信息情况下,MAS的均衡特征. 4.3受社会系统启发的机制 社会个体的交互形成各种各样的社会网络,而 它们无一例外的具有许多涌现特征.虽然许多社会 网络涌现的机制并没有完全研究清楚,但是还是能 够对MAS的涌现机制带来一些隐喻和启发. (1)时疫和流言机制 时疫和流言的传播机理大致相同.传播范围达 到一定程度后,时疫会大规模爆发,引发灾难;而流 言也会达到“众口铄金”的效果.时疫和流言机制,通 博弈包括以下一些要素和机制 :①博弈中选 择行动以最大化自己效用的Agent;②Agent的决 策变量,也称行动;③Agent选择行动的规则,也称 战略;④Agent在博弈中的知识,特别是关于其它 Agent的特征和行动的知识;⑤Agent从博弈中获 得的效用水平,也称支付函数,它是所有Agent战 略或行动的函数.同时,可以对Agent行动的秩序 和Agent关于其它Agent的知识做出假设,将博弈 分为4类 ,如表1.博弈中的要素和机制相互联系 过周期性的Agent个体信息交流和更新,使得A— gent群体内全局信息聚集涌现出来. 时疫和流言机制对MAS中的信息传播和知识 和作用,产生一些涌现特征,例如,在一定条件下所 有Agent会出现最优战略或行动,称之为均衡,不 同的博弈类型对应不同的均衡(表1). 表1 4种博弈类型及其对应的均衡Es 信息 静态 交流启发很大,例如信息的传输和路由.P2P计算领 域提出了一类传输协议,称为传染协议(epidemic protoco1)E .它们就是利用这种机制实现的,使得 系统具有高鲁棒性和强可扩展性.文献ET]]将这一 机制应用到传感器网络的路由算法,取得了很好的 效果. 行动顺序 动态 (2)信任和声誉机制 在社会系统中,信任与声誉是两个不同的概念. 信任表示的是社会主体之间的一种社会关系;而声 誉在某种程度上是社会主体的一种社会属性.但是 博弈机制赋予Agent相互理性(mutual ration— ality),而使得无需通信MAS中就可以产生协调与 合作 .博弈机制最引人注目的应用是MAS中 .自主协商使得Agent为MAS的 的自主协商 它们之间又是相互联系的.一个社会主体的声誉越 高,越能得到其它社会主体的信任;而得到越多的信 任,其社会声誉也往往越高. 信任和声誉机制主要有以下要素和机制:①信 公共利益自动达成协议,进而引导Agent行动,促 使MAS相应宏观属性和行为的涌现 引. (2)拍卖机制 任度,信任者对被信任者信任程度的度量;②声誉 值,社会主体声誉高低的度量;③第三方认证(引 荐),相互信任基础上的信任传播;④信任评估,根 据历史和当前信息,做出信任或不信任判断;⑤信 任更新,在已有信息和判断的基础上,更新信任度和 声誉值. 信任和声誉机制最直接的应用当然是MAS中 拍卖 是一种基于市场的、以显式规则(即拍卖 规则)来决定资源分配和商品价格的资源分配机制, 具有快速、有效、可操作性强等特点.拍卖机制主要 包括以下一些要素和机制:①拍卖者;②竞标者; ③效用函数;④拍卖规则;⑤竞价策略.拍卖者和竞 标者都希望自己的效用函数最大化,拍卖者试图通 过设计一个适当的拍卖规则实现这个愿望,而竞标 者试图通过相应的竞价策略实现他们的愿望. MAS研究也试图引入拍卖机制,来解决任务分 配和资源配置等问题,优化系统性能.例如,文献[67] 的信任机制的设计 。。引.信任和声誉机制中的各要 素和机制相互作用,也会产生一些涌现特征.例如, Eigentrust算法 便体现了局部信任到全局声誉的 涌现.文献ETs]将信任和声誉机制引入Agent之间 的交互,使得系统具有自组织特性. 将拍卖机制应用于服务资源的分配,提高了服务组 合的效率.拍卖机制中各要素和机制相互作用也会 产生某些涌现现象.例如,文献E683考察了MAS竞 5面向涌现的MAS设计 由于Agent具有反应性、预动性、社会行为能 维普资讯 http://www.cqvip.com 888 计 算 机 学 报 力,在无集中控制的情况,MAS不可避免地产生一 些涌现现象.James[ 。 很早就指出,在构建一个 MAS时,应该考虑MAS的涌现特征,并将涌现作 为一个重要观念而引入MAS的分析与设计.对此 我们称之为面向涌现的MAS设计. 面向涌现的MAS设计以MAS的涌现性研究 的方法,也为目前的MAS分析设计方法所使用,都 是从目标需求出发,经过逐步精化而得到目标系统. 在自顶向下的面向涌现的分析设计方法中,涌现性 目标作为系统需求的一个重要部分,而贯穿于整个 分析设计过程,保证设计出的MAS具有期望的涌 现特征.其示意图如图2所示. 需求 规约 涌现 求描 涌现性 目标 涌现 行为 为基础,以面向涌现的设计方法和设计模式为指导, 利用相应的开发工具和平台,来进行MAS设计.它 使得MAS具有所需的涌现特征,或避免一些涌现 现象的发生. 在对MAS的涌现性有一定的认识的基础上, 通常有两种方法使MAS获得期望的涌现性:①在 分析时充分考虑MAS的涌现性要求,并在设计时 采取相应机制保证(或避免)一些涌现特征的出现; 图2 自顶向下方法的不恿图 ②在系统运行时,控制相应条件,促使期望的涌现 现象发生,或抑制危害性的涌现现象.但是第二种方 法也是以第一种方法为前提的,只有在分析设计时考 虑到这样的控制条件,在运行时才能进行有效控制. 5.1分析设计方法 De Wolf和Holvoet_7 给出的自组织MAS的 全生命周期设计方法,就是在传统方法的各个阶 段加入涌现性分析设计的方法.Gleizes等人的 ADELFE方法E 引,就是在RUP基础上扩展而得到 的方法,它增加了设计适应系统的特定步骤,使得设 计的MAS具有自组织特征. 在方法上,面向涌现的MAS分析与设计可以 自底向上进行,或自顶向下进行,或将两者综合起来 进行. (1)自底向上的方法 (3)综合的方法 自底向上的Ad hoc方法往往带有一定的盲目 性,要达到设计目标通常需要大量的实验.自顶向下 的面向涌现的分析设计方法,面临的一个重要问题 是:涌现性质一般不可精化[7 .所以单独使用这些 方法很难实现设计目标.一种折衷方案是综合这两 种方法,取长补短,在自顶向下和自底向上的方法之 从某种意义上讲,自底向上的方法是一种非正 式的经验方法(Ad hoc方法),因而不受人们重视. 但是在实际的分析设计中(特别是规模较小时),往 往不自觉地采用这种方法.这种方法不是从MAS 涌现性目标出发一步一步得到单个Agent的功能 结构,而是根据经验和直觉直接设计(或在已有的工 作基础上修改)单个Agent及Agent之间的交互,再 通过实际运行或仿真观察其涌现行为,不满足要求时 修改设计,直到满意为止.其示意图如图1所示. 设计目 瘃 间取得平衡.其示意图如图3所示. 设计目 向下 设计 向上 设计 ≥ 一 f 经验或直觉 图3综合方法的不惹图 f 这种综合方法,希望能够自顶向下将涌现性目 标归约到“涌现媒介”,而这种“涌现媒介”又是可以 通过自底向上的方法得到的.这里,“涌现媒介”是指 能够产生宏观涌现目标的中观或局部涌现特征(功 能、结构、行为等等),它在规模、空间、时间等尺度上 不是很大,可以方便地获得. 图1 自底向上方法的示意图 (2)自顶向下的方法 自顶向下的方法是传统的软件分析和设计采用 维普资讯 http://www.cqvip.com

6期 金士尧等:面向涌现的多Agent系统研究及其进展 889 Pouhon等人l8 钉]通过这种方法,实现了二维 表3 De Wolf等人的模式描述框架 积木的自组装.他们将“涌现媒介”称为“酶”.“酶”是 描述要素 含义 由积木按照一定规则相互作用、通过涌现产生的、由 模式名/别名 指称解决方案或有用隐喻的确 若干积木构成的稳定结构.分析目标结构可以确定 (Pattern Name/Also Known As) 定清晰的名称和别名 需要什么样的“酶”,通过特定的“酶”可以获得目标 上下文/适用性 指出解决方案的应用场景,特 (Context/Applicability) 别何时该自组织涌现解决方案 积木结构.而相应的“酶”可以通过控制作用规则,由 最有前景 积木自底向上涌现产生. 针对问题/意图 指出该模式解决什么问题.工程 (Problem/Intent) 师通过比较其问题来选择模式 (4)仿真在分析设计中的重要作用 约束(Forces) 为一个问题选择解决方案时, 测试与验证是保证所设计的系统满足目标的关 需要考虑的对立因素 解决方案(Solution) 描述怎样解决给出的问题 键一环.在面向涌现的分析设计中,测试与验证工作 相关模式/机制 相关的一些模式以及它们的异 非常重要的一个方面,是确定是否能够获得期望的 (Related Mechanisms/Patterns) 同点 涌现特征.由于涌现特征是在系统范围存在并动态 实例/已知应用 案例形式给出的已知应用的 (Examples/Known Uses) 实例 保持的,传统的测试验证方法(单元测试、场景测试 等)不能确定其是否满足目标.另外,MAS是一个复 Gardelli等人认为De Wolf等人给出的模式是 杂的交互计算系统,要建立起一个有效的形式化模 一种复杂的模式,面它们可以通过更简单更基本的 型来验证其正确性非常困难.正是由于这些原因,使 模式构建出来 .他们给出的MAS自组织设计模 得仿真成为一种不可或缺的测试与验证方法[7 . 式及其描述框架如表4和表5.其中,描述框架采用 De Wolf等人_8 使用基于仿真的科学分析方 的是Lind提出的框架 . 法,来确定MAS是否具有期望的宏观涌现行为. 表4 Gardelli等人给出的自组织设计模式 Gardelli等 胡则直接使用仿真来发现设计缺陷,验 模式 针对问题 证系统的正确性. 复制 (1)降低信息的访问时间 5.2设计模式 (Replication) (2)在受攻击或失效时,避免信息丢失 设计模式_8 作为一种重要的软件重用方式而 联合分类 在没有对信息仓库做任何显式限定时,MAS (Collective Sort) 环境查找信息的开销可能增大 受到设计者们的青睐.面向涌现的MAS设计模式, 耀件 , . 、 MAS环境会被Agent放置的过多信息所淹没 试图将MAS涌现性设计经验以规范化的描述记录 Lvaporazion) 聚合 大规模的MAS为综合出宏观信息,必须筛 下来,以获得成熟设计经验的重用.这首先需要从已 (Aggregation) 选Agent放置的大量信息,这耗费较多资源 有的应用中甄别出一些固定的模式,然后以确定的 扩散 MAS中Agent只能访问局部信息,Agent推 描述框架描述出来.这里我们主要介绍De Wolf等 (Diffusion) 理缺乏关于邻居的知识 人_8[书 以及Gardelli等人 在MAS自组织设计模 表5 Gardelli等人的模式描述框架 式方面的工作. 描述要素 含义 De Wolf等人_8 书 从MAS自组织应用中甄别 模式名(Name) 模式的名称 出的自组织协调模式如表2,所使用的描述框架如 别名(Aliases) 模式名的别名 针对问题(Problem) 该模式所解决的问题 表3.这些模式主要受显示自然、社会和人工系统的 约束(Forces) 衡量标准之间的权衡 启发而得到. 参与实体(Entities) 参与到该模式中的实体 动力学(Dynamics) 实体之间的交互 表2 De Wolf等人给出的自组织协调模式 依赖(Dependencies) 环境需求 实例(Example) 模式 针对问题 模式使用的一个抽象例子 实现(Implementation) 对模式实现的提示 (Dig h P字信息素路 已知应用(Known Uses) 使用该模式的现有应用 ;+ heromoneP、 ; ’ 譬譬影响(consequences) 对整个系统设计的作用 参考(See Also) 给出共参考的模式 梯度场 空间运动;模式生成;结构生成; (Gradient Fields) 路由;上下文信息的整合 基于市场的协调 从De WoK等人和Gardelli等人的研究可以看 一般的资源分配;资源使用或需 (Market-based Coordination) 要信息的整合 出,面向涌现的MAS设计模式是MAS涌现机制及 标签 (Tags) 团队形成;信任和声誉 其用于解决有关问题的规范描述,只不过他们是分 令牌 别从不同的层次给出的.De WoK等人及Gardelli (Tokens) 同步;资源分配 等人给出的只是MAS自组织的设计模式,其它涌 维普资讯 http://www.cqvip.com 890 计 算 机 学 报 现特征的设计模式还有待于进一步的发掘. 信息经济中,控制避免大规模的价格波动涌现 发生E叽]. 6问题与方向 面向涌现的MAS研究正方兴未艾,取得了一 控制论告诉我们,一旦知道所有参数和系统演 化规律,控制活动就归结为改变操作参数(opera— tional parameters)。所以,在涌现性度量的基础上, 些阶段性成果,同时存在一些亟待解决的问题,在一 些方向上需要更进一步的研究. MAS涌现性的控制,一定程度上,就是确保相关度 量值在相应的范围内.但是这并不是件简单事.因 为,在大多情况下,我们并不知道MAS的操作参数 和支配规律;并且,即使知道这些参数和规律,有时 仍然缺乏影响系统行为的Agent微观控制手段. 因此,要对MAS的涌现特征进行有效控制,还 需对支配MAS演化的规律进行研究以及探究系统 的微~宏观控制手段. (1)基于逻辑的涌现性宏观描述的完善 从MAS研究开始,人们就一直偏爱用逻辑来 描述MAS.基于逻辑对MAS的一些涌现特征进行 描述,是一种崭新的尝试.Dunin-Keplicz等人给出 的群体思维状态逻辑模型_2。 ,在MAS群体思维 状态的涌现性描述方面进行了有用的探索,具有非 常重要的意义.因为MAS联合思维状态并非多个 Agent的思维状态的简单联合,在一定程度上具有 涌现性.但是,这仅仅是一个开始.用逻辑对其它一 (4)MAS涌现的微一宏观机制的动力学研究 针对MAS涌现性控制存在的问题,一种重要 解决方案是在MAS中引入成熟的涌现机制.如果 我们对这些微一宏观机制产生的涌现行为有比较全 面的认识,就能对MAS的涌现特征进行有效控制. 对MAS涌现的微一宏观机制进行动力学研究, 能够帮助我们了解MAS的演化规律和发现微一宏 观控制手段.虽然受生物、经济和社会等系统的启 发,人们甄别出了许多有用的涌现机制,但是在对它 些涌现特征进行描述,还有待进一步研究.并且 Dunin—Keplicz等人研究的MAS群体思维状态是基 于BDI 9_逻辑的,利用其它逻辑模型,例如Brafman 和Tennenholtz的基于信念、偏好和决策策略Agent 逻辑模型llg ,会得到什么结果呢?这也是可以进一 步研究的问题. (2)MAS涌现性的度量 系统度量是认识一个系统的必要活动.MAS涌 们进行定量的动力学研究上,还只是个案研究(如博 弈机制_3 。 ),有待进一步全面展开. (5)MAS面向涌现的设计方法和设计模式的 完善 对于一些MAS而言,不可避免地存在一些涌 现性的度量是认识、设计和控制MAS的涌现性的 关键一环.涌现性是针对系统的宏观特征而言的.要 在宏观层面上度量一个系统,需要引入一些综合指 标,以反映系统的相关特征.在此基础上,也能对两 个系统的行为,或同一系统在不同时间、不同条件下 的行为,进行比较. 用“熵”l_】 。。。幻来度量MAS的一些涌现特征, 现特征.怎样化弊为利,发掘涌现的作用?除了涌现 性控制外,非常重要的一点是在分析时充分考虑 MAS的涌现性要求,并在设计时采取相应机制保证 (或避免)一些涌现特征的出现,或设计相应控制手 确实可以得到一些重要结论.但是在原始意义上, “熵”仅是系统无序度的度量,不能反映所有的涌现 特征.所以,我们必须确定MAS中的哪些宏观参数 需要测量,以便度量系统的涌现性以及反映系统的 一段以便运行时控制涌现现象的发生.这就要借助面 向涌现的MAS设计. MAS面向涌现的设计方法,目前大多是在传统 方法中加入涌现性设计步骤,并且主要围绕MAS 自组织展开L7 .面向涌现的设计模式也是针对 MAS自组织的 。 .这些都难以满足MAS的涌现 般本质.在这方面,一个比较有效的途径,是从所 有涉及宏观度量的学科中获得启发和隐喻,例如,热 力学、信息论、复杂网络理论等. (3)MAS涌现性的控制 MAS涌现性度量的一个重要目的是对MAS 性设计需求,需要进一步的完善和发展. 7 结束语 本文以MAS的涌现性为背景,分析归纳了涌 现的概念和特征,指出了它与总成、自组织等概念的 的涌现行为进行控制,即促使建设性涌现特征出现 和抑制破坏性涌现特征产生.在MAS研究中,有许 多不同的涌现性控制任务.例如,在自组织MAS 中,控制产生自组织涌现特性口。 ;在基于Agent的 区别和联系.考察了MAS面向涌现的宏观描述,归 维普资讯 http://www.cqvip.com 6期 金士尧等:面向涌现的多Agent系统研究及其进展 891 纳出基于逻辑的群体思维涌现性描述和基于统计的 宏观行为涌现性描述.探讨了MAS涌现的微宏观 机制,甄别出受生物、经济和社会等系统启发的机 制.简述了面向涌现的MAS设计方法和设计模式. 通过研究,我们认识到面向涌现的MAS研究取得 了一些阶段性成果,同时存在一些亟待解决的问题, 如涌现性的度量与控制、微宏观机制的动力学等, 在这些方向上有待更进一步的研究. 参 考 文 献 [1] Michael Wooldridge.An Introduction to MuhiAgent Sys— terns.Chichester:John Wiley&Sons,2002(in Chinese) ([英]伍尔德里奇.多Agent系统引论.石纯一,张伟,徐晋晖 等译.北京:电子工业出版社,2()03) [2] Zambonelli F,Omicini A.Challenges and research directions in Agent oriented software engineering.Autonomous Agents and Multi Agent Systems,2004,9(3):253-283 [3] Gabbai J M E,Yin H,Wright W A,Allinson N M.Selbor ganization,emergence and muM—Agent systems//Proceed ings of the IEEE International Conference on Neural Net— works and Brain.Beijing,China,2005:ni124—1863 [4] Holland John H.Hidden Order:How Adaptation Builds Complexity.Redwood City,California:Addison—Wesley Publishing Company,1995(in Chinese) ([美]约翰・H・霍兰.隐秩序:适应性造就复杂性.周晓牧, 韩晖译.上海:上海科技教育出版社,2000) [5] Jochen Fromm.The Emergence of Complexity.Hessen: Kassel University Press,2004 E6] De Wolf T,Holvoet T,Berbers Y.Emergence as a paradigm to engineer distributed autonom Jic software.Department of Computer Science,K.U.Leuven,Belgium:Report CW 380, 2004 [7] Anthony R.Emergence:A paradigm for robust and scalable distributed applications//Proceedings of the 1 st International Conference on Autonomic Computing(ICAC 04).New York,USA,2004:132—139 [8] Palmer D,Kirschenbaum M,Seiter L.Emergence—oriented programming//Proceedings of the International Conference on Systems,Man,and Cybernetics.Hawaii,2005:1441— 1448 [9] De Wolf T. Analysing and Engineering self_organizing emer gent applications[Ph.D.dissertation].Leuven,Belgium: Department of Computer Science 2007 ElO] Goldstein J.Emergence as a construct:History and issues. Emergence,1999,1(1):49—72 [11] De Wolf T,Holvoet T. Emergence versus self_organization: Different concepts but promising when combined//Brueekner S,Di Marzo Serugendo G,Karageorgos A,Nagpal R eds. Engineering Self Organising Systems: Methodologies and Applications.Berlin:Springer—Verlag,2005:1 1 5 [12] Abbott Russ.Emergence explained:Abstractions:Getting epiphenomena to do real work.Complexity,2006,12(1): 13—26 [13] Auyang S Y.Foundations of Complex system Theories:In Economics,Evolutionary Biology,and Statistical Physics. Oxford:Oxford University Press,1998(in Chinese) ([英]欧阳莹之.复杂系统理论基础.上海:上海科技教育出 版社,2002) [14] Ueda K.Synthesis and emergence:Research overview.Arti ficial Intelligence in Engineering,2001,15(4):321—327 [15] Paul Cilliers.Complexity and Postmodernism:Understand— ing Complex Systems.London:Routledge,1998(in Chi— nese) ([南非]保罗・西利亚斯.复杂性和后现代主义.曾国平译. 上海:上海世纪出版集团;上海科技教育出版社,2006) [16] Serugendo G D M,Gleizes M P,Karageorgos A.Self organ isation and emergence in MAS:An Overview.Informatica, 2006,30(1):45 54 [17] Heyligen F. Self_organization,emergence and the architec ture of complexity//Proceedings of the 1st European Confer— ence on System Science.Paris,1989.Paris:AFCET,1992: 23 32 [18] Mamei M,Zambonelli F.Sel ̄Organisation in multi—Agent systems:A middleware approach//Proceedings of the Inter national Workshop on Engineering Self-Organizing Applica tions,Me!bourne,Australia,2003.Berlin=Springer Ver lag,2004:233—248 [19] Mnif M,Mailer Schloer C.Quantitative emergence//Pro— ceedings of the 2006 IEEE Mountain Workshop on Adaptive and Learning Systems(SMCals 2006),Utah State Universi— ty,College of Engineering,Logan,USA,2006:78—84 [2O] Parunak H V D,Brueckner S.Entropy and self_organization in multi—Agent systems//Proceedings of the 5th International Conference on Autonomous Agents.Montreal,Canada, 2001:124—130 [21] Halley J,Winkler D.Classification of emergence and its rela tion to sel organization.Complexity,2008,13(5):10 15 [22] Ulieru Mihaela,Este Robert A.The holonic enterprise and theory emergence:On emergent features of self-organization in distributed virtual Agents.International Journal Cybernet— ics and Human Knowing,2004,11(1):79—98 [23] Dunin—Keplicz Barbara,Rineke Verbrugge.Collective inten— tions.Fundamenta Informaticae,2002,51(3):271—295 [243 Barbara Dunin-Keplicz,Rineke Verbrugge.Collective coln— mitments//Proceedings of the 2nd International Conference on Multi Agent Systems(ICMAS 96).Menlo Park,Califor— nia,1996:56-63 [25] Dunin-Keplicz Barbara,Rineke Verbrugge.Collective moti— vational attitudes in cooperative problem solving//Proceed ings of the 1 st International Workshop of Eastern and Central Europe on Multi-Agent Systems(CEEMAS 99).St.Peters— burg,Russia,1999:22—41 [26] Dunin—Keplicz Barbara.Rineke Verbrugge.Creating tom— mon beliefs in rescue situations//Dunin-Keplicz B,Jankowski 维普资讯 http://www.cqvip.com

892 计 算 机 学 报 2008正 A,Skowron A,Szczuka M eds.Monitoring,Security and iors//Pr0ceed抽gs of the 4th International Joint Conference Rescue Techniques in Multiagent Systems,Series Advances on Autonomous Agents and Multi-Agent Systems in Soft Computing.Berlin:Springer Verlag,2005 69—84 (AAMAS05).Utrecht,Netherlands,2005:305—312 [27] Dunin-Keplicz Barbara,Rineke Verbrugge.A tuning ma— [41] Camponogara Eduardo.On the convergence to and location of chine for cooperative problem solving.Fundamenta lnformat— attractors of uncertain,dynamic games//Bazzan A L C, icae。2004,63(2—3):283—307 Labidi S eds.Proceedings of Advances in Artificial Intelli— [282 Dunin-Keplicz Barbara,Rineke Verbrugge.Calibrating col— gence--SBIA 2004.Berlin:Springer-Verlag,2004:484—493 lective commitments//Marik V,Muller J,Pechoucek M eds. [422 Prokopenko Mikhail,Piraveenan Mahendra Rajah,Wang Pe— Multi—Agent Systems and Applications III.Berlin:Springer- ter.On convergence of dynamic cluster formation in multi— Verlag,2003:73 83 Agent networks//Capcarr ere M S,Freitas A A,Bentley P [29] Michael Wooldridge,Jennings Nicholas R.Towards a theory J,Johnson C G,Timmis J eds.Proceedings of Advances in of cooperative problem solving//Proceedings of the 6th Euro— Artificial Life,8th European Conference in Artificial Life. pean Workshop on Modelling Autonomous Agents:Distribu— Berlin:Springer-Verlag,2005:884—894 ted Software Agents and Applications.Odense,Denmark, [432 Brueckner Sven A,Parunak H Van Dyke.Information-driv— l994.Berlin:Springer Verlag,1996:l5—26 en phase changes in multi—Agent coordination//Proceedings [3O] Paolo Torroni.Computational logic in multi-Agent systems: of Autonomous Agents and Multi—Agent Systems(AAMAS. Recent advanees and future directions.Annals of Mathemat— 2003).Melbourne,Australia,2003:95O一951 ics and Artificial Intelligence,2004,42(1 3):293 305 [442 Foreman Mark,Prokopenko Mikhail,Wang Peter.Phase [31] Tucher Balch.Hierarchic social entropy:An information transitions in self-organising sensor networks//Banzhaf W, theoretic measure of robot group diversity.Autonomous Ro— Christaller T,Dittrich P,Kim J T,Ziegler J eds.Proceed— bots,2000,8(3):209 238 ings of Advances in Artificial Life,the 7th European Confer [32] Prokopenko Mikhail,Wang Peter.Evaluating Team Per— ence on Artificial Life.Berlin:Springer-Verlag,2003:781— formance at the Edge of Chaos.D.Polani et a1.(eds.).Rob— 79l oCup 2003:Robot Soccer World Cup VII.Berlin:Springer- [453 Parunak H Van Dyke,Brueckner Sven,Savit Robert.Uni— Verlag,2004:89-l01 versality in multi Agent systems//Proceedings of the 3rd In— [33] Lerman Kristina,Galstyan Aram.A general methodology ternational Joint Conference on Autonomous Agents and for mathematical analysis of multi-Agent systems.Informa— Multiagent Systems(AAMAS 04).New York,USA,2004: tion Science Institute,University of Southern California: 930—937 Technology Report 529,2001 [46] Holland John H.Emergence:From Chaos to Order.Red— [34] Smolka M,Uhruski P,Schaefer R,Grochowski M.The dy— wood City,California:Addison-Wesley,1998(in Chinese) namics of computing Agent systems//Proceedings of the Workshop on Intelligent Agents in Computing Systems.At— ([美]约翰・霍兰.涌现:从混沌到有序.陈禹等译.上海:上 海世纪出版集团;上海科技教育出版社,2006) lanta,2005:727-734 [35] Johnson Nei1 F,Choe Sehyo C,Gourley Sean,Jarrett Timo— [472 Mano Jean-Pierre,Bourjot Christine,Lopardo Gabriel,Glize thy,Hui Pak Ming.Theory of collective dynamics in multi Pierre.Bio~inspired mechanisms for artificial self-organized Agent complex systems//Kramer B eds.Advances in Solid systems.Informatica,2006,30(1):55 62 State Physics.Berlin:Springer—Verlag,2004,44:427—438 [482 Salima Hassas,Giovanna Di Marzo—Serugendo,Anthony [36] Falcone Rino,Castelfranchi Cristiano.The socio-cognitive Karageorgos,Cristiano Castelfranchi.On self-organising dynamics of trust:Does trust create trust?//Falcone R, mechanisms from social,business and economic domains.In— Singh M,Tan Y—H eds.Trust in Cyber-societies. Berlin: formatica,2006,30(1):63—71 Springer-Verlag,2001:55-72 [49] Lewis Thomas.The Lives of a Cell:Notes of a Biology [37] Liu Hongbo,Abraham Ajith,Clerc Maurice.Chaotic dy— Watcher.New York:Viking Penguin USA,1974(in Chi— namic characte ristics in swarm intelligence.Applied Soft nese) Computing,2007,7(3):lOl9-1026 ([美]刘易斯・托马斯.细胞生命的礼赞.李绍明译.长沙: [38] Lacko Peter,Kvasnicka Vladimir,Pospichal Jiri.An emer— 湖南科学技术出版社,1996) gence of game strategy in multiagent systems.International [503 Brueckner Sven A,Parunak H Van Dyke. Sel organizing Journal of Computational Intelligence and Applications, MANET management//Serugendo,Karageorgos,Rana, 2004,4(3):283—298 Zambonelli eds.Engineering Self-Organizing Applications. [39] Tuyls Karl。Jan T Hoen Pieter Vanschoenwinkel Brain.An Berlin:Springer-Verlag,2004:20—35 evolutionary dynamical analysis of multi—Agent learning in it— [51] Karuna H,Valckenaers P,Saint-Germain B,Verstraete P, erated games.Autonomous Agents and Multi Agent Sys Zamfirescu C B,Van Brussels H.Emergent forecasting terns,2006,l2(1):ll5一l53 using a stigmergy approach in manufacturing coordination and [4o] Parunak H Van Dyke,Brueckner Sven A,Sauter John A, control//Brueckner S et a1.eds.Engineering Self_Organising Matthews Robert.Global convergence of local Agent behav- Systems.Berlin:Springer-Verlag,2005:210—226 维普资讯 http://www.cqvip.com 6期 金士尧等:面向涌现的多Agent系统研究及其进展 893 [52] Luca Tummolini,Cristiano Castelfranchi.Trace signals: [64]Kraus S.Negotiation and cooperation in multi-Agent envi— The meanings of stigmergy//Weyns D,Parunak H V D,Mi ronments.Artificial Intelligent Journal,Special Issue on chel F eds.Environments for Multi Agent Systems III.Ber— Economic Principles of Multi-Agent System,1997,94(I-2): lin:Springer—Verlag,2007:141—156 79—98 [53] Peeters P,Brussel H V,Valckenaers P,Wyns J,Bongaerts [6 5]Sandholm T.Distributed rational decision making//Weiss G L,Kollingbaum M,Heikkila T.Pheromone based emergent ed.Multiagent Systems:A Modern Approach to Distributed shop floor control system for flexible flow shops.Artificial Artificial Intelligence.Cambridge,MA:The MIT Press, Intelligence in Engineering,2001,15(4):343—352 1999:201-258 Es4] Parunak H Van Dyke,Brueckner Sven,Sauter John.Syn [66]Li wan,Tian Sheng-Feng,Huang Hou—Kuan.Evolutionary thetic pheromone mechanisms for coordination of unmanned games theory and Agent self-organizing dynamics.Journal of vehicles//Proceedings of the 1 st International Joint Confer— Computer Research and Development,2006,43(Supple— ence on Autonomous Agents and Multiagent Systems.Bolo— ment):46—50(in Chinese) gna,Italy,2002:448—450 (李万,田盛丰,黄厚宽.进化博弈论及Agent自组织动力学. Ess] Ando Yasushi, Fukazawa Yoshiaki, Masutani Osamu, 计算机研究与发展,2006,43(增刊):46—50) 1wasaki Hirotoshi,Honiden Shinichi.Performance of phero [6 7] Chris Preist,Claudio Bartolini,Andrew Byde.Agent based mone model for predicting traffic congestion//Proceedings of service composition through simultaneous negotiation in for— the 5th Internhtional Joint Conference on Autonomous ward and reverse auctions//Proceedings of the 4th ACM Agents and Multiagent Systems.Hakodate,Japan,2006: Conference on Electronic Commerce(EC一2003).San Diego, 73—8O California,USA,2003:55-63 [56] Morihiro K,Isokawa T,Nishimura H,Matsui N.Emer— [68]wu D J,Sun Yan-Jun.The emergence of trust in multi- gence of flocking behavior based on reinforcement learning// Agent bidding: A computational approach//Proceedings of Proceedings of the 10th International Conference on Knowl— the 34th Hawaii International Conference on System Sciences edge—Based Intelligent Information Engineering Systems. Hawaii,2001.Washington:IEEE Computer Society Press, Bournemouth,England,2006:699-706 2001:1041—1048 [57] Mazurowski Maciej A,Zurada Jacek M.Emergence of com— [69]Fatima Shaheen S,Michael Wooldridge,Jennings Nicholas munication in multi-Agent systems using reinforcement learn— R.An analysis of sequential auctions for common and private ing//Proceedings of the 2006 IEEE International Conference value objects//Proceedings of the 7th International work— on Computational Cybernetics.Talinn,Estonia,2006:1-6 shop on Agent—Mediated Electronic Commerce.Utrecht,The Es8] Dowling Jim,Curran Eoin,Cunningham Raymond,Cahill Netherlands,2005.Berlin:Springer—Verlag,2006:25—38 Vinny.Using feedback in collaborative reinforcement learn— ing to adaptively optimize MANET routing.IEEE Transac— [7O]Voulgaris S,Jelasity M,van Steen M.A robust and scalable Peer-to Peer gossiping protocol//Moro G,Sartori C,Singh tions on Systems,Man,and Cybernetics,Part A,2005,35 M P eds.Agents and Peer to Peer Computing.Berlin: (3):360 372 Springer Verlag,2003:47—58 E59] Hassnaoui A,Bakhouya M,Gaber J.Towards an Agent- based approach for service emergence in pervasive compu [71]Braginsky D,Estrin D.Rumor routing algorithm for sensor ting//Proceedings of the Advanced International Conference networks//Proceedings of the Ist Workshop on Sensor Net on Telecommunications and International Conference on In— works and Applications(WSNA).Atlanta,GA,USA, 2002:22-31 ternet and Web Applications and Services(AICT/ICIW 2006).Guadeloupe,France,2006:15—15 [72]Ramchurn Sarvapali D,Huynh Dong,Jennings Nicholas R. [6o] Ding Yong-Sheng,Sun Hong—Bin,Hao Kuang—Rong.A bio— Trust in multi-Agent systems.Knowledge Engineering Re— inspired emergent system for intelligent Web service composi— view,2004,19(1):1-25 tion and management.Knowledge—Based Systems,2007,20 [73]Cahill V,Gray E,Seigneur J-M,Jensen C D,Chen Yong, (5):457-465 Shand B,Dimmock N,Twigg A,Bacon J,English C,Wa [61] Zhang Wei Ying.Game Theory and Informational Econom— gealla W,Terzis S,Nixon P,Di Marzo Serugendo G,Bryce ics.Shanghai:Shanghai Sanlian Bookstore;Shanghai People s C,Carbone M,Krukow K,Nielson M.Using trust for se— Education Press,1996(in Chinese) cure collaboration in uncertain environments.IEEE Pervasive (张维迎.博弈论与信息经济学.一k海:上海三联书店;上海 Computing Magazine,Special Issue Dealing with Uncertain— 人民出版社,1996) ty,2003,2(3):52—61 [62] Simon Parsons,Michael Woolderidge.Game theory and deci [74]Kamvar S D,Schlosser M T,Garcia-Molina H.The eigen— sion theory in multi-Agent systems.Autonomous Agents and trust algorithm for reputation management in P2P net— Multi-Agent Systems,2002,5(3):243—254 works//Proceedings of the 12th International World Wide [63] Rosenschein J S,Ginsberg M,Genesereth M R.Gooperation Web Conference(WWW2OO3).Budapest,Hungary,2003: without communication//Bond A H,Gasser L eds.Readings 64O一651 in Distributed Artificial Intelligence.San Mateo,California: L75 Di Marzo Serugendo G.Trust as an interaction mechanism Morgan Kaufmann Publishers,1988:220—226 for self_organising systems//Proceedings of the International 维普资讯 http://www.cqvip.com 894 计 算 机 学 报 2008钽 Conference on Complex Systems(ICCS 04).Krakow Po— land,2004:1-8 E76] James Odel1.Agents and emergence.Distributed Compu— ting,1998,10:45—50 [77] De Wolf Tom。Holvoet Tom.Towards a methodology for engineering self-organizing emergent systems//Proceedings of the International Conference on Self-Organization and Ad— aptation of Multi—Agent and Grid Systems(SOAS 2005). Glasgow。Scotland。UK,2005:18—34 [78] Bernon C,Gleizes M—P,Peyruqueou S,Picard G.ADELFE: A methodology for adaptive multi—Agent systems engineer— ing//Proceedings of the 3rd International Workshop on Engi— neering Societies in the Agents World(ESAW一2002).Ma— drid,Spain,2002.Berlin:Springer-Verlag,2003:156-169 [79] Fiona Polack,Susan Stepney.Emergent properties do not re— fine.Electronic Notes in Theoretical Computer Science, 2005,137(2):163-181 [8O] Poulton G,Guo Y,Valencia P,James G,Prokopenko M, Wang P.Designing enzymes in a multi—Agent system based on a genetic algorithm//Groen F et al eds.Intelligent Auton— omous Systems 8(IAS一8).Amsterdam:IOS Press,2004: 253—262 [81] Poulton Geoff,Guo Ying,James Oeoff,Valencia Phil, Gerasimov Vadim,Li Jia-Ming.Directed self-asembly of 2一 Dimensional mesoblocks using top—down/bottom—up design// Brueckner S et al eds.Engineering Self-Organizing Systems: Methodologies and Applications.Berlin:Springer-Verlag, 2005:154—166 [82] De Wolf Tom,Holvoet Tom,Samaey Giovanni.Engineering se1f_organising emergent systems with simulation-based sci— entific analysis//Brueckner S,Di Marzo Serugendo G,Hales D,Zambonelli F eds.Proceedings of the 3rd International Workshop on Engineering Se1 0rganising Applications. Utrecht,The Netherlands:Universiteit Utrecht,2005:146— 16O [83] Gardelli Luca,Viroli Mirko,Omicini Andrea.On the role of simulation in the engineering of self-organizing systems:De— tecting abnormal behaviour in MAS//Proceedings of the Workshop on Objects and Agents(W0A O5).Camerino。 JIN Shi—Yao,born in 1937,profes— sor,Ph.D.supervisor.His current re— search interests include systems model— ing and simulation,multi-agent sys— tems,distributed computing,and virtual teahzation. Background .In a lot of applications,MASs are identified as CASs. So,in the area of MAS.more and more attentions are paid to the phenomenon of emergence which is intrinsic in CASs. Mc,Italy,2005:85—90 [84] Gamma E,Helm R,Johnson R,Vlissides J.Design Pat— terns:Elements of Reusable Object-0riented Software.Red— wood City,California:Addison Wesley Professional,1995 (in Chinese) (Gamma E,Helm R,Johnson R,Vlissides J.设计模式:可 复用面向对象软件的基础.李英军,马晓星,蔡敏,刘建中等 译.北京:机械工业出版社,2000) [85] De Wolf Tom。Holvoet Tom.Design patterns for decentral— ized coordination in self-organizing emergent systems// Brueckner S,Hassas S,Jelasity M,Yamins D eds.Engi— neering Self-Organizing Systems.Berlin:Springer-Verlag, 2007:28-49 [86] De Wolf T,Holvoet T.A catalogue of decentralized coordi— nation mechanisms for designing self_organizing emergent ap— plications.Department of Computer Science.K.U.Leuven, Belgium:Report CW 458,2006 [87] Gardelli Luca,Viroli Mirko,Omicini Andrea.Design pat— terns for self-organizing multivalent systems//Proceedings of the International Workshop on Engineering Emergence in De— centralised Autonomic Systems(EEDAS 2007),ICAC 2007, Jacksonville,FL,USA,2007.University of Greenwich: CMS Press,2007:61-70 [88] Lind J.Patterns in Agent—oriented software engineering// Proceedings of the 3rd International Workshop on Agent OA— ented Software Engineering(A0SE 2002).Bologna,Italy, 2002.Berlin:Springer-Verlag,2003:47—58 [89] Rao A S,Georgeff M P.Modelling rational Agents within a BDI—architecture//James Alien,Richard Fikes,Erik Sand— ewall eds.Proceedings of the 2nd International Conference of Principles of Knowledge Representation and Reasoning. San Mateo,California:Morgan Kaufmann Publishers,1991: 473—484 [9O] Brafman Ronen I,Tennenholtz Moshe.Modeling Agents as qualitative decision makers.Artificial Intelligence,1997,94 (1-2):217-268 [91] Kephart J.Software Agents and the route to the information economy.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,2002,99(3):7207—7213 HUANG Hong—Bing,born in 1977,Ph.D.candidate. His current research interests include multi—agent systems, complex systems modeling and simulation. FAN Gao-Jun,born in 1980,P h_D.candidate.His current research interests include multi—agent systems,com— plex systems modeling and simulation. And emergence—oriented research on MASs becomes a new direction in the area of MAS.Emergence—oriented researches focus on the emergent characteristics of MASs and the mech— 维普资讯 http://www.cqvip.com 6期 金士尧等:面向涌现的多Agent系统研究及其进展 895 anisms of emergence which correlate the macro—and micro— In this paper,after an introduction of the concept of level characteristics.The final goal of these researches is to emergence,the emergence—oriented approaches for character— develop a set of methods for engineering emergence in izing emergent behaviors of MASs are reviewed.Then the MASs. authors give an overview of the micro-macro mechanisms of In this area,the concept of emergence has been debated emergence in MASs,and a survey of emergence—oriented en— for a long time,and is not settled yet.To study the emergent gineering methodologies and design patterns of MASs.Final— characteristics。the laws governing the evolution of MASs ly,the problems of these researches are discussed;and fu— must be fined.This leads to the emergence—oriented descrip— ture directions in this area are given by the authors. tion of MAS.At present,there are mainly two approaches: Authors have done research on MAS and CAS,especial— Logic—based and statistics—based.To engineer emergence in ly on MAS-based modeling and simulation of CASs,for many MASs at runtime,the proper way is tO adopt relevant mecha— years.By these studies,they have a deep understanding of nisms for emergence and to introduce appropriate artifact for emergence in CASs.Recently,they apply their research re— controlling.So design patterns using emergent mechanisms sult to emergence—oriented research on MASs.A remarkable are very popular.Most of the mechanisms,nOW,are come tool,namely JCass,have facilitated their research,which is form biology,economic and society.And the engineering a distributed platform for Agent-based simulations developed methodologies are extends of the traditional software engi— by themselves. neering methodologies. 

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