多智能體系統的特點及應用
[ 作者:王曉麗 來源:哈工大(威海)新聞網 瀏覽:5324 錄入時間:2013年01月27日 ]
 

近年來,多智能體系統的研究已經成為複雜系統研究的一個熱點,並引起了計算機、人工智能、生物生態、通訊控制等諸多領域科技工作者的濃厚興趣。這主要是因為該研究的重大進展為複雜性研究特別是複雜系統提供了數學建模及分析方法,又具有廣泛的工程背景和應用前景。

多智能體系統至今都沒有嚴格的、統一的定義。一般説來,多智能體系統由相當多個簡單的智能體和一些簡單的作用規則及結構拓撲組成,通過多個智能體之間相互協調來共同完成系統目標。其中的智能體可以是人、車輛、飛行器、生命組織等等。通常研究中的智能體具有自主性、交互性、協調性、目標性、社會性、協作性、持續性、適應性、分佈性和智能性等特性。多智能體系統中的鄰域規則用來描述兩個鄰居個體之間信息交互與合作方式,如果兩個鄰居智能體之間的信息交換始終保持不變,用固定拓撲來描述,反之,則用切換拓撲來描述。在自然界中,多智能體系統可以是神經網絡、生態系統、新陳代謝系統等等;在社會中,多智能體系統可以是城市發展、經濟、傳輸網絡等等;在工程中,多智能體系統可以是電力網、有線/無線通信系統、傳感器網絡、機器人網絡、軟件系統等。

多智能體系統展現出廣泛的優良特性、工程背景及應用前景。首先,從自然現象的觀點看,一羣簡單的個體,一些簡單的作用規則就能夠產生令人驚訝的奇妙現象或羣體行為。一定數量的個體通過相互交流信息與合作,在集體層面上能呈現出來相對於個體更為有效、功能更為強大的行為,並能實現個體不可能實現的目標。這類例子在自然界中比比皆是:鳥能成羣結隊的飛翔與遷徙,魚羣能聚集在不同的江海區域有序地休養、生息、繁殖,螞蟻能遵循一些簡單的規則發現最優的通向食物的路徑,蝗蟲能在沒有領導者的前提下大規模的遷徙,螢火蟲能有節奏地進行閃爍。這類系統一般都由大量數目的個體組成,但個體本身卻很簡單,它們沒有中央控制器,只具備檢測局部信息的能力,信息的交換和分享也只是在部分個體間進行,但是就是基於這些簡單的局部信息的作用規則卻能產生一些期望的宏觀行為。其次,從系統科學的觀點看,羣體行為的研究對於理解自然和社會中的複雜現象具有非常重要的意義。

近年來,多智能體系統的協調控制研究直接為無人駕駛飛行器的控制、人造衞星簇的控制、多自主水下航行器的控制、對突發事件的應對、對傳染病的防治、生態的維護、可持續發展策略的制定提供重要的理論指導。再次,工業控制中常常把智能體看作是能夠通過傳感器感知環境,然後通過控制器進行理解,再借助執行器作用於該環境中的任何事物。每個智能體是一個物理的或抽象的實體,在物理上或邏輯上是分散的,其行為是自治的,能夠作用於自身和環境。單個智能體雖然具備一定的解決問題的能力,但僅靠單個智能體往往無法進行描述和求解現實世界中複雜的、大規模問題,這就需要多個具有計算功能的智能體相互協作,在達到各自目標的基礎上實現整體目標,就好比用單個智能體模擬人,而用多個智能體模擬整個人類社會。多智能體系統的研究着眼於找出一種建立在多個智能體系統資源共享和各智能體自主性之上的使各個智能體能夠協同工作的適當方法,能夠使得系統中這些智能體有效地共同完成某個任務或達到某些目標,或通過交互與合作實現複雜問題的求解。

作者簡介:王曉麗,信息與電氣工程學院講師,2010年博士畢業於中國科學院數學與系統科學研究院,主要研究方向為多智能體系統的分佈式控制。主持國家自然基金1項、山東省自然科學基金1項,在國際頂級期刊IEEETransactionsonAutomaticControl等發表學術論文20餘篇,其中被SCI檢索7篇,EI檢索12篇。




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