一种基于角色的社会性Agent BDI结构模型的设计

　0 引言
　　Agent结构研究满足agent理论指定特性的计算机系统。在有关agent特性的研究中，关于自治性、反应性、社会性和主动性的讨论较为一致。按照文献，社会性是指agent能使用某种agent通信语言（ACL）与其它agent进行交互。从这个定义的角度，社会性包括了agent、ACL和交互三个研究要素，本文把它们称为社会性agent、社会性ACL和社会性交互，其中社会性agent是社会性ACL的使用者，是社会性交互的执行者，建立社会性agent结构是agent社会性研究的基础内容。
　　Agent结构是从agent理论到agent实现的研究环节。目前有关社会性agent的工作侧重于从理论角度研究社会性心智状态和相互间的逻辑关系，使用这些社会性心智状态建立社会性agent的理论模型，如文献等，尚缺少有关理论模型映射到具体结构和对结构运行分析的研究工作。
　　在面向agent领域，角色作为多agent系统的重要特征正在形成共识。人们设计Agent系统的目的之一是把它们作为人类个体或社会行为的智能代理。社会学认为人通过社会化过程具备社会性，承担着多种社会角色，总是处于一定的社会群体、组织中。Agent的社会性是人类个体社会性的一种反映。基于上述观点，本文认为在一个特定的外部环境中，社会性agent承担一个或多个角色，基于角色关系形成agent社会组织；通过建立角色和BDI模型间的映射，将角色信念、角色愿望、角色意图作为社会心智状态，给出了基于角色的社会性agent概念模型和模型的映射结构（a Social agent BDI architecture based on Role， SABDI_R），用∏演算描述了SABDI_R结构的行为，分析表明SABDI_R结构能保持运行稳定。
　　1 角色和社会性Agent概念模型
　　人们设计agent系统的目的之一是把它们作为人类个体或社会行为的智能代理。文献认为只有人类个体通过社会化过程具有了社会性，成为胜任多种角色的社会人。角色是指与某种社会地位、身份相一致的一整套权利、义务的规范与行为模式。角色不能孤立存在，必须依存于一定的角色关系。如在学校中，教师角色与学生角色就是相互依存共同存在的，没有学生，无法扮演教师角色，同样没有教师，学生角色也无法扮演。当一个人具备了充当某种角色的条件，会按照角色规范通过角色交互完成角色扮演。角色交互按照角色规范进行，角色扮演的目的是完成角色规范；在角色扮演过程中，人能根据角色交互情况对角色规范进行修改，使角色能适应动态的外部环境。角色的执行表示为一个闭环过程：角色规范→角色交互→角色扮演→维护角色规范。人总是处于特定的角色关系集-社会群体或组织中。
　　Agent角色、社会性是人类个体角色、社会性的一种反映。在一个特定的外部环境中，社会性agent承担一个或多个角色，按照承担的角色位于一个或多个agent目标求解组织。Agent的社会性通过基于角色规范的角色扮演、角色交互过程实现。
　　在agent理论研究中，BDI模型以坚实的力量基础成为研究和应用最多的理论模型。在BDI模型中，信念是对外部环境的看法，愿望直接从信念中得到，意图制约agent的行动。基于上述关于角色、角色扮演过程的论述，我们可以建立BDI模型和agent角色间的映射：信念→角色规范，愿望→角色扮演，意图→角色交互，同时把BDI模型的工作过程理解为一个闭环反馈过程：信念变化→产生愿望→执行意图→保持信念稳定。基于这个映射，我们可以在BDI模型的框架内研究角色、社会性agent的形式化问题。
　定义1 设A是agent有限集，R=A×A，R是agent间的关系集，对ai、aj∈A，在R中有aiaj≠ajai。对role∈R，称role是一个agent角色。
　　定义2 一个社会性agent（Social Agent，SA）是三元组（S_Beilef，S_Desire，S_Intention）。
　　S_Beilef是角色规范集构成的社会信念。角色规范是由两个agent间关系确定的角色知识集，包括实现这个角色需要完成的计算，如计算的条件、资源、状态，与其它角色的关系等。
　　S_Desire是角色扮演函数集构成的社会愿望，角色扮演函数判断角色规范中的计算条件是否能被满足，选择可进行的计算，规划计算步骤。
　　S_Intention是角色交互函数集构成的社会意图。角色交互函数与外部环境进行交互，获取外部环境状态、其它agent的交互信息，提供给角色扮演函数进行判断。
　　图1 SABDI_R结构图
　　2 SABDI_R结构
　　Agent结构需要解决的问题是：agent由哪些模块组成，它们之间如何交互信息，agent感知到的信息如何影响它的行为和内部状态，... 。本节给出SA模型的映射BDI结构（a Social Agent BDI architecture based on Role， SABDI_R）（图1）。
　　在图1中，E是外部环境。RS是角色规范集。RF是角色函数集，是RS的实现集。RS和RF是静态社会信念，是SABDI_R结构对外部环境E的基本看法，是SABDI_R结构的局部世界符号模型。RB是角色黑板，是动态社会信念，表示SABDI_R结构现在和将来的状态。RP是角色扮演器，产生角色扮演的社会愿望。Iin是交互输入器。Iout是交互输出器。Iin、Iout是社会意图。CS是结构状态检测器，检测SABDI_R结构状态。
　　用单项∏演算定义SABDI_R结构的模块行为，分析SABDI_R结构运行过程。单项∏演算是基于命名概念的并发计算模型，是一种描述和分析Agent系统的方法。设x、y表示名字，P表示进程，单项∏演算的语法和语义为：
　　InP是外部意图输出通道，Iin使用InP通道向RP输出转换为内部格式的外部角色意图。
　　RdS是角色规范输出通道，RP使用RdS通道读取角色规范。
　　WrS是角色规范输入通道，RP使用WrS通道修改角色规范
　　数。
　　RdF是角色函数输出通道，RP使用RdF通道读取角色函数。
　　WrF是角色函数输入通道，RP使用WrF通道修改角色函数参数。
　　RdB是社会信念输出通道，RP使用RdB通道读取RB中的当前社会信念。
　　WrB是社会信念输入通道，RP使用WrB通道将新的社会信念写入到RB。
　　Ci是检测信念输出通道，CS使用Ci通道读取用于检查SABDI_R结构的状态的社会信念。
　　Co是结构状态输出通道，CS使用Co通道向RP输出SABDI_R结构状态。
　　OutP是社会意图 输出通道，RP使用OutP通道输出社会意图。
　　角色黑板RB是i（0　　SABDI_R结构运行中的信念变化和愿望调整意图过程是结构等价的，即SABDI_R1 SABDI_R2，SABDI_R结构能实现信念、愿望、意图的平衡，能保持结构的稳定。
　　4 结束语
　　本文针对社会性agent研究中缺少有关理论模型映射到具体结构和对结构运行分析的问题，用∏演算定义了一个基于角色的社会性Agent BDI结构（SABDI_R）的模块行为和运行过程。下一步的研究主要包括三个方面的工作：一是将本文提出的角色概念用于面向agent软件工程（AOSE），研究建立一种自底向上的面向agent分析和设计方法。二是研究SABDI_R结构的角色匹配方法、基于角色的规划方法、角色冲突解决机制等；三是研究SABDI_R结构间基于角色的交互模型，作为多agent系统运行、多agent协商过程等研究基础。
　　【参考文献】
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　　Frank Dignum， Bernd van Linder. Modeling Social Agents： Communication as Action. In ECAI '96： Proceedings of the Workshop on Intelligent Agents III， Agent Theories， Architectures， and Languages，1997：205-218.