多主体系统的设计与开发

摘要：本文首先解释了多主体系统的含义，并介绍了多主体系统的体系结构，给出了多主体系统开发设计方法。

关键词：多主体系统；主体系统；体系结构；开发设计

1.多主体系统简介

多个体的系统被圣菲研究所称为多主体的系统，因为其中的个体都是独立决策的行为主体，不受一个系统中枢的指挥。这个系统因此可以被称为是多中心的，甚至由于自为中心的主体是如此之多以致可以被称为“无中心”的。但是它们并不因此是“一群乌合之众”，众多独立个体在相互作用的交往活动中却能彼此协调，保持一种宏观秩序，如在市场经济中众多商品生产者自发遵循价值法则活动所造成的现象。在他们的研究中，把研究的系统看成是多个主体组成，并且研究包含有子系统的多主体系统。

多主体系统可以定义为“a loosely-coupled network of problem solvers that work together to solve problems that are beyond their individual capabilities”。这些问题求解器就是一个个的主体。实际系统中的主体可由不同开发者在不同时间用不同工具和技术实现，各具不同领域不同程度的问题求解能力。多主体系统一般具有个体信息不完全、个体能力受限、无全局控制、数据分布化和计算异步等特点。一个多主体系统一般由以下几个部分组成：（1）多个已存在的主体；（2）多主体之间的联合意图，即多个主体联合行动以实现共同的目标；（3）常识，即主体之间的公共知识；（4）公共行为规范，即多个主体在联合行动中应遵守的公共规则和采取的行动；（5）主体赖以生存的环境，即为主体行为提供基本保障的设施，如网络、软硬件平台等。

2.多主体系统的体系结构

体系结构就是对要完成的特定任务进行特定分解的一般方法学。多主体系统体系结构研究的是怎样为构造主体按一定方法将主体分解成各种功能模块。多主体系统是主体群体，其中的各主体通过相互协商与合作来实现多主体系统的功能。因此，多主体系统体系结构分为个体主体体系结构和主体群体社会结构两部分。其中个体主体体系结构是指在多主体系统中单个主体的构造结构，它与单主体体系结构研究的内容联系紧密。主体群体社会结构是指存在于各主体中的通信和控制模式，通过定义主体之间的权威关系，为主体提供了一种交互框架。体系结构不但决定了主体之间的通信方式，也决定了系统中信息的存储和共享方式。体系结构的选取不但影响单主体内部协作智能的多少，而且也会影响多主体系统中异步、一致性、自主性和自适应性的程度。

下面简要介绍一下多主体系统中几种常见的社会结构，并对它们在控制结构、通信、信息存储等方面进行了分析和比较。

1）网络结构：这是一种平板结构，主体网络社会中没有特权者，每两个主体之间都是对等的关系。通信对等、信息局部化是这类结构的显著特点。

2）层次结构：主体群体中的主体被分层，在每一层的决策和该层的控制权集中在其上层主体上，由它（它们）控制和协调该层主体的行为。同一层的主体之间的通信要经过上层。这种结构的主体只需保存其下层主体的相关信息，但通信不如网络结构简略。

3）联盟结构：将系统中的主体根据某种方式（一般是根据距离远近，便于通信）划分成一个个的主体联盟。联盟与联盟之间的关系与网络结构中主体与主体之间关系一样。每个联盟有一个协助主体，不同联盟中主体之间的交互都是通过各联盟中的协助主体协助完成。

3.多主体系统开发设计方法

主体的理论、技术，特别是多主体的理论和技术为开放系统的分析、设计和实现提供了一个崭新的途径，被称为是“软件开发的又一重大突破”。目前，基于主体的技术应用日益广泛，其范围包括商务、工业、军事、医疗和教育等。在一些大型的基于主体的软件中，往往会包含数量不等的主体，甚至达到百千计，其复杂程度很高，没有好的开发设计方法要完成此项工作是不可想象的。

近年来，基于主体软件工程的研究主要集中在面向主体的开发方法学的探索，许多方法都借鉴了面向对象的开发方法和建模技术，依此为基础，将一些术语、概念和建模方法应用到多主体系统的分析与设计中。这些技术的使用或者直接应用到多主体系统设计中，或者根据多主体系统的计算特性进行扩展，形成新的面向主体的开发方法和建模技术。另外，还有一些研究是基于软件工程和知识工程建模技术，比如Brazier等人提出了一种设计多主体系统的规范框架，称为DESIRE（design and specification of interacting reasoning components）。另外一些方法是将多主体系统看成一个由计算实体构成的人工社会或组织，然后借鉴组织设计的概念、方法等来说明多主体系统的分析和设计，这类方法更能描述主体的自主性和多主体系统中的复杂协作行为。上述方法从两个角度来进行多主体系统的开发：

1）将分析和设计过程的结果看成一个抽象的规范，开发者根据这个规范，采用原有的低级设计与实现技术进行实现；

2）在分析与设计过程中形成一些体系结构方面的框架和约定，直接应用于实现。但面向主体的开发方法学最终是要在分析、设计过程形成一个特定的多主体系统结构和有关各主体结构的严格规范，并通过一个系统的设计步骤产生直接可实现的主体模型的集合。

到目前为止，设计和实现多主体系统还比较缺乏经验，同时也没有高质量的软件工具支持，在实施过程中还没有统一的规范，特别是大多数系统的建造都是从头开始，组件基本不能重用，很多系统都是依据各自的具体情况开发的。这里，依据软件工程的各个环节简要分析多主体系统的开发方法。

1）需求分析

在这个环节上，多主体的开发与其他一般软件的开发没有很大区别，多主体系统需求分析阶段的结果是用户的需求文档，在该文档中包含了系统分析人员和开发人员对用户需求的一个特性描述，一般用非技术语言书写，以方便用户的理解；