一种基于角色的社会性Agent BDI结构

【摘 要】社会性agent是构建多agent系统的基本构件。本文基于BDI模型和社会学角色理论，以角色信念、角色愿望、角色意图为社会性心智状态，给出了基于角色的社会性agent概念模型和模型的映射结构（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。

【关键词】角色；社会性；Agent结构；BDI模型；∏演算

A Social Agent BDI Architecture Based On Role

TAN Xiao-wei1 ZHANG Jian2

（1.Jinan Service Central of City Planning and Consulting， Jinan Shandong 250000，China；

2 Jinan economic and Information Committee， Jinan Shandong 250099，China）

【Abstract】Social agent is basic component for constructing multi agent system. According to BDI model and role theory in sociology， this paper uses role belief， role desire， role intention as social mental status establish a concept model of a social agent， map this model to particular architecture （SABDI_R）， and define module action in SABDI_R using ∏ calculus. Based on theoretical analysis， the SABDI_R architecture can maintain running stable.

【Key words】Role； Social；Agent architecture；BDI model；∏ calculus

0 引言

Agent结构研究满足agent理论指定特性的计算机系统[1]。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[1]。按照文献[2]，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和社会互，其中社会性agent是社会性ACL的使用者，是社会互的执行者，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[1]。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[3-9]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[10]。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[11]。社会学[12]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[11]。文献[12]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[12]。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，... [13]。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[14]。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。

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