《電子技術(shù)應(yīng)用》
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信息聚合中多智能Agent模型研究

2008-06-04
作者:李学峰1,2,李彩清3,王文杰1

  摘 要: 介紹了一種多智能Agent模型,用于解決用戶個性化信息的聚合問題。該模型采用的運算法則是改進型的蒙特卡羅方法,并接合了Hopfield網(wǎng)絡(luò)模型" title="網(wǎng)絡(luò)模型">網(wǎng)絡(luò)模型和Suffix Tree的特點,較準(zhǔn)確有效地實現(xiàn)了對用戶愛好信息的聚合。
  關(guān)鍵詞: 多智能Agent 信息聚合 智能模型


  20世紀(jì)90年代以來,隨著計算機網(wǎng)絡(luò)、通信等技術(shù)的快速發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)環(huán)境" title="網(wǎng)絡(luò)環(huán)境">網(wǎng)絡(luò)環(huán)境正由Client/Server發(fā)展到Client/Network,并向Client/Virtual Environment發(fā)展,分布式人工智能DAI(Distributed Artificial Intelligence)受到了人們的廣泛關(guān)注,對智能Agent的研究又是其中的一個熱點[1]。多智能Agent降低了對集中式、順序控制的限制,提供了移動控制、應(yīng)急和并行處理,不僅為用戶提供了一種遠程智能程序設(shè)計的方法,實現(xiàn)了更加快捷的問題求解,而且將用戶從紛繁的信息海洋中解放出來,可以集中精力關(guān)注他們感興趣的信息。
  用戶對網(wǎng)絡(luò)感興趣的并不是網(wǎng)絡(luò)資源所蘊含數(shù)據(jù)量的大小,而是那些可以在一定程度上能夠滿足自己需要的個性化信息,他們都希望能在最短的時間內(nèi)掌握這些信息的分布情況。用傳統(tǒng)的的方法來解決這個問題時,用戶的代理服務(wù)器往往會遇到許多質(zhì)疑,例如在無法深入調(diào)查用戶坦率度的情況下如何準(zhǔn)確把握用戶的興趣;如何保證對用戶興趣的模擬是準(zhǔn)確的;如何保證聚合信息能滿足用戶的需求等。本文就如何準(zhǔn)確模擬用戶興趣,并依此聚合用戶的個性化信息作了嘗試性研究,對常用的運算法則和模型的設(shè)計思想" title="設(shè)計思想">設(shè)計思想作了一定的改進,收到了良好效果。
1 智能Agent
  Wooldridge等人對智能Agent的“弱定義”和“強定義”[2]廣為人們接受。智能Agent不僅具有反應(yīng)性、自治性、面向目標(biāo)和環(huán)境性四個基本特征,還具有理性、善意和學(xué)習(xí)等特點。因此可以認為智能Agent是指能為用戶執(zhí)行某些特定的任務(wù)且具有心智狀態(tài)(mental state)[1][3],能自主地根據(jù)需要進行分析推理、自我完善的軟件體,是一個具有一定智能行為的概念“人”。智能Agent既是人工智能的最初目標(biāo),也是人工智能的最終目標(biāo)。
2 模型設(shè)計
2.1 智能Agent模型

  模型選用了1998年中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所研制的多主體系統(tǒng)開發(fā)工具AOSDE(Agent Oriented Software Developing Environment)。該系統(tǒng)用Java編寫,可以保證Agent的可移植性和異構(gòu)環(huán)境下的互操作性。在此基礎(chǔ)上設(shè)計了智能Agent的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)模型,包括五個模塊:管理模塊、自檢模塊、任務(wù)模塊、儲存模塊和通信模塊" title="通信模塊">通信模塊,如圖1所示。管理模塊是核心模塊,它負責(zé)監(jiān)控其他四個模塊,負責(zé)智能Agent的自我保護和自我完善;自檢模塊負責(zé)智能Agent的初始化和性能檢測;任務(wù)模塊負責(zé)接收任務(wù)、解釋任務(wù)、執(zhí)行任務(wù)并返回執(zhí)行結(jié)果;儲存模塊負責(zé)存儲備用數(shù)據(jù)和執(zhí)行結(jié)果;通信模塊負責(zé)智能Agent間、智能Agent與Agent平臺間的數(shù)據(jù)交換。


2.2 智能Agent設(shè)計
  模型中用到的智能Agent按功能分作四類" title="四類">四類:用戶Agent、描述Agent、匯總Agent和學(xué)習(xí)Agent,它們的協(xié)作關(guān)系如圖2所示。


  (1)用戶Agent,它是一個界面Agent,扮演“眼睛”的角色,完成用戶與系統(tǒng)間的對話。
  系統(tǒng)運行期間,用戶Agent觀察用戶行為,并將觀察到的行為信息傳遞給學(xué)習(xí)Agent和描述Agent。例如記錄用戶的ID號、文檔的關(guān)鍵詞,用戶是否下載了文檔、是否在文檔中添加了書簽或者建立了超鏈接等。用戶通過它可以隨時調(diào)用或更改用戶側(cè)面中儲存的興趣主題(副主題),整個系統(tǒng)對用戶是透明的。
  (2)描述Agent,它采用語義網(wǎng)絡(luò)的表示方法來描述用戶興趣,并與學(xué)習(xí)Agent協(xié)作完成對用戶興趣的模擬。
  用戶的興趣可以是單個主題,也可以是多個主題的結(jié)合體。描述Agent在對概念、行為描述的過程中考慮了合取概念聚類問題[3]和主題間的相關(guān)性,用副主題來描述多個主題的聚合概念,主題和副主題都儲存在用戶側(cè)面中。
  描述Agent還負責(zé)描述用戶對聚合信息的反映,并把結(jié)果作為計算主題(副主題)優(yōu)先級變化量的一個參數(shù)。法則如下:用戶對聚合信息中與主題(副主題)n相關(guān)文檔j的反映可以分作四類:不喜歡、希望了解、比較感興趣、喜歡。參數(shù)依次設(shè)定為-1、0、1、2,分類的依據(jù)是時間利用率β,β=tn/T,其中,用戶訪問網(wǎng)絡(luò)的時間為T,用戶瀏覽j所用時間為tn,n的優(yōu)先級變化量記為δmn。定義:β≥0.5時,用戶對文檔j喜歡,δmn=2;0.5>β≥0.3時,用戶對文檔j比較感興趣,δmn=1;0.3>β≥0.15時,用戶對文檔j只是希望了解,δmn=0;β<0.15時,用戶對文檔j不喜歡,δmn=-1。用戶退出用戶Agent時,描述Agent將δmn作為更新值傳遞給用戶側(cè)面。描述法則偽程序如下:

  (3)匯總Agent,它是模型的“雙手”,通過搜索和匯總來完成信息的聚合。
  模型選用Google Web Service來完成搜索任務(wù),應(yīng)用程序接口選用Google API[4]。匯總Agent將搜索結(jié)果(URL、摘要等)按主題(副主題)優(yōu)先級從高到低的順序排列,在提交用戶Agent的同時向?qū)W習(xí)Agent反饋匯總情況。為了使聚合效果更佳,模型采用了文獻[5]中詳細講述的STC(Suffix Tree Clustering)方法。在網(wǎng)絡(luò)性能良好的情況下,如果搜索結(jié)果為空,它一方面向用戶Agent提交“搜索結(jié)果為空,請重新輸入主題(副主題)”的請求,另一方面將搜索情況反饋給學(xué)習(xí)Agent,由學(xué)習(xí)Agent向用戶側(cè)面?zhèn)鬟f刪除n的指令。如果網(wǎng)絡(luò)存在故障,則暫時保存n。
  (4)學(xué)習(xí)Agent,它扮演“大腦”的角色,是整個模型的核心部分,它依據(jù)用戶的行為信息和匯總Agent的反饋信息來更新用戶側(cè)面,完成對用戶興趣的模擬。
  用戶的行為信息指用戶對聚合信息的反映情況。用a、b、c、d、,e依次表示用戶是否點擊了文檔、用戶是否瀏覽了文檔、是否給文檔加了標(biāo)簽、是否下載了文檔、是否建立了超鏈接。文檔優(yōu)先級的計算采用Hopfield網(wǎng)絡(luò)模型學(xué)習(xí)方法,a、b、c、d、e五個輸入節(jié)點按照“是”選1、“否”選0的方法來標(biāo)注用戶對文檔的興趣程度,輸出節(jié)點是文檔的優(yōu)先級,用k表示。
  學(xué)習(xí)Agent依據(jù)用戶的行為信息更新用戶側(cè)面。法則如下:文檔j的優(yōu)先級kj可用上述方法求出,mn表示主題(副主題)n的優(yōu)先級,定義初始值為20,最高值為50,最低值為0,當(dāng)20<mn≤50時,用戶對n興趣度比較高;當(dāng)0n<20時,興趣度比較低;當(dāng)mn≤0時,用戶就可以將n刪除,順序是先刪副主題后刪主題,當(dāng)mn>0且與n相關(guān)副主題ni的優(yōu)先級mni=0時,將ni刪除;當(dāng)mn=0且mni>0時,則將ni和n全部刪除。n的優(yōu)先級增量Δmn的算法是:對于文檔j的優(yōu)先級kj,如果∑kj=0,取Δmn=-1;如果∑kj>0,取Δmn=αkj,α是學(xué)習(xí)率,α=β=tn/T,用戶退出用戶Agent時,學(xué)習(xí)Agent用只保留一位小數(shù)的αmn更新用戶側(cè)面。學(xué)習(xí)法則偽程序如下:

2.3智能Agent間的協(xié)作
  模型采用多智能Agent旨在克服單個智能Agent知識不完整、處理信息不確定等缺點,解決單個智能Agent由于各種原因不能或難以解決的問題,形成智能Agent協(xié)調(diào)合作的問題求解網(wǎng)絡(luò)。這種協(xié)作表現(xiàn)為:智能Agent間的相互依賴、對協(xié)作行動的相互承諾、無死鎖的協(xié)作過程、協(xié)作與約束和協(xié)作與協(xié)調(diào)。如圖3所示。


  協(xié)調(diào)體負責(zé)智能Agent間的任務(wù)分解、合作規(guī)劃和競爭談判,盡可能避免沖突。智能Agent間的通信語言ACL(Agent Communication Language)通常有兩種:KQML(knowledge Query and Manipulation Language)和KIF(Know-ledge Interchange Format)。模型選用了KQML,它定義了一種描述Agent間信息傳遞的標(biāo)準(zhǔn)語法以及一些“動作表達式”。
2.4 設(shè)計思想
  選優(yōu)是人類賦予科學(xué)的永恒課題。蒙特卡洛方法MCM(Monte Carl Method)是一種優(yōu)選法,用來解決數(shù)學(xué)和物理的非確定性問題,在確定大量事物的某種特定表現(xiàn)時行之有效。MCM作為一種統(tǒng)計方法,隨著取樣次數(shù)的增大,計算結(jié)果與事實相符。
  模型中用到的運算法則是結(jié)合了Hopfield網(wǎng)絡(luò)模型和STC特點的改進MCM。問題原型如下:設(shè)計一種優(yōu)化策略,通過智能Agent間的協(xié)作來模擬用戶興趣、聚合需求信息。由于網(wǎng)絡(luò)更新速度快,文檔的URL刷新頻率高,聚合信息需要及時更新。模型考慮了兩種情況:(1)用戶沒有發(fā)布查詢指令時,匯總Agent處于靜止?fàn)顟B(tài),不更新聚合信息;(2)匯總Agent收到聚合指令后,開始搜索網(wǎng)絡(luò)空間,更新聚合信息。這樣處理既滿足了用戶的需求,又提高了系統(tǒng)的利用率。
  對于興趣固定的用戶,用戶側(cè)面中的主題是比較固定的,系統(tǒng)只需將用于模糊查詢的主題組加以合取聚類,作為新的副主題更新用戶側(cè)面就可以了;對于興趣不固定的用戶,用戶側(cè)面中的主題(副主題)以及聚合信息需要的更新周期短,系統(tǒng)運行期間,通過不斷地更新用戶側(cè)面,刪除用戶并不真正喜歡的主題和副主題,使用戶側(cè)面盡可能地與用戶興趣相一致,而不去考慮用戶的坦率度,也不需要去深入質(zhì)問用戶的興趣愛好。
  模型中用到的運算法則有別于傳統(tǒng)的MCM。首先,文檔j的優(yōu)先級算法都一樣,結(jié)果可被視為傳統(tǒng)MCM算法的平均值,因為匯總Agent每次搜索的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和信息聚合結(jié)果完全一樣的概率很小,計算結(jié)果kj與用MCM算出的結(jié)果相當(dāng)。另一方面,傳統(tǒng)的MCM把用戶的行為信息存儲在“l(fā)ook up table”中,而模型對于用戶的行為信息并不加以保存,只是作為學(xué)習(xí)Agent和描述Agent計算用戶興趣主題(副主題)優(yōu)先級更新值的依據(jù)。匯總Agent可以根據(jù)用戶側(cè)面?zhèn)鬟f的聚合指令自動聚合信息,所以MCM中的發(fā)現(xiàn)、存儲用戶行為信息并不是必須的。
2.5 系統(tǒng)運行
  系統(tǒng)首次運行時,要求用戶輸入用戶名、興趣主題、關(guān)注的網(wǎng)站等原始資料,它們被儲存在以用戶名命名的用戶側(cè)面中,系統(tǒng)允許用戶創(chuàng)建新側(cè)面或者更改已有側(cè)面,也允許新用戶在通過身份認證的前提下調(diào)用已有的用戶側(cè)面。
  面對紛繁復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,如何讓用戶在盡可能短的時間內(nèi)掌握興趣信息的分布情況,是本文設(shè)計聚合模型的目標(biāo),雖然該模型在一定程度上使信息聚合變得簡單化和智能化,但是距設(shè)計目標(biāo)還有很大的距離,相信隨著人工智能技術(shù)的不斷完善,智能Agent的日趨人性化,基于智能Agent的信息聚合系統(tǒng)將會臻于完善。
參考文獻
1 王文杰,葉世偉.人工智能原理與應(yīng)用.北京:人民郵電出版社,2004
2 Wooldridge M,Jennings N R.Intelligent Agents:Theory and Practice.Knowledge Engineering,1995;10(2)
3 史忠植.智能主體及其應(yīng)用.北京:科學(xué)出版社,2001
4 IBM.WS applications with the Google API.IBM Developer Works,http://www.ibm.com/developer works
5 Branson S,Greenberg A.Clustering Web Search Results Us-ing Suffix Tree Methods.http://stanford.edu/lass/archive/cs/cs276a/cs276a

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