1.背景
自然界中大量個體聚集時往往能夠形成協調、有序,甚至令人感到震撼的運動場景,比如天空中集體翱翔的龐大的鳥群、海洋中成群游動的魚群,陸地上合作捕獵的狼群。這些群體現象所表現出的分布、協調、自組織、穩定、智能涌現等特點,引起了生物學家的研究興趣。而后為了滿足工程需要,美國麻省理工學院的Minsky提出了智能體( agent) 的概念,並且把生物界個體社會行為的概念引入到計算機學科領域。 這時,生物學和計算機科學領域發生了交叉。 所謂的智能體可以是相應的軟件程序,也可以是實物例如人、車輛、機器人、人造衛星等。
近些年來,由於生物學、計算機科學、人工智能、控制科學、社會學等多個學科交叉和滲透發展,多智能體系統越來越受到眾多學者的廣泛關注,已成為當前控制學科以及人工智能領域的研究熱點。
2.定義
智能體(Agent)指具有自治性、社會性、反應性和預動性的基本特性的實體。可以看做是可以是相應的軟件程序或者一個實體(如人、車輛、機器人等),它嵌入到環境中,通過傳感器感知環境,通過效應器自治地作用於環境並滿足設計要求。
智能體(Agent)指具有自治性、社會性、反應性和預動性的基本特性的實體。可以看做是可以是相應的軟件程序或者一個實體(如人、車輛、機器人等),它嵌入到環境中,通過傳感器感知環境,通過效應器自治地作用於環境並滿足設計要求。
在不同的文獻中多智能體系統有不同的定義(所涵蓋的內容大體相同),如下:
(1)多智能體系統是由一系列相互作用的智能體構成,內部的各個智能體之間通過相互通信、合作、競爭等方式,完成單個智能體不能完成的,大量而又復雜的工作。
(2)多智能體系統的定義:多智能體系統( multi-agent systems) 是指由多個自主個體組成的群體系統,其目標是通過個體間的相互信息通信和交互作用。
(3)多智能體系統,是指大量分布配置的自治或半自治的子系統(智能體)通過網絡互連所構成的復雜的大規模系統,它是“系統的系統”(system of system)。
(4)多智能體是指多個智能體及其相應的組織規則和信息交互協議構成的,能夠完成特定任務的一類復雜系統。
3.特點
多智能體系統(multi-agent system)的目標是讓若干個具備簡單智能卻便於管理控制的系統能通過相互協作實現復雜智能[1],使得在降低系統建模復雜性的同時,提高系統的魯棒性、可靠性、靈活性。
多智能體系統的主要具有以下的特點:
(1)自主性。在多智能體系統中,每個智能體都能管理自身的行為並做到自主的合作或者競爭。
(2)容錯性。智能體可以共同形成合作的系統用以完成獨立或者共同的目標,如果某幾個智能體出現了故障,其他智能體將自主地適應新的環境並繼續工作,不會使整個系統陷入故障狀態。
(3)靈活性和可擴展性。MAS 系統本身采用分布式設計,智能體具有高內聚低耦合的特性,使得系統表現出極強的可擴展性。
(4)協作能力。多智能體系統是分布式系統,智能體之間可以通過合適的策略相互協作完成全局目標。
4.應用領域
目前多智能體系統已在飛行器的編隊、傳感器網絡、數據融合、多機械臂協同裝備、並行計算、多機器人合作控制、交通車輛控制、網絡的資源分配等領域廣泛應用。
5.一致性問題
多智能體的協調控制的基本問題包括一致性控制、會合控制、聚結控制和編隊控制等。其中后三者可視為一致性控制的推廣與特例。多智能體系統達到一致是實現協調控制的首要條件,受到學者的廣泛關注。以下主要介紹一致性。
一致性( consensus) 是指多智能體系統中的個體在局部協作和相互通信下,調整更新自己的行為,最終使得每個個體均能達到相同的狀態,它描述了每個智能體和與其相鄰的智能體的信息交換過程。
由定義可知,多智能體一致性的基本要素有三個,分別是具有動力學特征的智能體個體;智能體之間用於信號傳輸的通信拓撲;智能體個體對輸入信號的響應,即一致性協議。
多智能體一致性問題研究歷程,可分為三個階段:
(1)第一階段是群集現象模擬階段。這一時期,學者們通過觀察自然界中生物群體的現象,對這種群體行為進行模擬,挖掘多個體系統背后的機理模型,其中兩個最著名的模型是Boid模型和Vicsek模型。
(2)第二階段是理論體系建立階段。Jadbabaie等對Vicsek模型線性化后進行分析,得出其一致性條件。隨后Olfati-Saber和Murray建立了一致性的基本框架。並將圖論、矩陣論、非線性理論等相關知識引入到多智能體系統一致性的研究當中,打下了堅實的理論基礎。
(3)第三階段是理論完善和實際應用階段。這一時期,一部分學者針對已有實物構建模型,並對其一致性進行理論研究。另一部分學者着手於構建新型的智能體協同系統並將之應用於實際生活中。
6.參考文獻
7.后記
以上內容來自於學習時所收集的資料進行整理,如有問題,懇請指正。
對於多智能體系統當前現狀以及展望等,這里我就不進行列舉。
PS:部分圖片來自於網絡,侵刪。