Агентно-ориентированный подход
Агентно-ориентированный подход (в дальнейшем АОП) к программированию — разновидность представления программ или парадигма программирования, в которой основополагающими концепциями являются понятия агента и его ментальное поведение, зависящее от среды, в которой он находится. Концепция была предложена Шохемом (англ. Yoav Shoham) в 1990 г.[1]. Определение парадигмы, данное автором:[2]
Эту новую парадигму программирования вполне разумно назвать рациональным программированием. Точно так же, как объектно-ориентированное программирование сдвинуло парадигму с написания процедур к созданию объектов, рациональное программирование сдвинуло парадигму с создания информационных объектов к созданию мотивированных агентов.
Агентом является всё, что может рассматриваться как воспринимающее свою среду с помощью датчиков и воздействующее на эту среду с помощью исполнительных механизмов.[3]
Значение термина «агент»
[править | править код]Шохем, представляя агентно-ориентированный подход как новую парадигму, достаточно подробно обсуждает, в каком смысле в ней используется слово агент. Дело в том, что данное слово может использоваться в различных близких смыслах. И хотя Шохем под агентом понимает программного агента, он базируется на теории искусственного интеллекта и отталкивается от понятия интеллектуальный агент, которое уже существовало ранее. Но замечая, что это понятие достаточно расплывчато, он ставит перед собой цель преобразовать его для более формального применения в программировании, предлагая специальный AOП фреймворк. В итоге, понятие агента, в отличие от простого объекта, наделяется рядом ментальных конструкций, таких как вера, обязанности и способности. Поэтому в языке программирования будут появляться различные ментальные категории, а семантика программирования будет связана с семантикой ментальных конструкций.[1]
Связанные понятия
[править | править код]- Объект
- Программная сущность заданной структуры и конкретизированных механизмов взаимодействия с другими объектами посредством передачи сообщений. Сообщения формируются и отсылаются в ответ на пришедшие сообщения. Формирование сообщений происходит процедурами на основании данных.
- Актор
- Программная сущность заданной структуры и механизмов взаимодействия.
- Агент
- Программная сущность для выполнения поставленных задач. Обладает поведением, а именно: взаимодействует с внешней сложной и динамично-развивающейся средой, способной модифицироваться или быть модифицированной другими агентами в зависимости от конкретных условий. Взаимодействие подразумевает[4]:
- восприятие динамики среды;
- действия, изменяющие среду;
- рассуждения в целях интерпретации наблюдаемых явлений, решения задач, вывода заключений и определения действий.
В зависимости от степени свободы среды, подразумевающей наличие в ней соответствующего типа агента, среды подразделяются на[5]:
- Замкнутые
- Конечное детерминированное или вероятностное описание всей среды, которое известно агенту априори или путём исследования.
- Открытые
- Конечное детерминированное или вероятностное описание локальной области среды, в которой находится агент и которое известно ему априори или путём исследования.
- Трансформируемые
- Динамически развивающиеся среды, развивающей структурой которых является агент.
Связь АОП и ООП
[править | править код]Агентно-ориентированный подход является частным случаем (специализацией) объектно-ориентированного программирования (ООП). В ООП вычислительный процесс понимается достаточно широко как система, собранная из объектов, которые взаимодействуют друг с другом через сообщения. АОП специализирует эти понятия, устанавливая состояние (называемое психическим состоянием) объектов (называемых агентами), состоящих из компонентов таких как верование (убеждения) (включая убеждения о мире, о себе, и о друг друге), способности, и решения, каждое из которых обладает определённым синтаксисом. Кроме того различные ограничения помещены в психическое состояние агента. Вычисление состоит из информирования агентов, выполнения их требований, выполняя их предложения, принимая, отклоняя, конкурируя, и помогая друг другу.[1]
ООП | АОП | |
---|---|---|
Основная единица | объект | агент |
Параметры, определяющие состояние основной единицы | неограниченно | убеждения, обязательства, способности, выбор …. |
Процесс вычисления | поступление сообщений и методы ответа | поступление сообщений и методы ответа |
Виды сообщений | неограниченно | информирование, просьба, предложение, обещание, отказ …. |
Ограничения на методы | нет | честность, последовательность …. |
Наличие у агента механизма целеобразования обеспечивает принципиально новый уровень автономии. Агент не обязательно выполняет распоряжения какого-либо другого агента или пользователя, он просто зависит от условий среды, включая цели и намерения других агентов. В отличие от объекта, агент может принять на себя определённые обязательства или, наоборот, отказаться от выполнения некоторой работы, мотивируя это отсутствием компетентности, занятостью другой задачей и т. п. В то же время, агент может выполнять такие действия как порождение, подавление и замена других агентов, активизация функций (как своих, так и у других агентов), активизация сценария деятельности, запоминание текущего состояния других агентов и пр.[6].
От задачи к реализации
[править | править код]Причины возникновения
[править | править код]Причины возникновения агентно-ориентированного подхода:
- необходимость преодоления границ операционных сред;
- устранение разнородности объектных моделей, вызванных тем, что классы и объекты, построенные в различных инструментальных средах, имеют определённые отличия.
Постановка задачи
[править | править код]В целом, система АОП должна включать следующие базовые компоненты:[7][8]
- ограниченный формальный язык с соответствующими синтаксисом и семантикой для описания внутреннего состояния агента, которое определяется несколькими параметрами типа убеждений, желаний, намерений и обязательств;
- язык программирования для спецификации агентов, включающий примитивные команды типа REQUEST и INFORM;
- агентификатор, преобразующий нейтральные компоненты в программируемые агенты.
Основными свойствами, которыми должны обладать агенты, считаются[источник не указан 1045 дней]:
- Автономность — способность выполнять действия самостоятельно;
- Гомогенность/гетерогенность — способность объединять однородные или разнородные функции;
- Наличие «интеллекта», способности к обучению, коррекция поведения для улучшения собственной эффективности;
- Активное поведение, постоянный обмен информацией «внутри» агента и между агентом и средой;
- Коммуникативность — обмен данными с внешней средой;
- Восприятие среды — наличие специальных «средств» восприятия среды функционирования агента;
- Мобильность — перемещение агента внутри других программных и физических сред и/или компонентов.
Реализации
[править | править код]![]() | У этого раздела надо проверить нейтральность. |
Распределённые объектные архитектуры (CORBA, DCOM, Java RMI, WEB-services), обладая многими перечисленными свойствами, имеют следующие недостатки:
- необходимость перекомпиляции программных кодов при внесении изменений в объекты и интерфейсы;
- невозможность динамической адаптации поведения программных объектов в зависимости от состояний и поведения среды;
- невозможность работы в явной форме с моделями знаний;
Распределённая объектная среда JADE (основана на Java RMI, Java CORBA IDL, Java Serialization и Java Reflection API) придаёт Java агентам следующие свойства:
- Автономность, способность выполнять действия самостоятельно: агент следует списку поведений, который может быть пополнен асинхронно, то есть и в режиме ожидания, и в режиме «занят — идёт работа».
- Устойчивость: не имея побочного эффекта после каждого поведения, имеет возможность отката.
- Активное поведение: заключается в том, что в случае неудачи, выполняются циклические попытки выполнить текущее, а затем перейти к следующему действию поведения. Во время выполнения поведения агент занят — не взаимодействует со средой. После завершения текущего поведения, агент переходит к следующему по списку, а в случае отсутствия списка — ожидает появление такового. Объект же в случае успеха не имеет спуска, а в случае неудачи — бросает задачу.
- Мобильность: возможность передавать агент в другой контейнер. Данное свойство возникает из отсутствия после выполнения каждого поведения побочного эффекта.
Структура агента
[править | править код]![]() | Этот раздел не завершён. |
Структура поведения
[править | править код]Примеры
[править | править код]Типичным примером агентно-ориентированного подхода можно назвать специальные программы, имитирующие действия игроков в компьютерных играх. Распространенное название для таких программ — боты. Однако, использование ботов не ограничивается применением в компьютерных играх. Их можно встретить как элемент программы в чатах и форумах, выполняющих роль «собеседника» и поддерживающих «дискуссии». Однако некоторые боты выполняют не только роль имитаторов в процессе общения или игры, они используются для редактирования текстовой информации (в том числе и в Википедии), для наладки сетевых соединений, модерирования ресурсов и т. п.
Рассмотрим предметную область «Торговля книгами», на которой будут проиллюстрированы шаги, необходимые для создания агентно-ориентированных приложений.
Каждый покупающий агент получает название книги, которую он должен приобрести, в качестве аргумента командной строки и периодически запрашивает всех известных ему продавцов-агентов, чтобы сделать запрос о покупке. Как только предложение получено, агент-покупатель подтверждает его и отправляет заказ. Если больше чем один агент-продавец предоставляет данную книгу, покупатель выбирает лучшее предложение (самую лучшую цену). Купив требуемую книгу, агент-покупатель завершает работу. Каждый агент-продавец имеет минимальный интерфейс, с помощью которого пользователь может добавлять новые названия (и их цену) в локальный каталог книг, выставленных на продажу. Агенты-продавцы находятся в состоянии ожидания запросов от агентов-покупателей. Когда они получают запрос на книгу, они проверяют, имеется ли данная книга в их каталоге. Если да, то они отвечают предложением с ценой. Иначе отказывают. Когда они получают заказ на покупку, они обрабатывают его и удаляют запрошенную книгу из своего каталога.
JADE
[править | править код]![]() | Этот раздел слишком короткий. |
Для создания агента в JADE достаточно определить метод его инициализации:
import jade.core.Agent;
public class BookBuyerAgent extends Agent {
protected void setup() {
// Printout a welcome message
System.out.println(“Hello! Buyer-agent “+getAID().getName()+” is ready.”);
}
}
Фактическая работа, которую агент должен делать, как правило, осуществляется в рамках «поведения агента». Поведение представляет собой задачу, которую агент может выполнять.
Агент может выполнять одновременно несколько моделей поведения. Однако важно заметить, что расписание нескольких моделей поведения в агенте имеет не упреждающий характер, а кооперативный. Это означает, что когда поведение исполняется по расписанию, его метод action()
вызывается и работает до тех пор, пока не завершится. Поэтому именно программист определяет, когда агент переключается от исполнения данного поведения к выполнению следующего.
С учётом описанного механизма планирования важно подчеркнуть, что поведение, подобное представленному ниже, препятствует выполнению любого другого поведения, т.к его action()
метод никогда не завершается.
public class OverbearingBehaviour extends Behaviour {
public void action() {
while (true) {
// do something
}
}
public boolean done() {
return true;
}
}
См. также
[править | править код]- Агентно-ориентированные модели
- Агентное моделирование
- Искусственный интеллект
- Многоагентная система
- Обучение с подкреплением
- Программный агент
Примечания
[править | править код]- ↑ 1 2 3 Shoham Yoav. Agent Oriented Programming (англ.) : Technical Report STAN-CS-90-1335. — Computer Science Department, Stanford University, 1990. Архивировано 6 января 2012 года.
- ↑ Shoham Yoav. Multiagent systems: Algorithmic, Game-Theoretic, and Logical Foundations = Artificial Intelligence: A Modern Approach (англ.). — Cambridge University Press, 2009. — 504 p. — ISBN 9780521899437. Архивировано 17 июля 2011 года. (Дата обращения: 1 июня 2010)
- ↑ Стюарт Рассел, Питер Норвиг. Искусственный интеллект: современный подход = Artificial Intelligence: A Modern ApproachВильямс. — 1407 с. — ISBN 5-8459-0887-6. . — второе. — М.:
- ↑ Б.Хэйес-Рот
- ↑ цитируется по Д. А. Поспелов Архивировано 14 января 2012 года.
- ↑ Тарасов В.Б. Агенты, многоагентные системы, виртуальные сообщества: стратегическое направление в информатике и искусственном интеллекте // Новости искусственного интеллекта : Сб.. — 1998. — № 2. — С. 5—63. Архивировано 14 января 2012 года. (Дата обращения: 25 мая 2010)
- ↑ Shoham Yoav. Agent-oriented programming (англ.) // Artificial Intelligence. — 1993. — No. 60(1). — P. 51—92. Архивировано 13 января 2012 года. (Дата обращения: 25 мая 2010)
- ↑ Тарасов В.Б. От многоагентных систем к интеллектуальным организациям: философия, психология, информатика. — М.: Эдиториал УРСС, 2002. — С. 352. — ISBN 5-8360-0330-0.
Литература
[править | править код]- Зайцев И. М., Федяев О. И. Агентно-ориентированный подход к моделированию интеллектуальных распределённых систем : Сб. — Донецк: ДонНТУ, 2008. — С. 337—338. Архивировано 14 января 2012 года. (Дата обращения: 1 июня 2010)
- Камерон Хьюз, Трейси Хьюз. Параллельное и распределенное программирование с использованием C++. — М.: Вильямс, 2004. — 672 с. — ISBN 5-8459-0686-5.
- Giovanni Caire. JADE tutorial for beginners = original / перевод И. М. Зайцев. Архивировано 7 марта 2011 года. (Дата обращения: 25 мая 2010)
- А.Н. Швецов. Агентно-ориентированные системы: от формальных моделей к промышленным приложениям . Дата обращения: 27 октября 2010. Архивировано 3 апреля 2012 года.