Агентно-ориентированный подход

Перейти к навигацииПерейти к поиску
Парадигмы программирования

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»

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

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.
  • Содержит данные и процедуры.
  • Обладает инкапсуляцией, отношениями, наследованием и может порождать сообщения.
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

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]

ООПАОП
Основная единицаобъектагент
Параметры, определяющие состояние основной единицынеограниченноубеждения, обязательства, способности, выбор ….
Процесс вычисленияпоступление сообщений и методы ответапоступление сообщений и методы ответа
Виды сообщенийнеограниченноинформирование, просьба, предложение, обещание, отказ ….
Ограничения на методынетчестность, 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

Причины возникновения

Причины возникновения агентно-ориентированного подхода:

  1. необходимость преодоления границ операционных сред;
  2. устранение разнородности объектных моделей, вызванных тем, что классы и объекты, построенные в различных инструментальных средах, имеют определённые отличия.

Постановка задачи

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[]:

  • Автономность — способность выполнять действия самостоятельно;
  • Гомогенность/гетерогенность — способность объединять однородные или разнородные функции;
  • Наличие «интеллекта», способности к обучению, коррекция поведения для улучшения собственной эффективности;
  1. Активное поведение, постоянный обмен информацией «внутри» агента и между агентом и средой;
  2. Коммуникативность — обмен данными с внешней средой;
  3. Восприятие среды — наличие специальных «средств» восприятия среды функционирования агента;
  4. Мобильность — перемещение агента внутри других программных и физических сред и/или компонентов.

Реализации

Распределённые объектные архитектуры (CORBA, DCOM, Java RMI, WEB-services), обладая многими перечисленными свойствами, имеют следующие недостатки:

  1. необходимость перекомпиляции программных кодов при внесении изменений в объекты и интерфейсы;
  2. невозможность динамической адаптации поведения программных объектов в зависимости от состояний и поведения среды;
  3. 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:

  1. 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».
  2. Устойчивость: не имея побочного эффекта после каждого поведения, имеет возможность отката.
  3. 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.
  4. Мобильность: возможность передавать агент в другой контейнер. Данное свойство возникает из отсутствия после выполнения каждого поведения побочного эффекта.

Структура агента

Структура поведения

Примеры

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

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

Примечания

  1. ↑ 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.
  2. ↑ 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)
  3. ↑ Стюарт Рассел, Питер Норвиг. Искусственный интеллект: современный подход = Artificial Intelligence: A Modern Approach. — второе. — М.: Вильямс. — 1407 с. — ISBN 5-8459-0887-6.
  4. ↑ Б.Хэйес-Рот
  5. ↑ цитируется по Д. А. Поспелов Архивировано 14 января 2012 года.
  6. ↑ 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)
  7. ↑ 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)
  8. ↑ Тарасов В.Б. От многоагентных систем к интеллектуальным организациям: философия, психология, информатика. — М.: Эдиториал УРСС, 2002. — С. 352. — ISBN 5-8360-0330-0.

Литература