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首页公共邻居驱动的MHK一致性协议:稳定性分析与应用
本文主要探讨了在切换网络环境下,多智能体系统中增强一致性收敛的问题。基于此,研究者提出了一个新的MHK(多智能体基于Hegselmann-Krause)一致性协议。这个协议的关键创新在于考虑了智能体之间的公共邻居关系,将这种互动视为分布式协作中的关键调控因素。通过设计能量函数,论文深入分析了这一协议对于多智能体系统稳定性的影响,证明了在李雅普诺夫意义下,该系统能够稳定地收敛至一个或多个子观点集群。 在理论分析部分,作者利用增量分析方法对系统中收敛的观点集群数量与初始拓扑区间长度之间的关系进行了定量研究。实验证明,相比于传统方法,基于公共邻居的MHK协议能够促进多智能体系统形成更少的观点集群,从而提高系统的整体一致性。此外,这种协议对于切换网络的连通性提升起到了积极作用,有助于增强系统的一致性收敛。 这篇论文不仅为理解多智能体系统的协同行为提供了新的视角,还为观点演化模型的控制与优化提供了理论支持。它强调了公共邻居在分布式协作中的作用,并通过严谨的数学分析和实验验证,验证了其在实际应用中的有效性。研究结果对于理解和改进多智能体系统在动态网络环境中的性能具有重要意义,特别是在处理复杂任务时,如群体决策、社交网络分析等领域。关键词包括一致性、多智能体系统、切换网络、观点演化以及李雅普诺夫分析,这表明了论文的核心研究内容和应用背景。
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收稿日期:20190319;修回日期:20190418 基金项目:国家自然科学基金资助项目(61876043,61472089);NSFC广东联合基金资助
项目(U1501254)
作者简介:谢光强(1979),男,广东韶关人,副教授,博士,主要研究方向为多智能体、智能控制;蔡松杰(1991),男,广东潮州人,硕士,主要研
究方向为多智能体、网络舆情分析;李杨(1980),女(通信作者),黑龙江七台河人,副教授,博士,主要研究方向为多智能体、数据可视化、数据挖掘
(kitty_llyy@163.com);黄驰(1993),男,湖北赤壁人,硕士,主要研究方向为多智能体、智能控制.
基于公共邻居的 MHK一致性协议及其稳定性分析
谢光强,蔡松杰,李 杨
,黄 驰
(广东工业大学 计算机学院,广州 510006)
摘 要:如何增强多智能体系统一致性收敛是其一致性研究的重要问题。提出了一种新的 MHK(multiagent
basedHegselmannKrause)一致性协议,该协议将智能体间的公共邻居作为切换网络下多智能体分布式协作的重
要调控因素。针对该协议下的多智能体系统设计了能量函数,分析并证明了该系统具有李雅普诺夫意义下的稳
定性,将收敛为一个或多个子观点集群。数值仿真采用增量分析方法考察了系统所收敛的观点集群数量与初始
拓扑区间长度的关系;实验表明,该协议使多智能体系统收敛为数量更少的观点集群。所提出的基于公共邻居
的 MHK一致性协议能够有效提高切换网络的连通性,从而增强系统的一致性收敛,并能为观点演化模型的控制
与优化提供理论支撑。
关键词:一致性;多智能体系统;切换网络;观点演化;李雅普诺夫分析
中图分类号:TN915.04 文献标志码:A 文章编号:10013695(2020)08012230104
doi:10.19734/j.issn.10013695.2019.03.0057
ConsensusprotocolofHegselmannKrauseopiniondynamicsbasedon
commonneighborsanditsstabilityanalysis
XieGuangqiang,CaiSongjie,LiYang
,HuangChi
(SchoolofComputer,GuangdongUniversityofTechnology,Guangzhou510006,China)
Abstract:Howtoenhanceconsensusofmultiagentsystemisanimportantprobleminitsconsensusresearch.Thispaperpro
posedamodifiedHegselmannKrauseopiniondynamicsconsensusprotocolbasedoncommonneighbor,inwhichcasecommon
neighborswasusedtoadjusttheinfluenceweightbetweendifferentagents.Thispaperalsoprovedthatthesystemconvergedto
stableequilibriabythetheoryofLyapunovenergylikefunctionandanalyzedtheformationofopinionclusters.Therelationship
betweenthenumberofopinionclustersandthelengthofinitialopinionintervalwasinvestigatedbyincrementalanalysis.Simu
lationresultsshowthatmultiagentsystemwiththeprotocolconvergestoasmallernumberofopinionclusters.Theproposed
protocolcaneffectivelyimprovetheconnectivityofswitchingnetworkandthusenhanceconsensusandcanprovidetheoretical
supportforthecontrolandoptimizationofopiniondynamicsmodel.
Keywords:consensus;multiagentsystem;switchingnetwork;opiniondynamics;Lyapunovanalysis
0 引言
近年来,来自不同领域的研究者从多智能体系统角度对观
点演化模型展开了大量理论分析和数值仿真
[1~3]
。其中,观点
一致性问题是重要研究热点,该问题是关于群体的观点就某个
事件达成利益均衡和妥协的集体行为。基于有界信任度的观
点演化模型主要有 HK模型
[4]
和 DW 模型
[5]
。两者旨在以数
学方式描述常见的社会舆论演化现象,均具有复杂的演化行为
且演化结果往 往 观 点 多 极 化。本 文 以 基 于 多 智 能 体 的 HK
(MHK)一致性协议为研究对象。MHK一致性协议的重要特
征是任意两个智能体之间展开交流的前提是两者的观点差异
在合理的范围内
[6,7]
。在该分布式协议下,一致性研究往往关
注如何通过智能体间的分布式协调合作使系统收敛为更少的
观点集群或达成一致性收敛。文献[8,9]研究了 MHK一致性
协议下的系统收敛性。Yang等人
[10]
给出了使连续型 MHK模
型达成一致性收敛的初始拓扑相关的充分条件,该条件要求初
始网络的连通性极其优秀。Motsch等人
[11]
通过对带影响函数
的 MHK一致性协议下的系统施加趋异性调控,有效增强了系
统一致性收敛。随后,
Jabin等人
[12]
分析了该系统的稳定性和
收敛性。Jing等人
[13]
利用图论工具分析了一种带通信权重的
观点演化协议的稳定性并给出了使 MHK协议下的系统达成
一致性收敛的较宽松的初始拓扑相关充分条件。然而现有大
量研究表明即使初始网络拓扑具备连通性也难以保证
MHK
一致性协议的多智能体系统全局收敛一致
[14]
。
状态相关的切换网络
[15~20]
是多智能体系统的重要研究分
支。状态在 不 同 应 用 中 表 示 特 定 的 物 理 量,如 位 置
[21]
、速
度
[22]
等信息,在 MHK一致性协议中状态特指观点。由于系统
的演化网络与系统状态同步演化,所以 这 类 网 络 具 有 内 源
性
[8]
且与社会网络复杂多变的特征相符,也更值得深入研究。
在状态相关的切换网络中,一致性问题可以转换为网络连
通性保持问题。势能函数法常用于保持切换网络的连通性。
早期研究
[23~26]
中,智能体一般将状态差异趋近自身感知边界
的邻居通信权重进行调整为趋于无穷大的正值。这种方法能
够避免任意边的断开从而保持网络的连通性,但存在两个方面
的问题。首先,实际应用中难以设计符合理论要求的能势函
数;其次,并不是所有边关系都需要维持,换言之,某些非关键
第 37卷第 8期
2020年 8月
计 算 机 应 用 研 究
ApplicationResearchofComputers
Vol37No8
Aug.2020
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