组织和协调在计算机科学中的应用和研究进展

理论计算机科学电子笔记150（2006）3-20www.elsevier.com/locate/entcs协调和组织定义、实例和未来研究方向Guido Boella1Universit`adiTorinoItalyLeendert van der Torre卢森堡大学摘要Linda和Reo等协调语言和模型是在计算机科学中开发的，用于协调组件和对象之间的交互，现在也用于建模和分析组织。此外，组织的概念被用来丰富现有的协调语言和模型。我们描述了这个研究领域的“组织和协调”的定义我们强调两个问题。首先，我们主张研究基于价值而不是基于信息的协调语言来模拟自治代理和组织的协调。其次，我们主张研究强制控制和基于信任的预期之间的平衡，以处理安全方面的协调组织。关键词：协调，组织，电子商务，规范系统，多代理系统，安全系统。1介绍在人类社会中，组织是协调复杂行为的有力手段。存在着各种各样的组织模式，从基于规范的官僚系统到基于市场的竞争系统。此外，委员会认为，1电子邮件：guido@di.unito.it2Email：leendert@vander toor rre. C om1571-0661 © 2006 Elsevier B. V.在CC BY-NC-ND许可下开放访问。doi：10.1016/j.entcs.2006.03.0024G. 博埃拉湖van der Torre/Electronic Notes in Theoretical Computer Science 150（2006）3组织概念将复杂实体的行为结构化在封装实体的高层中。例如，角色构建部门，而部门又构建组织。此外，组织构建组织间的虚拟组织.组织还指定了这些实体中的每一个的交互和通信可能性，从其行为的实现中抽象出来。在Agent理论和计算机科学中，以组织为自治实体的组织模型已成为开放系统中协调模型的主流，组织建模的实际应用也在不断发展。这也是由于需要确保Web服务、网格计算和普适计算等应用程序中的社会秩序。在这些环境中，开放性、异质性和可扩展性对传统的组织模式提出了新的挑战。例如，组织和个人的观点必须被整合，模型必须动态地适应组织和环境的变化。特别是，组织概念用于丰富计算机科学中开发的协调语言和模型，以协调组件和对象之间的交互，如Linda [13]和Reo [1]。此外，这些语言和模型现在也被用来建模和分析人类组织。在这份调查文件中，我们提出了以下问题：(i) 在关于协调和组织的第一次讲习班中，什么是(ii) 关于协调和组织的研究课题有哪些典型的例子？(iii) 目前在这一领域取得了哪些研究成果，未来的研究方向是什么？电子商务中的一个例子说明了如何使用协调技术来建模、分析和模拟人类组织，面向对象编程语言中的一个例子说明了如何使用角色进行协调。我们提出的问题，协调语言应该有哪些属性来建模组织，这样的协调语言可以使用，哪些组织概念可以在协调语言和模型中使用，以及这些概念应该如何使用。我们强调两个未来的研究方向。首先，计算机科学中的协调与信息有关，而组织与价值有关。值具有信息所不具有的属性，例如，它不能被复制，或者它可以消失。必须开发处理这些属性的协调二是安全方面发挥重要的协调组织作用。而tra-G. 博埃拉湖van der Torre/Electronic Notes in Theoretical Computer Science 150（2006）35安全问题集中在建立控制机制，如加密方法，组织协调集中在激励代理的激励措施上，信任和预期也起着核心作用本文的布局是围绕研究问题展开的。在第2节中，我们提出了一些定义，在第3节中的两个例子，从电子商务和面向对象的编程语言，并在第4节的未来研究方向，包括基于值和安全的协调。2定义2.1协调为了完整起见，图1给出了名词“coordination”和动词“to coordinate”的词典描述在这里，我们专注于在计算机科学中使用主条目：协调功能：名词1：协调的行为或行动2：各部分协调运作，以取得有效的结果主条目：2坐标功能：动词及物意义1：把同一个顺序或等级2：使进入一个共同的行动，运动，或条件：和谐3：附着以形成配位复合物不及物意义1：成为或变得协调，特别是为了以一种平稳一致的方式2：通过配位键图1.一、韦氏词典：一个经常使用的定义，由于马龙定义协调为这一定义特别用于商业和经济背景。它强调，这些活动之间的相互作用是中心，而不是活动本身，活动是自主的。在代理理论中，协调被定义为• 动作的巧妙和有效的相互作用• 将各种因素调节成一个整体和协调的运作• 具有相同语法形式图二. WordNet：S：（n）协调6G. 博埃拉湖van der Torre/Electronic Notes in Theoretical Computer Science 150（2006）3主条目：1个组织功能：名词1组织或被组织b：组织的状态或方式2a：协会，社会慈善组织>b：行政和职能结构（如商业或政党）;也：这种结构主条目：2个组织功能：形容词1以完全符合组织的标准和要求为特征的图三.韦氏词典：代理人的理由关于其本地行动和其他人的（预期）行动，试图确保社区以连贯的方式行动[22]，最后，Arbab在计算机科学中给出了一个更技术性的定义，将协调定义为2.2组织一个组织是一群有着一个或多个共同目标的人。在社会学中，“组织”被理解为人类有计划、协调和有目的的行动，以构建或汇编一个共同的有形或无形的产品或服务。这一行动通常由正式成员和形式（机构规则）构成。社会学将组织一词区分为有计划的正式组织和无计划的非正式组织（即，自发形成的组织。管理主要从工具的角度对组织感兴趣。对于一个公司来说，组织是达到目的的手段，以实现其目标。从这个意义上说，组织可以分为两个根本不同的集合：组织的目标是产生某些服务和/或生产商品（工厂，服务企业等）。或者在其周围世界中产生某些效应（例如，当局、警察、政党、利益集团、工会等），以及目标是改变个人的组织（例如，学校、大学、医院、监狱）。G. 博埃拉湖van der Torre/Electronic Notes in Theoretical Computer Science 150（2006）373示例在本节中，我们提出了两个关于协调和组织的研究例子。一方面，我们说明如何协调的研究可以在人类组织的研究中使用，说明在电子商务中使用的协调语言。另一方面，我们说明了如何在多智能体系统中的组织的研究可以用于协调的研究，通过讨论使用的对象中的协调角色3.1电子商务许多社会和经济结构可以被视为协调机制，例如婚姻可以被视为协调选择的机制当有人想买一包牛奶时，他拿着现金去商店。店主和买家直接检查和交换我们的货物和现金，这就是故事的结局。如果他想买下一个奶牛场下一季的整个牛奶产量，或者买一栋房子，虽然原理和买一包牛奶是一样的，但我们需要使用诸如托管服务之类的构造，因为交易现在涉及多个步骤和时间跨度。所有涉及的活动都需要协调，以便最终我们仍然得到交易的全有或全无的结果。因此，这些社会和经济结构可以使用计算机科学中开发的协调语言进行建模或形式化。使用更精确的数学语言迫使人们更好地理解• 一群人一起工作• (also安排，系统）安排或分类的有组织的结构;• (also管理，治理，管理机构，机构，黄铜）的人（或委员会或部门等）为了管理某事而组成一个团体的人;• (also（constitution，establishment，formation）形成某事的行为;• 组织一项业务或与业务有关的活动的行为）• 适当地或有条理地分配或处理人或事物的活动或结果;• (also（系统）有秩序的方式;由于有条理和组织良好而有序;见图4。 WordNet：S：（n）组织8G. 博埃拉湖van der Torre/Electronic Notes in Theoretical Computer Science 150（2006）3进行诸如第三方托管、信用证或其他信托工具等构造。此外，形式化的描述和分析可以用来支持电子商务中协调机制的设计。作为一个例子，我们考虑在经济和商业环境中协调价值交换的机制。作为一个运行的例子，我们考虑众所周知的跟单信用证程序的信用证[10，26，24]。假设我们有一个潜在的交易之间的客户和供应商是位于一个遥远的和不熟悉的世界的一部分。 因此，没有共同的公约或贸易程序。在这种情况下，缺乏信任是有道理的。供应商不希望在未收到付款的情况下发运货物，但客户不希望在货物发运前付款。为了解决这一僵局局面，银行引入了信用证程序。信用证是一项协议，即客户的银行，称为开证银行，将安排信用证，以保证付款，只要供应商可以证明货物已被装运。供应商可以通过向其自己的银行，即相应的银行提交装运单据，如提单，来证明这一点。装运单据由货物承运人在货物实际装运后立即签发。对应银行将装运单据转给开证银行，开证银行在付款后才将装运单据交付给客户。有了货运单据，客户就可以从承运人那里取回货物。图5描述了一种可能的建模方法，改编自[26]。这一数字应解读如下。它指示文档必须交换的顺序，这提供了有关操作之间的依赖关系的信息：只有在发生了其他一些操作的情况下，才应该发生哪些操作。例如，第4步的目的是让供应商知道信贷已经得到保证，他可以安全地开始装运货物。同样，货运单据的目的是提供货物已经转移的证据此图未涵盖的一个方面是转移的价值量。例如，买方的付款12应该足够大，以支付付款10以及提供服务的发卡银行的费用。这些问题最好从价值观的角度来解决。高迪金等人 [18，19]一直倡导需 求 的价值观电子商务工程。他们开发了e3-value工具，该工具可以计算不同情景下的交易所各自的价值。其核心思想是互惠原则：无论发生什么，所有交换的净价值必须等于零。Kartseva等人 [24]对信用证程序作了基于价值的说明G. 博埃拉湖van der Torre/Electronic Notes in Theoretical Computer Science 150（2006）39客户开证银行相应银行供应商承运人1.销售合同2.信贷申请3. 信用4.信用通知5. 货物6. 航运公司8. 支付10. 支付11.到达通知13.海运服务14. 海运服务15. 货物12. 支付7.航运公司9.航运公司图五.信用证流程考虑图6中信用证交易实践的基于价值的分析。提单是由承运人在货物装船后立即签发的。供应商的银行将提单转给客户的银行，客户的银行在付款后才将提单交给客户。客户其中的50%到供应商的提单是具有证据效力的多式联运单据的一个例子。与交互图相比，我们还考虑了供应商向承运商支付的运费，以及一个具有商人角色的扩展。客户可以从承运人处索取已发运的货物，以换取提单，或者将提单出售给其他公司，然后其他公司可以索取已发运的货物。取决于你想用多代理系统建模的是什么，坚持让代理代表信用证或托管公司可能有意义，也可能没有意义。认识到他们的角色仅仅是协调，我们可以简化现实世界中买卖双方必须处理的复杂性，并简单地向他们展示一个观点，就好像买房子和买一包牛奶一样：每一方所需的一切都必须在实际交换发生之前出现并验证;也就是说，我们有一个原子交易。我们可以把它10G. 博埃拉湖van der Torre/Electronic Notes in Theoretical Computer Science 150（2006）3保证交货LoC费P费费BoL客商银行补编银行P费LoC费供货商客户载体shNT保险费BoLBoL的BoL费用BoL货物BoL货物BoL希普梅BOL封装费见图6。价值网络外部协调机制，以确保维护这一复杂事务的完整性然而，如果目的是模拟现实世界中发生的事情，那么我们在这种情况下不会看到银行的明确角色或代理人。原子事务隐式地完成相同的工作，但消除了它们的作用。因此，我们希望有另一个模型，其中包含一些表示信用证公司的显式构造。通过比较买卖双方在他们无知的版本中必须做的事情与他们现实生活中的模型，明确了信用证在协调和进行这些交易中的确切作用，以及究竟需要成为内生的。3.2协调对象的角色为了约束多智能体系统中智能体的自主性并控制它们的紧急行为，组织的概念已经被应用[17，37]。根据Zambonelli等人的观点[37]角色的概念是指社会实体的结构，如机构，组织，规范系统或团体[6，17，37]。角色通常被认为是分配组织功能所必需的职责的一种手段。此外，角色允许将扮演角色的个人的特征与他们的角色的特征分开最后，角色用于定义常见的交互模式，并嵌入沟通和协调所需的信息和能力。例如，在一个示例中，拍卖人和出价人的角色在拍卖中被定义，每个人都有可能采取的行动。商家G. 博埃拉湖van der Torre/Electronic Notes in Theoretical Computer Science 150（2006）311角色在多智能体系统中的使用不仅有利于多智能体系统的构建它还导致更好地理解什么是角色，它的属性以及如何将它们形式化。Baldoni等人。 [4，5]建议使用角色的概念，因为它已经在多代理系统中被定义为协调传统面向对象范式中的对象和组件，而不是多代理系统中的代理。 由于面向对象是一种处理系统中大量交互所产生的复杂性的方法，因此角色可以是一种进一步的表示机制，以在更加多样化和动态的环境中实现相同的目的，并且需要适应更多的本地自由和主动性，多智能体系统中常见的场景[23，36]。在面向对象语言中引入角色是将组织概念应用于代理的成果带回面向对象的一种方法。Baldoni等人 [4]建议在Java的扩展中引入角色。在他们的模型中，角色的显著特征是角色的基础，它们在定义上依赖于它们所属的机构，该机构赋予该角色的权力。Baldoni等人 [4]因此将powerJava称为他们对Java的扩展。为了理解这些问题，他们提出了下面的例子。考虑一下学生和教授的角色。角色总是某个机构的角色。学生和教授总是一些大学的角色。没有大学，这些角色就不再存在：例如，如果大学破产，角色的扮演者（例如一个人）就不能再称为教授和学生了。机构（大学）也规定了学生的属性，这扩展了扮演学生角色的人的属性：大学规定了它的注册号码，它的电子邮件地址，它在过去考试中的分数，以及学生的行为方式。例如，学生可以通过提交一些书面考试来进行考试。学生可以让教授评估其考试并注册分数，因为大学既定义了学生角色，也定义了教授角色：大学指定教授如何评估考试，以及如何维护考试的官方记录。否则，学生就不能对教授有好感。但是，在界定这种行为时，大学赋予了扮演学生角色的人权力：如果不是学生，这个人就不可能进行考试并让教授对其进行评估。此示例突出显示了角色在[8，9]的模型中具有的以下属性：基础：角色（的实例）必须始终与它所属的机构的实例相关联（参见Guarino和Welty [21]），12G. 博埃拉湖van der Torre/Electronic Notes in Theoretical Computer Science 150（2006）3学生扮演者int n（）;public int[] nums;public intfindDuplicate（）{[i，j]=x;. 个文件夹}return new Person（）;u = new University（）;u.new Student（p）;（（u.Student）p）.exam（）;}见图7。 一个大学里的学生。与其播放器的实例相关联定义依赖：角色的定义必须在它所属的机构的定义中给出。这是Masolo等人 [29]提出的定义依赖概念的更强版本，其中角色的定义必须使用制度的概念制度赋权：在制度的定义中被定义为角色的行动可以接触到制度和其他角色的状态和行动：它们是权力。在Java中引入这种角色视图对于解决以下问题是必要的(i) 一种结构，用它的名字来定义角色，谁可以扮演它，以及它在机构中的权力。(ii) 在一个机构内部，根据其权力的具体化，实现一个角色，从而使该角色在定义上依赖于该机构。(iii) 扮演角色的对象如何在角色所属的机构中行使角色赋予它的权力图3.2通过上面的例子展示了powerJava中角色的使用首先，通过指明谁可以扮演这个角色（playedby）以及扮演这个角色所获得的权力（exam（），在这种情况下给出一个考试）来指定一个角色（role-左栏）第二，角色在机构内部实现为一种内部类，实现角色指定（定义角色）。内部类实现G. 博埃拉湖van der Torre/Electronic Notes in Theoretical Computer Science 150（2006）313角色规范就像一个接口。在图3.2的右栏中描述了powerJava的使用首先，创建角色的候选玩家p其类型必须与角色（人员）的要求兼容然而，在玩家可以扮演角色之前，必须首先创建一个托管角色的机构的实例（大学u）。 一旦大学被创建，玩家p也可以成为学生。请注意，Student是在University u（u.new Student（p））中创建的，参与者p是角色Student的构造函数的参数。参与者p保持其身份，如果它必须扮演学生，它必须首先通过所谓的角色转换（（u.Student）p）被归类为学生。 请注意，p不被归类为一般的学生，而是大学u的学生。一旦p被转换为它的学生角色，它就 可以行 使它的 权力， 在这 个例子 中， 给出 一个考 试（ exam（））。这种方法被称为幂，因为与通常的方法相比，它可以访问状态因为它的命名空间与定义角色的机构的因此，它可以访问它所属的机构的状态以及该机构中的其他角色的状态。在示例中，方法exam（）可以访问大学的私有状态，并为私有变量赋值分数：成功通过考试被视为大学在考试注册表中为学生分配分数权力是用来协调对象。 在Baldoni等人 [5]中，如何将角色用于协调目的。首先，对象之间的相互作用只在规定它们如何相互协调的机构内部处理。这是可能的，因为权限允许角色访问机构和其他角色的状态。在我们的例子中，坐标-学生和教授之间的关系可以在学校内部进行。这允许实现核心行为一个对象（在其类中给出）及其交互能力，这取决于交互的上下文，因此，在机构中指定。第二，角色的玩家不需要知道它必须与其他玩家协调的身份，但它必须只涉及角色。在我们的例子中，学生不需要知道玩家的身份它必须与教授角色进行交互，但它只需要知道是它所参加的课程的教授。14G. 博埃拉湖van der Torre/Electronic Notes in Theoretical Computer Science 150（2006）34未来的研究我们为未来的研究划分了四个方向。第一个方向是关于计算机科学和社会科学之间的差距的研究问题，计算机科学已经开发了第二类问题涉及人类组织协调语言的使用，第三类问题涉及组织协调概念的使用。另一类问题涉及组织协调的安全问题4.1计算机科学和社会科学本文所考虑的协调是计算机科学中研究的一个概念，而组织是从社会科学（经济学、工商管理和社会学）中借用的一个概念。这就引出了我们的第一个研究问题。问题1：这两个概念的根本区别是什么？计算机科学中的协调与信息有关，而信用证的例子表明，组织与价值观有关。值具有信息所不具有的属性，例如，它不能被复制，或者它可以消失。协调语言必须来处理这些属性。波特是一位研究价值链概念并将其应用于战略的商业科学家[33]，他对价值的定义如下。“对一家公司来说，经济价值只不过是价格和成本之间的差距，只有通过持续的盈利能力才能可靠地衡量。“通过部署互联网技术来创造收入、减少开支，或者仅仅做一些有用的事情，并不能充分证明价值已经被创造出来。”[34，第65页]4.2各组织第二个研究方向涉及协调语言，工具和模型的使用协调技术用于组织的正式模型中，以分析或模拟它们。问题2：组织的协调语言应该具有什么样的属性？Dastani等人 [15]认为，组织的协调应该是外生的，因为协调是根据相互作用来定义的G. 博埃拉湖van der Torre/Electronic Notes in Theoretical Computer Science 150（2006）315而不是代理人，因为组织是根据角色而不是代理人来定义的。他们解释并促进了由阿姆斯特丹数学与计算机科学中心的Arbab开发的外源协调语言Reo的使用。Groenewegen等人 [20]认为协调语言应该能够描述和关联全局和局部行为，他们将Paradigm作为面向组织的协调语言。Paradigm中描述的全局行为提供了安排计算和协调的灵活性。根据作者的说法，这种灵活性是一种组织的，有机的和人性化的特征，通常在系统规范中不存在Omicini等人 [32]认为协调语言应该能够描述工件。人类智能随着越来越复杂的工具的使用而发展，因此代理智能不应该被认为是由代理感知和感知环境的能力分开的。与此相反，代理智能是严格相关的工件，使，调解和管理任何代理（智能）活动。问题3如何使用人类组织的协调语言？协调问题的一个例子是模型集成问题。例如，在企业架构中，许多不同的模型被用来描述一个组织，例如使用统一建模语言（UML）或Zachman企业架构框架，这些模型如何相关是一个开放的问题。4.3协调的组织概念在计算机科学的不同领域中，组织概念经常用于协调目的。例如，角色用于访问控制、概念建模、编程语言和模式。契约用于契约设计，服务用于Web服务和服务级别协议。基于消息的通信用于网络。然而，大多数协调语言主要涉及不同类型的隐喻，如黑板，共享数据空间，组件组合和通道。问题4：哪些组织概念可以用于协调？Escherte等人 [3]讨论了如何从人类组织到代理人组织，并以电子机构和虚拟组织为例。她将人类组织分类学与代理协调方法相结合，旨在利用组织理论开发基于组织Meta模型的多代理系统。16G. 博埃拉湖van der Torre/Electronic Notes in Theoretical Computer Science 150（2006）3Carabelea和Boissier [12]提出使用社会承诺来协调组织中的代理，描述了如何使用社会承诺来表示代理在组织中扮演角色的预期行为。规范在协调、合作、决策等诸多社会现象中发挥着核心作用。powerJava [4，5]的例子说明了角色的使用，这些角色在面向代理的软件方法和编程语言（如GAIA，TROPOS，3APL等）中被采用，以定义面向对象语言中的组织结构。例如，角色允许分配责任和义务，并要求适当的知道如何他们的球员。然而，开放的问题是如何将组织角色理论转化为计算理论，探索如何将代理分配给角色，如何根据角色设计组织，角色监控等机制。Colman和Hun [14]解释了如何使用关联方面来实现组织契约。它们展示了如何通过单独的关注点实现协调系统，以及如何使用关联方面来创建将组织中的角色绑定在一起的契约。该等合约容许对表现作出规定及监察。他们还定义了组织者控制、创建、废除和重新分配合同的角色问题5如何在协调语言和模型中使用这些概念？上述论文还说明了如何使用组织概念。4.4安全传统的协调和组织研究关注的是合作代理，但在开放系统中必须解决安全问题。Omicini等人 [31]认为，安全和协调在某种意义上是互补的。问题6协调和组织与安全有何关系？在电子商务中，安全涉及到价值的潜在损失、制裁和控制系统。传统的安全关注集中在构建控制机制（如密码学方法）上，而组织协调则集中在激励激励代理人上，信任和预期也起着核心作用。在[7]中，我们通过考虑以下三种情况提出了在什么情况下需要引入控制系统的问题。例如，当你购买一张剧院的票时，你购买了观看稍后将交付的表演的权利。买方信任卖方关于表演的有效性。G. 博埃拉湖van der Torre/Electronic Notes in Theoretical Computer Science 150（2006）317票.如何平衡强制控制和基于信任的预期来处理组织协调中的安全问题是一个开放的5总结Linda和Reo等协调语言和模型是在计算机科学中开发的，用于协调组件和对象之间的交互，现在也用于建模和分析组织。此外，组织的概念被用来丰富现有的协调语言和模型.协调是在代理理论和计算机科学中给出了各种更精确或技术性的定义。一个组织是一群有着一个或多个共同目标的人。在社会学中，“组织”被理解为人类有计划、协调和有目的的行动，以建造或编制共同的有形或无形的产品或服务。管理主要从工具的角度对组织感兴趣。对于一个公司来说，组织是达到目的的手段，以实现其目标。我们说明了如何协调的研究可以用于人类组织的研究，说明在电子商务中使用的协调语言。许多社会和经济结构可以被视为协调机制，因为交易通常涉及多个步骤，并且随着时间的推移而跨越，并且诸如托管服务之类的结构协调所涉及的活动，以便最终我们仍然得到交易的全有或全无的效果。使用更精确的数学语言迫使人们更好地理解诸如第三方托管、信用证或其他信托工具等结构的情况。此外，我们说明了如何在多智能体系统的组织研究可以用于协调的研究，通过讨论使用面向对象的编程语言中的角色。制度角色属于协调角色参与者之间的相互作用，独立于他们的核心行为。通过这种方式，要协调对象，只需要它们满足角色指定的要求。我们提出的问题，协调语言应该有哪些属性来建模组织，这样的协调语言可以使用，哪些组织概念可以在协调语言和模型中使用我们强调两个问题。首先，我们主张研究基于价值而不是基于信息的协调18G. 博埃拉湖van der Torre/Electronic Notes in Theoretical Computer Science 150（2006）3语言来模拟自治代理和组织的协调。其次，我们主张研究强制控制和基于信任的预期之间的平衡，以处理安全方面的协调组织。确认感谢第一届协调与组织国际研讨会（CoOrg 05）的所有发言者和参与者，与那慕尔协调会议（COORD 05）在同一地点举行，感谢Dave Clark讨论定义，感谢Farhad Arbab、Joris Hustijn和Yao-Hua Tan讨论使用协调语言Reo来模拟信用证程序，如第3.1节所述，最后感谢Matteo Baldoni在第3.2节讨论powerJava。引用[1] Arbab ， F. ， Reo 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