可在www.sciencedirect.com在线获取理论计算机科学电子笔记292（2013）57-69www.elsevier.com/locate/entcsTAO+：扩展TAO概念框架以支持规范多Agent系统EmmanuelS'avioSilvaFreirea，1，EnyoJos'eTavaresGoncalvesb，2，MarielaIn'esCort'esa，3，YrleyjuananderSalmitoLopesa，4andMarciusGomesBrandBrachaoa，5Grupo de Engenharia de Software e Sistemas Intelligentes-GESSI/巴西a巴西，巴西，UniversityEstadualdoCear'ab科学计算机系UniversidadeFederaldoCear‘a-UFC菜ad‘a，Brazil摘要规范性多主体系统的存在，其中具有不同内部架构的主体之间的交互由规范管理，促进了适合定义这些相关概念的本体论的存在。 在这种情况下，我们突出TAO，MAS的概念框架，作为建模语言MAS-ML的基础。然而，TAO预见有限的支持表示规范的概念和不同的代理架构。本文介绍了TAO的扩展，使这些概念的表示。关键词：规范的多智能体系统;概念框架;基于模板的表示;规范;内部架构。1电子邮件：savio. gmail.com2电子邮件：enyo@ufc.br3电子邮件：mariela@larces.uece.br4电子邮件：yrleyjander@gmail.br5电子邮件：marciusbrandao@gmail.br1571-0661 © 2013 Elsevier B. V.在CC BY-NC-ND许可下开放访问。doi：10.1016/j.entcs.2013.02.00558紧急支援系统Freire等人理论计算机科学电子笔记292（2013）571介绍概念框架的充分定义对于理解业务并在复杂系统开发项目的背景下制定一致的计算解决方案至关重要[4]。考虑到多智能体系统（MAS）中概念的多样性，概念框架是建立建模语言或面向智能体框架的基础。驯服代理和对象（TAO）[17]是一个概念框架，为基于代理和对象的软件工程方法提供了基础，也是建模语言MAS-ML[16]的基础。组成MAS的代理可以根据不同的架构[14]在前摄性和反应性概念的基础上设计。每个架构都由特定的结构和行为元素组成为了应对不同成员之间的异质性、自治性和利益的多样性，治理（或执法）系统被定义。治理系统定义了系统实体必须遵循的一组规范（或法律）[15]。在这种情况下，规范被用来规范MAS中的代理人的行为，通过描述可以执行的动作或可以实现的状态（许可），必须执行的动作或必须实现的状态（义务），以及不能执行的动作或不能实现的状态（禁止）。此外，规范被用来处理自治，不同的利益和愿望的代理人共同居住的系统[12]。规范和体系结构之间的关系在最近的著作中有所涉及[2，13]。在TAO中，规范概念和代理架构的建模是有限的，因此需要适应TAO的概念，以便支持规范概念以及文献中定义的其他代理架构[14]。本文提出了TAO的扩展，以表示与内部代理体系结构相关联的规范概念。本文的结构如下：TAO，规范MAS和内部架构在第2节中描述。TAO的扩展见第3节。第4节介绍了涉及拟议延期的案例研究。第五节介绍了相关的工作。最后，结论和未来的工作在第6节。2背景2.1驯服代理和对象（TAO）框架TAO（驯服代理和对象）提供了一个本体，它涵盖了基于代理和对象的软件工程的基础知识，并支持大规模MAS的开发[17]。TAO将每个抽象的定义作为其本体的概念，并建立它们之间的关系。• 对象：它是一个被动的或反应性的元素，具有状态和行为，可以与其他元素相关。紧急支援系统Freire等人理论计算机科学电子笔记292（2013）5759• 智能体：它是一种具有心理状态的自主、自适应和交互的元素。它的心理状态有以下几个组成部分：（一）信念，（二）目标，（三）计划和（四）行动。• 组织：这是一个将代理分组的元素，代理扮演角色并具有共同的目标.它可以通过公理的概念来限制他们的代理人及其子组织的行为，公理定义了必须执行的动作• 对象角色：它是指导和限制组织中对象行为的元素对象角色可以向扮演该角色的对象实例• 代理角色：它是指导和限制组织中代理行为的元素。代理人角色定义了（i）定义代理人必须执行的动作的职责，（ii）定义代理人可以执行的动作的权利，以及（iii）定义与其他元素交互的协议。• 环境：它是代表代理人，对象和组织的栖息地的元素。环境可以是异构的、动态的、开放的和分布式的。此外，Silva et al.[17]在TAO中定义了以下关系：居住，所有权，游戏，专业化/继承，控制，依赖，关联和聚合/组合。2.2多智能体系统这些规范用于限制代理人、组织和子组织在一段时间内的行为，并规定了违反或履行时的制裁措施[15]。构成规范的主要要素是[15]：• 道义概念：道义逻辑是指要求、命令、规则、法律、道德原则和判断的逻辑在MAS中，这些概念被用来描述代理行为的约束（义务，许可和禁止）。• 涉及的实体：规范总是被定义为限制实体的行为，因此识别（一组）受影响的实体是必不可少的。• 操作：指定规范限制的操作。这些行为可以是沟通行为，也可以是非沟通行为。• 激活约束：定义规范激活的时期。规范可以由一个（一组）约束激活，例如：动作的执行，指定时间间隔，系统状态或时间方面（如日期）的到达，以及其他规范的激活/去激活和规范的实现/违反。• 制裁：它们是当一个实体履行或违反规范时适用的奖励或惩罚。• 环境：规范通常在确定应用领域的特定环境中定义，例如特定的环境或组织。60紧急支援系统Freire等人理论计算机科学电子笔记292（2013）572.3内部架构的内部架构可以通过反应性和主动性的概念进行分类作为可重用架构，可以突出简单可重用代理和基于模型的可重用代理，并且像主动架构一样，可以突出基于目标的代理和基于效用的代理。• 简单回复代理[14]：条件-动作规则用于根据当前感知选择动作这种架构假设在任何时候代理通过传感器从环境中接收信息。这些感知包括通过代理人用于做出决策的方面对状态的表示。子系统负责处理感知序列，并从一组可能的动作中为代理选择适当的动作。代理通过执行器执行选定的动作。• 基于模型的reprisex代理：类似于简单的reprisex代理，基于模型的代理使用条件-动作规则来选择它们的动作。此外，为了处理部分可观察的环境并实现最高的理性性能，该代理能够将环境的当前状态存储在其内部状态或模型中。引入了一个名为next函数的函数来将感知和当前内部状态映射到一个新的内部状态，该内部状态用于选择下一个动作。• 基于目标的代理：它们基于用于选择特定目标和导致目标的相关动作的模型。 这允许代理在可能性中选择状态目标。规划活动致力于找出能够实现代理目标的行动序列[14]。因此，基于目标的代理包含下一个功能，并且还包括目标制定功能和问题制定功能，目标制定功能接收当前状态并返回制定的目标，问题制定功能接收状态和目标并返回问题;• 基于实用程序的代理：考虑到存在多个目标状态，为了优化代理的性能，可以设置如何期望特定状态的度量。因此，在该体系结构中引入了效用函数，以根据当前目标测量相关效用[14]。基于效用的代理人包括基于目标的代理人相同的元素3扩展框架TAOTAO的扩展集中在内部架构的表示以及组成规范的静态元素。表示是通过用于以示意性方式定义每个抽象的模板来完成的。它们列出了元模型层中每个元素的属性集和关系紧急支援系统Freire等人理论计算机科学电子笔记292（2013）5761内部架构结构/金属特征行为特征简单代理雷塞内克斯-感知和行动（以条件-行动规则为导向）一种基于模型的ReexAgent目标 和 信仰感知、下一个恐惧和行动（以条件-行动规则为导向）BDI Agent目标 和 信仰计划和行动（以根据目标选择的计划为导向）基于目标的Agent目标 和 信仰知觉，下一个因素，目标形成功能，问题形成功能，计划与行动基于实用程序的Agent目标 和 信仰知觉、下一个因素、目标形成函数、问题形成函数、效用函数规划和行动表1新的TAO代理功能。3.1代表内部架构TAO将智能体描述为一个自主、自适应和交互的元素，其结构特征包括目标和信念，其行为特征包括行动和计划[17]。然而，根据代理的内部架构，这些功能中的一些不能在代理的行为中建模因此，基本的行为特征是由动作、结构、心理或行为方面来定义的（表1）。除了概念方法，席尔瓦等人。[17]通过模板显示代理因此，用于表示新代理类型的模板如下：（简单回复）代理代理类代理类名感知setOf{感知名称}操作setOf{操作名称}生 成 的 事 件 ： setOf{ Event Name} ， 感 知 的 事 件 ： setOf{ EventName} Roles setOf{ Role Class Name}，关系setOf{ R Name}结束代理类（基于模型的Re-Example）Agent代理类代理类名信念setOf{信念名称}感知setOf{感知名称}NextFunctionsetOf{ NF名称}62紧急支援系统Freire等人理论计算机科学电子笔记292（2013）57操作setOf{操作名称}生成的事件：setOf{ Event Name}，感知的事件：setOf{ EventName} Roles setOf{ Role Class Name}，关系setOf{ R Name}结束代理类（基于目标的）Agent代理类代理类名称目标集合{目标名称}信念集合{信念名称}感知集合{感知名称}操作集合{操作名称}计划集合{计划名称}下一个函数集合{函数名称}FormulateGoalFunction setOf{ GF Name}FormulateProblemFunction setOf{ PF Name}生成的事件：setOf{ Event Name}，感知的事件：setOf{ EventName} Roles setOf{ Role Class Name}关系setOf{ R Name}结束代理类（基于实用程序）代理代理类代理类名称目标集合{目标名称}信念集合{信念名称}感知集合{感知名称}操作集合{操作名称}计划集合{计划名称}下一个函数集合{函数名称}FormulateGoalFunction setOf{ GF Name}FormulateProblemFunction setOf{ PF Name}UtilityFunction setOf{ UF Name}生成的事件：setOf{ Event Name}，感知的事件：setOf{ EventName} Roles setOf{ Role Class Name}关系setOf{ R Name}结束代理类3.2在TAO中包含规范概念为了在TAO中包含规范的静态概念，创建一个新的抽象规范及其关系是必要的。考紧急支援系统Freire等人理论计算机科学电子笔记292（2013）5763虑到定义和64紧急支援系统Freire等人理论计算机科学电子笔记292（2013）57在第2.2节中建立的规范的属性，一个新的元类来表示这个概念是需要在TAO。由于规范是一个具有状态和行为属性的元素，以及特定的关系，这个概念由新的元类Norm建模此外，引入了新抽象规范概念框架元素之间的三种新关系，以表明规范的其他性质• 情境：它定义环境、组织或子组织是规范的应用情境。所有与环境、组织和子组织相关的要素的行为都将受到规范的约束。• 限制：它定义了哪个实体的行为将受到规范的约束如果该实体遵守或违反这些规范，将受到制裁• SanctionReward：它指定了完成规范的实体可以获得的奖励。• SanctionPunishment：它规定了违反规范的实体可以受到的惩罚。关系模板用于定义元素之间的链接。对于每种关系类型，模板标识元素及其在关系中的角色。关系关系关系名称语境：语境，规范| RESTRICT : element, norm| SANCTION REWARD : reward, norm| SANCTION PUNISHMENT : punishment, norm端关系范数的模板表示一个范数类，它将其状态定义为要限制的资源，将其实例的行为定义为所有范数实例共有的属性和关系的集合。根据第2.2节，规范的行为是根据其与道义概念和激活约束相关的特征来定义的。规范规范类规范类名约束类型道义概念名称资源元素类Name.property>激活约束setOf{约束类型约束类型名称：（元素类名第一>和/或元素类名第二>）或日期>或元素类名Name.property：运算符= [（元素类名.属性）或（值）]>}关系setOf{关系名称}紧急支援系统Freire等人理论计算机科学电子笔记292（2013）5765结束规范类3.2.1规范在TAO抽象中的包含为了纳入规范概念，对TAO中已经存在的抽象进行调整是必要的。代理人角色中的权利和义务概念用来定义代理人能够并且必须执行的行动，而代之以规范所定义的允许和义务的道义概念。因此，在基于目标的Agent和基于效用的Agent的Agent角色模板中，权利和义务的概念已经被规范概念所取代。Agent角色（基于目标和基于效用的Agent）代理角色类代理角色类名称目标集合{目标名称}信念集合{信念名称}动作集合{动作名称}Protocols setOf{ Interaction Class Name} U setOf{ RuleName} Commitments setOf{ Action Name}关系setOf{关系名称}结束代理角色类不同的是，根据[14]，一个简单的receivex代理没有信念和目标。 在基于模型的recruex agent的情况下，信念仅作为结构特征存在（2.3节）。因此，下面的模板表示相应代理角色的体系结构。一个组织定义了一组规则和法律，以表征代理人和子组织必须遵守的全局约束[17]。考虑到这些概念在语义上的等价性，在组织中用规范来代替最后，为了定义与服务和资源相关的访问限制，组织组织类别组织类别名称规范集{规范名称}操作集{操作名称}关系setOf{关系名称}结束组织类环境环境类环境类名称66紧急支援系统Freire等人理论计算机科学电子笔记292（2013）57Norms setOf{ NormName}BehaviorsetOf{ Properties}关系setOf{关系名称}生成的事件：setOf{ Event Name}，感知的事件：setOf{ Event Name}end环境类4案例研究：TAC-SCMTAC-SCM（供应链管理）是一个高度动态、随机和战略的环境[18]，允许实现同步拍卖。该游戏描述了个人电脑组装的供应链场景，包括计算机制造，为这些机器的组装提供组件的供应商和需要建造计算机的客户[1]。该环境模拟了代理商需要管理供应链的一系列日期。座席的银行帐户初始余额为空。每个模拟日，客户提交预算请求，并根据交付日期和订单价格选择客户提交的预算[1]。TAC-SCM的完整建模可在www.example.com上获得https://sites.google.com/site/uecegessi/case-study-tac-scm-tao。用于定义对应于元模型层的每个抽象的模板被实例化，以便在TAC-SCM的上下文中使用模板对域模型层4.1建模代理此外，在TAC-SCM中，确定了五种类型的代理人：DeliveryAgent，SellerAgent，BuyerAgent，SupplierAgent和ManagerAgent。因此，每个代理的内部架构是根据游戏中各自的角色来选择的DeliveryAgent类必须实现将产品交付给消费者的目标。为了实现这一目标，应该采取一系列行动DeliveryAgent类可以由TAO最初提出的代理模板表示DeliveryAgent代理类DeliveryAgent信念{OrdersToDelivery}目标{DeliveryProductsToConsumer}操作{CheckCurrentDeliveryDate，CheckableProducts，DeliveryProduct}计划{交付}生成的事件：{}，感知的事件：{}角色{发货人}关系{居住TAC环境，播放托运人}结束代理类紧急支援系统Freire等人理论计算机科学电子笔记292（2013）5767ManagerAgent类负责管理所有STA并分配资源。这个代理人试图最大化利润和销售额，请注意，这些目标可能是相互冲突的。因此，在这种情况下，最合适的架构是基于实用性的。管理员代理代理类管理器代理目标{最大化利润，最大化销售}信念{SalesInformation，ShoppingInformation，ProductiveInformation}感知{BuyerRequirements，Seller Requirements，生产商要求， 发货人要求}操作{RequestBuyParts，RequestPcProduction，RequestPcSelling，EvaluateBuyingPrice，EvaluateShoppingPrice}计划{ManagerPlanning}、NextFunction{ ManagerNextFunction}公式化目标函数{ManagerGoalFormulation}公式化问题函数{ManagerProblemFormulation}实用程序函数{ManagerUtilityFunction}生成的事件：{}，感知的事件：{}角色{经理}关系{居住TACEnvironment，Play Manager}结束代理类回购代理（买方代理和卖方代理）的角色如下所示买方代理角色类购买者信念{AuctionPrice，StockMissing}操作setOf{ Buy，Pay，RequestPrices}协议{FIPA协议}，承诺{Shop}关系{关联买家代理}结束代理角色类卖方代理角色类卖方操作集合{O供应商产品，收款付款}协议{FIPA协议}，承诺{MakeSales}关系{关联SellerAgent}结束代理角色类68紧急支援系统Freire等人理论计算机科学电子笔记292（2013）574.2TAC-SCM规范的定义对于TAC-SCM，建立了以下规范及其建模：• N1：一般商店组织• N2（惩罚）：违反N1的买家将被禁止购买物品。N1N1类标准限制类型义务资源买家.payGood激活约束{after：Buyer.buyGood}关系setOf{上下文GeneralStore N1，Restrict Buyer N1，Sanction N2 N1}结束规范类N2标准N2限制类型禁止资源买家.buyGood关系setOf{上下文通用存储N2，限制购买者N2}结束规范类5相关工作在本节中，我们将TAO+与其他概念框架和组织模型进行了比较。这种比较考虑了能够表示组成MAS的元素的结构和动态属性以及[14]中定义的规范元素和内部代理架构的表示。D'Inverno和Luck [ 6 ]提出的框架定义了一个由实体、对象、代理和自治代理组成的 然而，它提出了以下限制：（i）没有定义与拟议实体相关的动态方面（ii）它不提供规范的激活约束，以及（iii）不可能定义许可规范。KAoS是一个概念框架，它将实体、关系和代理等抽象定义为对象扩展[3]。我们可以提到这个框架的一些弱点：（i）KAoS没有考虑组织、角色和环境;(ii)它没有以令人满意的方式解释实体和代理人之间的区别;（iii）它没有描述对象特征或解释它如何通过其他抽象扩展;（iv）它没有定义与之相关的任何动态方面。紧急支援系统Freire等人理论计算机科学电子笔记292（2013）5769实体，以及（v）它仅描述限制对其抽象的属性的访问的策略。组织模型Moise+ [11]基于Moise [10]模型，该模型提出了以组织为中心的观点，考虑了三种形式来表示组织限制（角色，计划和规范）。Moise+允许描述组织环境中角色的许可和禁止规范。该模型存在以下缺点：（i）它没有定义代理属性;（ii）它不允许代理和环境的规范规范，（iii）它不支持制裁的定义，（iv）即使允许对异构代理进行建模，它也不支持[14]中定义的所有内部代理架构的定义。组织模型OperA [5]是一个框架，它允许通过区分组织模型的特征和代理的行为来规范MAS。OperA允许在组织背景下描述与代理人、代理人角色和代理人群体的义务、许可和禁止有关的规范。此外，它允许定义规范激活的限制。然而，这种组织模型：（i）它确实允许对代理组织的结构方面进行建模，（ii）它不支持奖励的定义，只有惩罚，（iii）它不允许在环境背景下限制代理行为TAO+允许MAS实体的结构和动态属性的表示与规范的静态元素（道义概念，涉及的实体，行动，激活约束，制裁和上下文）相关联，这些实体的行为。 此外，TAO+代表[14]中定义的所有内部代理架构。因此，具有不同代理架构的规范多代理系统可以在TAO+中建模6结论和未来工作本文介绍了TAO的扩展，以使主要的内部代理体系结构的表示和相关的规范与已经存在的实体的概念提出的扩展涉及创建抽象规范和四个新的关系。每个抽象和关系的属性都是通过模板指定的。此外，调整已经存在的抽象模板的建议。四种代理内部架构的规范被添加到概念框架中。此外，代理角色概念也发生了变化，以符合新的代理定义。最后，案例研究集中在TAC-SCM的建模，通过实例化的模板，旨在说明所提出的扩展的充分性作为未来的工作，我们考虑通过[17]中提出的方法对所提出的模板进行形式化。这项工作可以帮助加入MAS-ML [16]的扩展，与代理规范[7，8]和内部代理架构[9]相关。70紧急支援系统Freire等人理论计算机科学电子笔记292（2013）57引用[1] Arunachalam河，2003年供应链管理贸易代理人竞赛，第三届自治代理人多代理人系统国际联合会议2004年7月[S.l.：s.n.]。p. 113-120[2] 快 来 ， G 。 A. L. ， E. S. S.Freire 和 M. I.Cort 'es ， Norm-Bas ed 行 为 Modi f i cationinR eebraxexAgents，第14届国际人工智能会议（ICAI@WORLDCOMP）。第14届国际人工智能会议论文集，2012年，拉斯维加斯，美国。[3] Dardenne，A.，A. Lamsweerde和S. Fickas，Goal-directed Requirements Acquisition。计算机程序设计科学。第20卷，第3 -50页，1993年。[4] Dieste，O.，N. Juristo，A. 软件工程与知识工程中的概念建模：概念、技术与趋势，张锡基，2001。（编辑）：软件工程与知识工程基础手册世界科学出版公司，2001年，Vol.1.一、[5] Dignum ， V. ， “A model for organizational interaction: based on agents, founded in logic, ” PhDdissertation,[6] D'Inverno，M.和M.好运“Understanding Agent Systems, ” New York: Springer,[7] Fr e ir e，E.S. 美国， M.I. 是的，E。 J. T.Goncal v es和Y. S.LOPES，一种规范化多智能体系统的建模语言。第13届面向Agent软件工程国际研讨会（AOSE@AAMAS）。第13届面向Agent软件工程，瓦伦西亚（西班牙），2012年。[8] Fr e ir e，E. S. 美国， M. I. 是的，E。 J. T. Goncal v es和Y. S. NorMAS-ML：一种建模语言来建模规范的多智能体系统。第14届企业信息系统国际会议（ICEIS）。第14届企业信息系统国际会议论文集弗罗茨瓦夫（波兰），2012年。[9] Gonsp. ves，E. J. T.，M. I. 天啊G。A. L. 来吧，G。F. Gomes和V. T. Silva在第25届ACM发表了面向Agent的软件工程方法、结构和过程（AOMIP）专题报告《使用MAS-ML建模反应性和主动性Agent》。应 用 计 算 （ SAC 2010 ） 。 Proceedings of the 25th Annual ACM Symposium on AppliedComputing ，Sierre，Su'southwestern，2010.[10] Hannoun，M.，“MOISE：un m o d ` ele organisationnel p our les sys t ` emes multi-age n ts.” T h`ese（Doctorat），E'coleNacionaleSu p'ericentumdesMinesdeSai nt-Etienne，2002.[11] Hubner，J. F.、 J. S. Si chman和B. Olivier，多智能体系统中组织的结构，功能和本体规范的模型，第16届巴西人工智能研讨会论文集：人工智能的进展，2002年，Springer-Verlag London，英国。[12] 我爱你，我爱你，“社 会 权 力 和 规 范 ： 对 年 龄 的 影 响”， 博 士 论 文 ， 南 安 普 敦 大 学 ， 工 程 和 应 用 科 学学院，电 子和计算机科学系， 2003 年。[13] Meneguzzi，F.和M. Luck，BDI代理中基于规范的行为修改，第八届自治代理和多代理系统国际会议（AAMAS 2009），Decker，Sichman，Sierra和Castelfranchi（编辑），2009年5月10日至15日，匈牙利布达佩斯[14] Russell，S. Norvig，“人工智能：现代方法”，第2版，上萨德尔河，NJ：Prentice Hall，2003，ISBN 0-13-790395-2.[15] 席尔瓦，V. T.，C. Braga和K. Figueiredo，A Modeling Language to Model Norms，自治代理和多代理系统国际联合会议（AAMAS 自治年龄和多年龄系统国际会议论文集，2010年，Toro nto，Canada'。[16] Silva，V.，R. Choren和C.刘文，多Agent系统建模语言，面向Agent软件工程，北京，2008。[17] Silva，V.，A. Garcia，A.布兰当角查维斯角Lucena和P.软件工程中的驯服代理和对象;Lucena，C.;Zamboneli，F.; Omicini，A; Castro，J.（Eds.），大型多智能体系统的软件工程，Springer-Verlag，LNCS 2603，pp。1-26，2003，ISBN 978-3-540-08772-4。[18] Wellman ， M. P.， P. Stone， A.格 林沃 尔 德 和P.R. Wurman ， 2001 年 交易 代 理 竞争， IEEE InternetComputing，v.13，p.935-941，2002年。
我的内容管理
展开
