多智能體系統(tǒng)建模、仿真及應(yīng)用

內(nèi)容全面，講解細致

全書內(nèi)容由淺入深，詳細講解了多智能體系統(tǒng)的建模、仿真及應(yīng)用。

理實一體，突出應(yīng)用

通過實踐應(yīng)用，講解多智能體系統(tǒng)模型設(shè)計、程序?qū)崿F(xiàn)、仿真運行。

資源豐富，方便教學(xué)

配套微課視頻、教學(xué)大綱、電子課件、源代碼等，方便師生教與學(xué)。

分布式人工智能（Distributed Artificial Intelligence，DAI）主要研究在邏輯上或物理上分散的智能系

統(tǒng)如何并行地、相互協(xié)作地實現(xiàn)問題求解。多智能體系統(tǒng)（Multi-Agent System，MAS）是DAI 的一個

重要分支，是人工智能的最新發(fā)展方向，是人工智能技術(shù)的一次質(zhì)的飛躍。如果說模擬人是單智能體的

目標，那么模擬人類社會則是多智能體系統(tǒng)的最終目標。

智能體和多智能體技術(shù)起源于分布式人工智能研究。自20 世紀80 年代末以來，該方向成為人工智

能領(lǐng)域熱門的研究分支，與數(shù)學(xué)、控制、經(jīng)濟學(xué)、社會學(xué)等多個領(lǐng)域相互借鑒和融合，逐漸成為國際上

備受重視的研究領(lǐng)域之一。20 世紀90 年代，由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，人工智能出現(xiàn)了新的研究高潮，開

始由單個智能主體研究轉(zhuǎn)向基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的分布式人工智能研究，不僅研究基于同一目標的分布式問題，

而且研究多個智能主體的多目標問題，并將人工智能推向社會生活的各個應(yīng)用領(lǐng)域。MAS 等相關(guān)技術(shù)

已應(yīng)用于交通控制、智能機器人、車聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)、柔性制造、無人機控制、虛擬現(xiàn)實、分

布式預(yù)測、監(jiān)控及診斷、電子商務(wù)、健康、娛樂等領(lǐng)域。目前，多智能體技術(shù)已經(jīng)成為一種進行復(fù)雜系

統(tǒng)分析與模擬的思想方法與工具。未來要實現(xiàn)通用人工智能，多智能體系統(tǒng)是必須突破的研究方向。目

前主要研究的內(nèi)容涉及多智能體及環(huán)境建模、反應(yīng)智能、一致性問題、群體智能、認知智能、學(xué)習(xí)、通

信、合作、協(xié)商與談判等。

本書基于NetLogo 平臺進行復(fù)雜系統(tǒng)的建模和仿真。NetLogo 是一種基于現(xiàn)代教育教學(xué)思想的新型

系統(tǒng)建模軟件。NetLogo 于 1999 年由美國的西北大學(xué)的 Uri Wilensky 等開發(fā)，此后由關(guān)聯(lián)學(xué)習(xí)中心不

斷對其進行完善和發(fā)展。NetLogo 將智能體作為輔助性工具來輔助其他課程的教學(xué)，或作為一種研究工

具來培養(yǎng)學(xué)生的人工智能實踐能力，傳播智能體技術(shù)知識。該平臺通過先進的2D/3D 虛擬技術(shù)對智能

體應(yīng)用的各個環(huán)節(jié)（如場景的建立、智能體的構(gòu)建以及運行仿真）進行高度的2D/3D 虛擬模擬。通過

場景模擬，智能體搭建運行及可視化編程能夠為構(gòu)建多智能體技術(shù)學(xué)習(xí)環(huán)境提供一個充滿樂趣的、有效

的教學(xué)及科技創(chuàng)新應(yīng)用平臺。通過基于NetLogo 平臺的虛擬仿真，多智能建模研究智能個體如何通過簡

單的規(guī)則形成集體行為，智能個體如何在自然和社會結(jié)構(gòu)中交互，以及信息如何在智能個體之間傳播，

可以為許多自然和社會現(xiàn)象建立模型。本書獲國家自然科學(xué)重點項目基金（No.62031003）資助。

由于時間倉促，書中難免存在不妥之處，懇請讀者批評指正，并提出寶貴意見。

前言
第1 章　多智能體系統(tǒng)概述 ............................................ 1
1.1　自然智能和人工智能 ............................................... 1
1.1.1　自然智能 .......................................................... 1
1.1.2　人工智能 .......................................................... 3
1.2　多智能體系統(tǒng) ........................................................... 4
1.2.1　多智能體系統(tǒng)的定義與特點 .......................... 4
1.2.2　多智能體系統(tǒng)的形式化描述 .......................... 7
1.2.3　多智能體系統(tǒng)理論的發(fā)展 .............................. 9
1.2.4　多智能體系統(tǒng)的應(yīng)用 .................................... 10
1.3　多智能體系統(tǒng)的主要技術(shù)內(nèi)容 ............................. 13
1.4　NetLogo 仿真工具 .................................................. 23
第2 章　反應(yīng)智能體 ..................................................... 24
2.1　復(fù)雜自組織系統(tǒng) ..................................................... 24
2.2　反應(yīng)智能體建模 ..................................................... 27
2.2.1　純反應(yīng)型智能體 ............................................ 27
2.2.2　ABM 建模的基本概念 .................................. 28
2.3　掃地機器人反應(yīng)行為模型 ..................................... 33
2.4　城市森林公園火災(zāi)撲救反應(yīng)行為模型 ................. 35
第3 章　一致性問題 ..................................................... 41
3.1　集體運動和編隊隊形 ............................................. 41
3.1.1　集體運動與自組織 ........................................ 41
3.1.2　模式和聚集 .................................................... 43
3.1.3　有組織隊形 .................................................... 44
3.1.4　Boids 模型 ...................................................... 44
3.1.5　Couzin 模型 .................................................... 45
3.2　基于人工勢場法的機器人避障模型 ..................... 46
3.3　無人機追捕逃犯模型 ............................................. 50
第4 章　蟻群自組織與共識自主性 ............................... 55
4.1　蟻群優(yōu)化概述 ......................................................... 55
4.1.1　引言 ................................................................ 55
4.1.2　蟻群算法的工作原理 .................................... 58
4.1.3　蟻群算法的基本流程 .................................... 61
4.1.4　蟻群算法的應(yīng)用 ............................................ 61
4.2　蟻群算法的基本實現(xiàn)技術(shù) ..................................... 62
4.2.1　蟻群算法中的轉(zhuǎn)移概率 ................................ 62
目　　錄
前言
4.2.2　信息素的更新機制 ........................................ 62
4.3　蟻群覓食問題 ......................................................... 63
4.4　月球巖石搜索機器人路徑規(guī)劃 ............................. 69
第5 章　飛鳥與粒子 ..................................................... 74
5.1　粒子群算法概述 ..................................................... 74
5.1.1　引言 ................................................................ 74
5.1.2　粒子群算法的基本流程 ................................ 75
5.1.3　粒子群算法的應(yīng)用 ........................................ 76
5.2　粒子群算法的基本實現(xiàn)技術(shù) ................................. 76
5.2.1　標準PSO 及其擴展 ....................................... 76
5.2.2　解的空間表示與參數(shù)選擇 ............................ 79
5.2.3　適應(yīng)度評價函數(shù) ............................................ 80
5.3　車輛加速度參數(shù)優(yōu)化問題 ..................................... 80
5.4　公共建筑物人員疏散問題 ..................................... 85
第6 章　遺傳與進化智能體 .......................................... 92
6.1　遺傳算法簡述 ......................................................... 92
6.1.1　遺傳算法的發(fā)展歷程 .................................... 92
6.1.2　遺傳算法的基本流程 .................................... 93
6.1.3　遺傳算法的應(yīng)用 ............................................ 93
6.2　遺傳算法的基本實現(xiàn)技術(shù) ..................................... 95
6.2.1　參數(shù)編碼方式 ................................................ 95
6.2.2　適應(yīng)度函數(shù) .................................................... 96
6.2.3　遺傳算子 ........................................................ 97
6.3　餐廚垃圾收運路線優(yōu)化 ......................................... 99
第7 章　認知智能體 ................................................... 105
7.1　認知科學(xué) ............................................................... 105
7.1.1　認知智能 ...................................................... 105
7.1.2　認知科學(xué)的興起及發(fā)展 .............................. 106
7.1.3　基于認知科學(xué)的人工智能 .......................... 106
7.2　認知智能的實現(xiàn)技術(shù) ........................................... 108
7.2.1　知識圖譜 ...................................................... 108
7.2.2　知識圖譜架構(gòu)及基本要素 .......................... 109
7.2.3　知識圖譜構(gòu)建技術(shù) .......................................111
7.3　基于目標的城市智能交通模型 ........................... 112
7.4　基于效用的高速公路交通模型 ........................... 119
第8 章　強化學(xué)習(xí)智能體 ............................................ 123
8.1　強化學(xué)習(xí)智能體概述 ........................................... 123
8.1.1　強化學(xué)習(xí)智能體的發(fā)展歷程 ...................... 123
8.1.2　強化學(xué)習(xí)智能體概要 .................................. 125
8.1.3　Q 學(xué)習(xí)算法的基本流程 .............................. 128
8.1.4　強化學(xué)習(xí)智能體的應(yīng)用 .............................. 129
8.2　強化學(xué)習(xí)的基本實現(xiàn)技術(shù) ................................... 131
8.3　機器人SARSA 學(xué)習(xí)路徑規(guī)劃 ............................ 132
8.4　Q 學(xué)習(xí)跨越障礙機器人 ....................................... 136
第9 章　多智能體網(wǎng)絡(luò)與通信 ..................................... 144
9.1　智能體網(wǎng)絡(luò)與通信問題 ....................................... 144
9.1.1　引言 .............................................................. 144
9.1.2　智能體通信方式 .......................................... 147
9.1.3　智能體通信模型 .......................................... 147
9.1.4　智能體通信語言 .......................................... 149
9.2　基于廣播通信的機器人聚集 ............................... 150
9.3　探測器和排雷機器人的點到點通信 ................... 152
第10 章　多智能體協(xié)調(diào)、合作和協(xié)商 ........................ 157
10.1　多智能體系統(tǒng)的協(xié)作機制研究 ......................... 157
10.1.1　多智能體協(xié)調(diào) ............................................ 157
10.1.2　多智能體合作 ............................................ 158
10.1.3　多智能體協(xié)商 ............................................ 160
10.1.4　多智能體協(xié)作的主要方法 ........................ 160
10.2　機器人合作鋪路問題 ......................................... 163
10.3　機器人的組行為和協(xié)調(diào) ..................................... 166
10.4　無人駕駛出租車協(xié)商運輸BDI 模型 ................ 170
參考文獻 ..................................................................... 176

1. 嵌入式人工智能技術(shù)應(yīng)用（數(shù)字教材） [主編 胡娜 楊國勇 晏廷榮]
2. 人工智能應(yīng)用 [主編　陳　萍　劉培培　陳孟軍]
3. 人工智能開發(fā)框架應(yīng)用 [主編 王明超 蘆婭云]
4. 人工智能技術(shù)導(dǎo)論 [主編 劉軍 趙守凱 林海]
5. 人工智能應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)項目化教程 [主編 楊家慧 周永福 魏育華]
6. 從石器時代到智能時代—青少年人工智能啟蒙 [丁紅　著]
7. 人工智能技術(shù)與機器人 [主編　邵克勇]
8. 人工智能基礎(chǔ) [周永福 韓玉琪 王巧巧]
9. 人工智能應(yīng)用基礎(chǔ) [主編 楊纓 李佳]
10. 人工智能概論（第二版） [主編　任云暉　丁紅　徐迎春 ]
11. 人工智能基礎(chǔ) [主編 余平 張春陽]
12. 人工智能導(dǎo)論 [主編 王飛 潘立武]
13. 人工智能算法與實踐 [主編　梁琨　張翼英]
14. 人工智能概論（第二版） [張廣淵　周風(fēng)余　朱振方　著]
15. 人工智能導(dǎo)論 [主編　張翼英　張茜　張傳雷]
16. 人工智能概論 [主編　任云暉　丁紅　徐迎春]
17. UML系統(tǒng)建模及系統(tǒng)分析與設(shè)計（第二版） [王欣 張毅 編著]
18. 人工智能概論 [張廣淵 周風(fēng)余 著]
19. 人工智能改變世界：走向社會的機器人 [劉進長　雷瑾亮　著]
20. MSC Adams 多體動力學(xué)仿真基礎(chǔ)與實例解析（第二版） [湯滌軍 張躍 編著]
21. 人工智能與問題解決方法 [[美]Danny Kopec｜Christopher P]
22. UML系統(tǒng)建模及系統(tǒng)分析與設(shè)計 [王欣 張毅 編著]
23. 人工智能與專家系統(tǒng)（第二版） [尹朝慶]