盧山

摘要：本文首先解釋了多主體系統(tǒng)的含義，并介紹了多主體系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，給出了多主體系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：多主體系統(tǒng)；主體系統(tǒng)；體系結(jié)構(gòu)；開發(fā)設(shè)計(jì)

1.多主體系統(tǒng)簡(jiǎn)介

多個(gè)體的系統(tǒng)被圣菲研究所稱為多主體的系統(tǒng)，因?yàn)槠渲械膫€(gè)體都是獨(dú)立決策的行為主體，不受一個(gè)系統(tǒng)中樞的指揮。這個(gè)系統(tǒng)因此可以被稱為是多中心的，甚至由于自為中心的主體是如此之多以致可以被稱為“無中心”的。但是它們并不因此是“一群烏合之眾”，眾多獨(dú)立個(gè)體在相互作用的交往活動(dòng)中卻能彼此協(xié)調(diào)，保持一種宏觀秩序，如在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中眾多商品生產(chǎn)者自發(fā)遵循價(jià)值法則活動(dòng)所造成的現(xiàn)象。在他們的研究中，把研究的系統(tǒng)看成是多個(gè)主體組成，并且研究包含有子系統(tǒng)的多主體系統(tǒng)。

多主體系統(tǒng)可以定義為“a loosely-coupled network of problem solvers that work together to solve problems that are beyond their individual capabilities”。這些問題求解器就是一個(gè)個(gè)的主體。實(shí)際系統(tǒng)中的主體可由不同開發(fā)者在不同時(shí)間用不同工具和技術(shù)實(shí)現(xiàn)，各具不同領(lǐng)域不同程度的問題求解能力。多主體系統(tǒng)一般具有個(gè)體信息不完全、個(gè)體能力受限、無全局控制、數(shù)據(jù)分布化和計(jì)算異步等特點(diǎn)。一個(gè)多主體系統(tǒng)一般由以下幾個(gè)部分組成：（1）多個(gè)已存在的主體；（2）多主體之間的聯(lián)合意圖，即多個(gè)主體聯(lián)合行動(dòng)以實(shí)現(xiàn)共同的目標(biāo)；（3）常識(shí)，即主體之間的公共知識(shí)；（4）公共行為規(guī)范，即多個(gè)主體在聯(lián)合行動(dòng)中應(yīng)遵守的公共規(guī)則和采取的行動(dòng)；（5）主體賴以生存的環(huán)境，即為主體行為提供基本保障的設(shè)施，如網(wǎng)絡(luò)、軟硬件平臺(tái)等。

2.多主體系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

體系結(jié)構(gòu)就是對(duì)要完成的特定任務(wù)進(jìn)行特定分解的一般方法學(xué)。多主體系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)研究的是怎樣為構(gòu)造主體按一定方法將主體分解成各種功能模塊。多主體系統(tǒng)是主體群體，其中的各主體通過相互協(xié)商與合作來實(shí)現(xiàn)多主體系統(tǒng)的功能。因此，多主體系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)分為個(gè)體主體體系結(jié)構(gòu)和主體群體社會(huì)結(jié)構(gòu)兩部分。其中個(gè)體主體體系結(jié)構(gòu)是指在多主體系統(tǒng)中單個(gè)主體的構(gòu)造結(jié)構(gòu)，它與單主體體系結(jié)構(gòu)研究的內(nèi)容聯(lián)系緊密。主體群體社會(huì)結(jié)構(gòu)是指存在于各主體中的通信和控制模式，通過定義主體之間的權(quán)威關(guān)系，為主體提供了一種交互框架。體系結(jié)構(gòu)不但決定了主體之間的通信方式，也決定了系統(tǒng)中信息的存儲(chǔ)和共享方式。體系結(jié)構(gòu)的選取不但影響單主體內(nèi)部協(xié)作智能的多少，而且也會(huì)影響多主體系統(tǒng)中異步、一致性、自主性和自適應(yīng)性的程度。

下面簡(jiǎn)要介紹一下多主體系統(tǒng)中幾種常見的社會(huì)結(jié)構(gòu)，并對(duì)它們?cè)诳刂平Y(jié)構(gòu)、通信、信息存儲(chǔ)等方面進(jìn)行了分析和比較。

1）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：這是一種平板結(jié)構(gòu)，主體網(wǎng)絡(luò)社會(huì)中沒有特權(quán)者，每?jī)蓚€(gè)主體之間都是對(duì)等的關(guān)系。通信對(duì)等、信息局部化是這類結(jié)構(gòu)的顯著特點(diǎn)。

2）層次結(jié)構(gòu)：主體群體中的主體被分層，在每一層的決策和該層的控制權(quán)集中在其上層主體上，由它（它們）控制和協(xié)調(diào)該層主體的行為。同一層的主體之間的通信要經(jīng)過上層。這種結(jié)構(gòu)的主體只需保存其下層主體的相關(guān)信息，但通信不如網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)略。

3）聯(lián)盟結(jié)構(gòu)：將系統(tǒng)中的主體根據(jù)某種方式（一般是根據(jù)距離遠(yuǎn)近，便于通信）劃分成一個(gè)個(gè)的主體聯(lián)盟。聯(lián)盟與聯(lián)盟之間的關(guān)系與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中主體與主體之間關(guān)系一樣。每個(gè)聯(lián)盟有一個(gè)協(xié)助主體，不同聯(lián)盟中主體之間的交互都是通過各聯(lián)盟中的協(xié)助主體協(xié)助完成。

3.多主體系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)方法

主體的理論、技術(shù)，特別是多主體的理論和技術(shù)為開放系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)提供了一個(gè)嶄新的途徑，被稱為是“軟件開發(fā)的又一重大突破”。目前，基于主體的技術(shù)應(yīng)用日益廣泛，其范圍包括商務(wù)、工業(yè)、軍事、醫(yī)療和教育等。在一些大型的基于主體的軟件中，往往會(huì)包含數(shù)量不等的主體，甚至達(dá)到百千計(jì)，其復(fù)雜程度很高，沒有好的開發(fā)設(shè)計(jì)方法要完成此項(xiàng)工作是不可想象的。

近年來，基于主體軟件工程的研究主要集中在面向主體的開發(fā)方法學(xué)的探索，許多方法都借鑒了面向?qū)ο蟮拈_發(fā)方法和建模技術(shù)，依此為基礎(chǔ)，將一些術(shù)語、概念和建模方法應(yīng)用到多主體系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)中。這些技術(shù)的使用或者直接應(yīng)用到多主體系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，或者根據(jù)多主體系統(tǒng)的計(jì)算特性進(jìn)行擴(kuò)展，形成新的面向主體的開發(fā)方法和建模技術(shù)。另外，還有一些研究是基于軟件工程和知識(shí)工程建模技術(shù)，比如Brazier等人提出了一種設(shè)計(jì)多主體系統(tǒng)的規(guī)范框架，稱為DESIRE（design and specification of interacting reasoning components）。另外一些方法是將多主體系統(tǒng)看成一個(gè)由計(jì)算實(shí)體構(gòu)成的人工社會(huì)或組織，然后借鑒組織設(shè)計(jì)的概念、方法等來說明多主體系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)，這類方法更能描述主體的自主性和多主體系統(tǒng)中的復(fù)雜協(xié)作行為。上述方法從兩個(gè)角度來進(jìn)行多主體系統(tǒng)的開發(fā)：

1）將分析和設(shè)計(jì)過程的結(jié)果看成一個(gè)抽象的規(guī)范，開發(fā)者根據(jù)這個(gè)規(guī)范，采用原有的低級(jí)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)；

2）在分析與設(shè)計(jì)過程中形成一些體系結(jié)構(gòu)方面的框架和約定，直接應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)。但面向主體的開發(fā)方法學(xué)最終是要在分析、設(shè)計(jì)過程形成一個(gè)特定的多主體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和有關(guān)各主體結(jié)構(gòu)的嚴(yán)格規(guī)范，并通過一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟產(chǎn)生直接可實(shí)現(xiàn)的主體模型的集合。

到目前為止，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)多主體系統(tǒng)還比較缺乏經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也沒有高質(zhì)量的軟件工具支持，在實(shí)施過程中還沒有統(tǒng)一的規(guī)范，特別是大多數(shù)系統(tǒng)的建造都是從頭開始，組件基本不能重用，很多系統(tǒng)都是依據(jù)各自的具體情況開發(fā)的。這里，依據(jù)軟件工程的各個(gè)環(huán)節(jié)簡(jiǎn)要分析多主體系統(tǒng)的開發(fā)方法。

1）需求分析

在這個(gè)環(huán)節(jié)上，多主體的開發(fā)與其他一般軟件的開發(fā)沒有很大區(qū)別，多主體系統(tǒng)需求分析階段的結(jié)果是用戶的需求文檔，在該文檔中包含了系統(tǒng)分析人員和開發(fā)人員對(duì)用戶需求的一個(gè)特性描述，一般用非技術(shù)語言書寫，以方便用戶的理解；

2）系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軟件工程所要解決的一個(gè)重要問題就是如何設(shè)計(jì)出高效、強(qiáng)大的軟件系統(tǒng)。當(dāng)前，多主體系統(tǒng)軟件開發(fā)的很多研究工作都致力于使系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)成為一個(gè)有方法可循的嚴(yán)格過程，但目前還沒能形成一個(gè)公認(rèn)的設(shè)計(jì)方法學(xué)。在面向主體的

設(shè)計(jì)方法學(xué)領(lǐng)域需要解決兩個(gè)關(guān)鍵問題：理論基礎(chǔ)，新的設(shè)計(jì)方法學(xué)需要有新的理論作為其提出的依據(jù)，在工程實(shí)踐中對(duì)設(shè)計(jì)方法學(xué)不斷的深入分析和研究對(duì)此問題有很好的幫助；宏觀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在系統(tǒng)分析階段形成了抽象、精確的系統(tǒng)規(guī)范之后，就需要將該規(guī)范轉(zhuǎn)換成多個(gè)主體，并通過相對(duì)應(yīng)的宏觀結(jié)構(gòu)理順主體之間復(fù)雜的相互關(guān)系。因此，與面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法學(xué)類似，系統(tǒng)設(shè)計(jì)也要有一套有效的建模方法，通過該方法能夠準(zhǔn)確的確定主體的粒度和職能，精確描述主體之間的依賴關(guān)系，并提供不同的體系結(jié)構(gòu)。

3）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)階段是根據(jù)設(shè)計(jì)階段所建立的職能體系，確定承擔(dān)不同職能的各主體怎樣最好的實(shí)現(xiàn)。不同的職能設(shè)計(jì)將需要不同的主體結(jié)構(gòu)，以體現(xiàn)職能所需要的功能特性和非功能特性。目前，己經(jīng)提出了一些關(guān)于主體的體系結(jié)構(gòu)，其中有兩種是最典型的：“強(qiáng)AI系統(tǒng)”，它使用基于知識(shí)系統(tǒng)或邏輯定理證明來建造主體，在這種結(jié)構(gòu)中通常采用標(biāo)準(zhǔn)的基于知識(shí)技術(shù)，并以規(guī)則、框架等知識(shí)表示技術(shù)代碼化一個(gè)主體的行為；使用Java語言設(shè)計(jì)建立主體的基本框架，而不使用任何AI技術(shù)。目前來看，兩種結(jié)構(gòu)各有優(yōu)缺點(diǎn)，通常簡(jiǎn)單的問題采用Java主體，而復(fù)雜問題就利用推理系統(tǒng)來建立主體。

4）系統(tǒng)的測(cè)試、調(diào)試和驗(yàn)證

測(cè)試和調(diào)試是主體開發(fā)過程中容易忽略的環(huán)節(jié)，由于目前多主體系統(tǒng)的開發(fā)仍處于初級(jí)階段，所以許多性質(zhì)在設(shè)計(jì)階段很難完全確定，許多并發(fā)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性通常需要在原型系統(tǒng)建立后進(jìn)行觀測(cè)和調(diào)試，通過調(diào)試工具逐步執(zhí)行并修正相應(yīng)的行為。

4. 結(jié)論

近年來，對(duì)主體的研究蓬勃興起，面向主體的編程被譽(yù)為是繼面向?qū)ο缶幊讨蟮摹败浖_發(fā)的又一重大突破”。隨著對(duì)主體理論與技術(shù)的深入研究，多主體系統(tǒng)己成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。本文就多主體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)進(jìn)行了研究，依據(jù)軟件工程的各個(gè)環(huán)節(jié)簡(jiǎn)要分析多主體系統(tǒng)的開發(fā)方法。

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