智能體系的宏觀與微觀控制

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1、智能體系的宏觀及微觀控制摘要：在多智能體系統(tǒng)中，用宏觀策略確定整體目標(biāo)，用微觀控制實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)．其間是通過(guò)多智能體之間的協(xié)作完成的。用一個(gè)仿真足球隊(duì)作為多智能體系統(tǒng)的研究對(duì)象，首先，從整體方面考慮，通過(guò)用集合的方式定義了球隊(duì)的戰(zhàn)術(shù)、形勢(shì)、陣型和球員的狀態(tài)等，并通過(guò)幾者之間的關(guān)系描述了球隊(duì)的宏觀策略；其次，從局部方面考慮，根據(jù)已制定的宏觀策略，分別通過(guò)用靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的控制方式，定義了每一個(gè)智能體的動(dòng)作選擇機(jī)制。仿真實(shí)驗(yàn)證明了動(dòng)態(tài)控制的有效性關(guān)鍵詞：多智能體協(xié)作；宏觀策略；靜態(tài)控制；動(dòng)態(tài)控制1.引言在工業(yè)制造過(guò)程中，尤其是柔性

2、制造系統(tǒng)(FMS)，MAS已獲得許多應(yīng)用。采用MAS方法對(duì)柔性制造系統(tǒng)的任務(wù)進(jìn)行分解，根據(jù)合同網(wǎng)協(xié)議把任務(wù)分配給各智能體(生產(chǎn)單元)，由多個(gè)生產(chǎn)單元通過(guò)對(duì)策與協(xié)商，協(xié)同完成生產(chǎn)任務(wù)。由此可見(jiàn)，對(duì)MAS的研究具有實(shí)用價(jià)值。RoboCup機(jī)器人足球仿真系統(tǒng)為MAS理論的發(fā)展提供了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。它解決的主要問(wèn)題是，如何設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)那蜿?duì)策略，以獲得更多的進(jìn)球和有效地防御對(duì)手的進(jìn)攻。由于RoboCuP機(jī)器人足球仿真系統(tǒng)采用分布式控制，每一個(gè)智能體都有自己的“思想”，并根據(jù)自己對(duì)當(dāng)前世界的認(rèn)識(shí)執(zhí)行自己的動(dòng)作。本文針對(duì)如何通過(guò)每個(gè)智能體的

3、微觀行為實(shí)現(xiàn)球隊(duì)的宏觀策略問(wèn)題進(jìn)行了論述，應(yīng)用靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種控制方法實(shí)現(xiàn)對(duì)智能體的微觀控制。2多智能體系統(tǒng)的宏觀策略在機(jī)器人足球仿真比賽中，可以把每一個(gè)球員抽象為一個(gè)智能體，即每一個(gè)智能體都有視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、感覺(jué)和自己的個(gè)體技術(shù)，設(shè)計(jì)球員之間的進(jìn)攻配合和防守配合就是研究多個(gè)智能體之間的協(xié)作關(guān)系。下面用宏觀策略的形式來(lái)描述這種協(xié)作關(guān)系。1)球隊(duì)的宏觀策略①進(jìn)攻策略從多場(chǎng)仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析，考慮到中場(chǎng)防守力量較強(qiáng)，守門(mén)員截球能力較高，正面進(jìn)攻較為困難，所以，本文采取邊路進(jìn)攻戰(zhàn)術(shù)為主，中路滲透戰(zhàn)術(shù)為輔。球員(智能體)邊路帶球進(jìn)攻，

4、通過(guò)底線傳中，禁區(qū)附近的球員完成射門(mén)；若發(fā)現(xiàn)對(duì)方中路空虛，球員中路帶球滲透，在禁區(qū)附近完成射門(mén)。在上述的兩種戰(zhàn)術(shù)中，在某些情況下．也要進(jìn)行兩種戰(zhàn)術(shù)的互相配合。進(jìn)攻策略示意圖，如圖1所示。②防守策略防守策略的定義從狹義上來(lái)說(shuō)，是為了破壞對(duì)手的進(jìn)攻；從廣義上來(lái)說(shuō)，除了狹義上的定義，還有就是協(xié)助進(jìn)攻。根據(jù)這樣的定義，本文采取“散發(fā)聚集”式的區(qū)域防守戰(zhàn)術(shù)，如圖2所示。當(dāng)球在中前場(chǎng)時(shí)，后方的球員處于“散發(fā)”狀態(tài)，即球員之問(wèn)的縱坐標(biāo)距離較大，這樣有利于助攻和及時(shí)的反擊；當(dāng)球不斷向球門(mén)推進(jìn)時(shí)，球員根據(jù)各自區(qū)域進(jìn)行跑位，在禁區(qū)附近形成

5、一個(gè)“聚集”的狀態(tài)，即球員之間縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)的距離都較小，這樣有利于破壞對(duì)手的門(mén)前進(jìn)攻。當(dāng)然，在上述防守戰(zhàn)術(shù)的基礎(chǔ)上，也要配合人盯人防守戰(zhàn)術(shù)。2)球隊(duì)架構(gòu)描述為了實(shí)現(xiàn)球隊(duì)的宏觀策略，本文定義了戰(zhàn)術(shù)、形勢(shì)、陣型、角色、行為和動(dòng)作等概念，并給出他們之問(wèn)的相互聯(lián)系。定義1策略由戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)術(shù)選擇規(guī)則組成，戰(zhàn)術(shù)可以有一種或多種，當(dāng)前應(yīng)用的戰(zhàn)術(shù)由戰(zhàn)術(shù)選擇規(guī)則確定：例如，在比賽將近結(jié)束時(shí)，球隊(duì)在比分上落后，但仍然有入球的機(jī)會(huì)，這時(shí)會(huì)選擇更加猛烈和冒險(xiǎn)的進(jìn)攻戰(zhàn)術(shù)。定義2陣型由當(dāng)前應(yīng)用的戰(zhàn)術(shù)和當(dāng)前形勢(shì)所決定，可以不同的戰(zhàn)術(shù)和不同形勢(shì)對(duì)應(yīng)不

6、同的陣型，也可以不同的戰(zhàn)術(shù)和不同的形勢(shì)對(duì)應(yīng)同一個(gè)陣型。例如，在4．3．3陣型中，前鋒選擇速度比較快的類(lèi)型，中場(chǎng)選擇體力比較好的類(lèi)型。定義4球員有控球行為，截球行為和戰(zhàn)略行為三種行為類(lèi)型。各種行為有其相應(yīng)的動(dòng)作集合，球員的戰(zhàn)略行為受其分配的角色約束：3多智能體系統(tǒng)的微觀控制1)陣型及其跑位①基于靜態(tài)的控制方法根據(jù)上文的策略所述，本文選擇4．3．3陣型。陣型是通過(guò)戰(zhàn)略行為中的跑位動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)的，跑位動(dòng)作的設(shè)計(jì)主要采用FCPortugal提出的SBSP方法，同時(shí)結(jié)合了Peter．Stone提出的人工勢(shì)力場(chǎng)控制的方法，具體實(shí)現(xiàn)方

7、法如下：首先，定義球員(智能體)當(dāng)前要跑去的戰(zhàn)略②基于動(dòng)態(tài)的控制方法一支球隊(duì)只使用一種陣型很難適應(yīng)場(chǎng)上各種變化的形勢(shì)，由于本文球隊(duì)只采用一種主導(dǎo)戰(zhàn)術(shù)，所以陣型的動(dòng)態(tài)變換由場(chǎng)③仿真實(shí)驗(yàn)采用3臺(tái)配置為CPU2．66GHZ雙核，512MB內(nèi)存的計(jì)算機(jī)連接成局域網(wǎng)(其中，2臺(tái)行Client，1臺(tái)運(yùn)行SoccerServer)，應(yīng)用SuseLinux10.1操作系統(tǒng)和SoccerServer一11．1．2足球仿真平臺(tái)。另外，選擇兩支高層策略和底層動(dòng)作完全相同的球隊(duì)，其中一支應(yīng)用靜態(tài)控制的方法，另一支應(yīng)用動(dòng)態(tài)控制的方法，進(jìn)行10場(chǎng)

8、比賽，每場(chǎng)比賽6000仿真周期。在動(dòng)態(tài)控制中，通過(guò)陣型的變換，球隊(duì)更能適應(yīng)球場(chǎng)上多變的情形，增強(qiáng)了球隊(duì)的適應(yīng)性和靈活性．比賽的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，見(jiàn)表l。2)角色分配①基于靜態(tài)的控制方法根據(jù)4-3—3陣，把球員分成前鋒巾場(chǎng)和p等角色，每種角色均選擇同構(gòu)球員作為球員類(lèi)型，每種角色的球員均有各自的任務(wù)，在任何情況下，都不進(jìn)行變換。②基于動(dòng)態(tài)的控