計(jì)算思維與人工智能基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)學(xué)院第11章智能體Agent1分布式人工智能2機(jī)器人技術(shù)智能體（Agent）基礎(chǔ)

34智能體通信目錄contents5多智能體系統(tǒng)（MAS）6智能體的應(yīng)用、挑戰(zhàn)與前景01分布式人工智能分布式人工智能（DAI）是研究分布在不同邏輯或物理位置的智能系統(tǒng)，通過并行與協(xié)作方式共同解決問題的學(xué)科。概念闡述1980年，MIT舉辦首屆DAI國際會(huì)議，標(biāo)志著DAI正式誕生，此后DAI不斷發(fā)展，成為人工智能的重要分支。起源與發(fā)展DAI概念與起源聯(lián)合學(xué)習(xí)是一種分布式訓(xùn)練模型的方法，它允許不同設(shè)備或機(jī)構(gòu)在保護(hù)數(shù)據(jù)隱私的前提下共同訓(xùn)練模型，提升模型性能。聯(lián)合學(xué)習(xí)多個(gè)模型通過協(xié)作來提升整體性能，例如在復(fù)雜任務(wù)中，不同模型可以分工合作，共同完成任務(wù)，提高效率和準(zhǔn)確性。模型協(xié)作DAI關(guān)鍵概念分布性信息分布式存儲(chǔ)與控制，沒有全局中心，每個(gè)智能體獨(dú)立運(yùn)行，提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和靈活性。并行性多任務(wù)可以同時(shí)求解，大大提升了系統(tǒng)的效率，適用于大規(guī)模復(fù)雜問題的處理。開放性通過網(wǎng)絡(luò)可以方便地?cái)U(kuò)展系統(tǒng)規(guī)模，適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，具有很強(qiáng)的靈活性。協(xié)作性多個(gè)子系統(tǒng)通過協(xié)作來解決復(fù)雜問題，能夠充分發(fā)揮每個(gè)子系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)整體目標(biāo)。容錯(cuò)性系統(tǒng)采用冗余設(shè)計(jì)，即使部分智能體出現(xiàn)故障，系統(tǒng)仍能正常工作，提高了系統(tǒng)的可靠性。連接性網(wǎng)絡(luò)降低了通信與求解代價(jià)，使得智能體之間的協(xié)作更加高效，降低了系統(tǒng)的運(yùn)行成本。獨(dú)立性任務(wù)可以分解為獨(dú)立的子任務(wù)，簡(jiǎn)化了開發(fā)過程，提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。DAI特點(diǎn)分布式問題求解（DPS）：自頂向下設(shè)計(jì)，將復(fù)雜問題分解為多個(gè)子任務(wù)，通過協(xié)作求解。多智能體系統(tǒng)（MAS）：自底向上設(shè)計(jì)，由多個(gè)自主智能體通過交互實(shí)現(xiàn)全局目標(biāo)。按協(xié)作方式分類分布式專家系統(tǒng)：將專家系統(tǒng)的知識(shí)和推理能力分布到多個(gè)節(jié)點(diǎn)，提高系統(tǒng)的效率和可靠性。分布式機(jī)器學(xué)習(xí)：通過分布式計(jì)算資源加速機(jī)器學(xué)習(xí)模型的訓(xùn)練，提升模型性能。分布式智能傳感器網(wǎng)絡(luò)：多個(gè)智能傳感器協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的實(shí)時(shí)感知和監(jiān)測(cè)。按應(yīng)用領(lǐng)域與技術(shù)融合分類協(xié)作式MAS：智能體共同目標(biāo)，資源共享，通過協(xié)作實(shí)現(xiàn)整體利益最大化。競(jìng)爭(zhēng)式MAS：智能體追求個(gè)體利益最大化，需要通過博弈論等方法進(jìn)行協(xié)調(diào)?；旌鲜組AS：合作與競(jìng)爭(zhēng)并存，平衡個(gè)體與集體利益，適應(yīng)復(fù)雜多變的環(huán)境。按自主性與協(xié)作目標(biāo)分類集中式控制分布式系統(tǒng)：中央節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)規(guī)劃與協(xié)調(diào)，適用于對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)景。分布式對(duì)等（P2P）系統(tǒng)：無中心節(jié)點(diǎn)，通過共識(shí)算法協(xié)作，具有很強(qiáng)的抗攻擊性和可擴(kuò)展性。按系統(tǒng)架構(gòu)與通信模式分類DAI分類應(yīng)用領(lǐng)域邊緣計(jì)算：在靠近數(shù)據(jù)源的邊緣設(shè)備上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，降低延遲，提高效率。醫(yī)療保健：實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療、智能診斷等功能，提高醫(yī)療服務(wù)的質(zhì)量和效率。自動(dòng)駕駛：通過多智能體協(xié)作實(shí)現(xiàn)車輛的自動(dòng)駕駛，提高交通安全和效率。金融服務(wù)：用于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、投資決策等，提高金融服務(wù)的智能化水平。工業(yè)自動(dòng)化：實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化控制和優(yōu)化，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。未來趨勢(shì)高級(jí)隱私保護(hù)：隨著數(shù)據(jù)隱私意識(shí)的提高，DAI將更加注重隱私保護(hù)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用?？珙I(lǐng)域模型協(xié)作：不同領(lǐng)域的模型將通過協(xié)作實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能，拓展DAI的應(yīng)用場(chǎng)景。自主決策系統(tǒng)：智能體將具備更強(qiáng)的自主決策能力，能夠根據(jù)環(huán)境變化做出快速反應(yīng)。與AR/VR結(jié)合：通過與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更加沉浸式的交互體驗(yàn)。邊緣計(jì)算增長：隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，邊緣計(jì)算將成為DAI的重要發(fā)展方向，推動(dòng)DAI在更多領(lǐng)域的應(yīng)用。DAI應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)02機(jī)器人技術(shù)概念定義機(jī)器人是能夠替代人類執(zhí)行任務(wù)的機(jī)器設(shè)備，具有一定的自主性和智能性。智能機(jī)器人集成了多學(xué)科技術(shù)，具備感知、決策、執(zhí)行能力，能夠根據(jù)環(huán)境變化自我調(diào)整和與人類交互。智能機(jī)器人機(jī)器人概念與特性需要人工控制，主要用于輔助性工作，如遙控機(jī)器人等。半自主機(jī)器人體積微小，主要用于醫(yī)療、制造等領(lǐng)域，目前仍處于技術(shù)初期階段。納米機(jī)器人針對(duì)特定任務(wù)場(chǎng)景設(shè)計(jì)，如工業(yè)機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人等，具有高效的性能和可靠性。專用機(jī)器人功能強(qiáng)大，能夠獨(dú)立執(zhí)行多種任務(wù)，適用于復(fù)雜多變的環(huán)境。通用自主機(jī)器人模仿人類外形與行為，主要用于服務(wù)和娛樂領(lǐng)域，具有良好的人機(jī)交互能力。人形機(jī)器人機(jī)器人類型1959年，首臺(tái)工業(yè)機(jī)器人Unimate誕生，標(biāo)志著機(jī)器人技術(shù)的起步。1968年，首臺(tái)智能機(jī)器人Shakey問世，具備自主感知與規(guī)劃能力，推動(dòng)了機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展。早期發(fā)展1986年，本田ASIMO實(shí)現(xiàn)雙足行走技術(shù)突破，為機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中的行走提供了技術(shù)支持。技術(shù)突破2022年，特斯拉發(fā)布人形機(jī)器人Optimus，搭載自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，展示了機(jī)器人技術(shù)的最新成果。中國初創(chuàng)公司如智元機(jī)器人、宇樹科技等在機(jī)器人領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展，推動(dòng)了機(jī)器人技術(shù)的廣泛應(yīng)用。現(xiàn)代發(fā)展機(jī)器人發(fā)展歷程03智能體（Agent）基礎(chǔ)1概念定義智能體是能夠感知環(huán)境、自主行動(dòng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的程序或系統(tǒng)，可以是軟件、硬件或系統(tǒng)。2核心特性行為自主性：智能體能夠獨(dú)立地做出決策和行動(dòng)。系統(tǒng)適應(yīng)性：能夠根據(jù)環(huán)境變化調(diào)整自身行為。作用交互性：與環(huán)境和其他智能體進(jìn)行交互。結(jié)構(gòu)分布性：智能體的結(jié)構(gòu)和功能可以分布在不同的位置。功能智能性：具備一定的智能決策能力。工作協(xié)作性：能夠與其他智能體協(xié)作完成任務(wù)。運(yùn)行持續(xù)性：能夠在較長時(shí)間內(nèi)持續(xù)運(yùn)行。面向目標(biāo)性：以實(shí)現(xiàn)特定目標(biāo)為導(dǎo)向。環(huán)境協(xié)調(diào)性：能夠與環(huán)境協(xié)調(diào)一致。存在社會(huì)性：在社會(huì)環(huán)境中具有一定的社會(huì)屬性。智能體概念與特性智能體結(jié)構(gòu)智能體由程序和結(jié)構(gòu)組成，硬件設(shè)備支持感知和執(zhí)行功能，軟件程序?qū)崿F(xiàn)智能決策。按功能與應(yīng)用分類基于規(guī)則的Agent：依賴預(yù)設(shè)規(guī)則進(jìn)行決策，適用于規(guī)則明確的場(chǎng)景。學(xué)習(xí)型Agent：通過數(shù)據(jù)訓(xùn)練優(yōu)化決策，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和靈活性。自主Agent：高度獨(dú)立決策，能夠自主完成復(fù)雜任務(wù)。群體Agent：多智能體協(xié)作，實(shí)現(xiàn)群體智能。按體系結(jié)構(gòu)分類反應(yīng)式Agent：基于條件-動(dòng)作規(guī)則，無內(nèi)部狀態(tài)，適合簡(jiǎn)單任務(wù)。慎思式Agent：基于知識(shí)推理，需環(huán)境建模，適合復(fù)雜任務(wù)。復(fù)合式Agent：融合多種模塊，兼顧靈活性與響應(yīng)速度。跟蹤式Agent：在反應(yīng)式基礎(chǔ)上增加內(nèi)部狀態(tài)，跟蹤環(huán)境變化?；谀繕?biāo)的Agent：結(jié)合目標(biāo)信息選擇行為?；谛Ч腁gent：通過效果函數(shù)評(píng)估狀態(tài)，輔助決策。智能體結(jié)構(gòu)與類型04基礎(chǔ)智能體通信智能體之間共享內(nèi)部語言，直接訪問知識(shí)庫交換信息，通信效率高。Tell和Ask通信外部語言與內(nèi)部語言獨(dú)立，通過語義轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)交互，適用于不同智能體之間的通信。形式化語言通信通信類型消息/對(duì)話系統(tǒng)智能體之間遵循協(xié)議直接交換消息，需要定義通信語言和格式，適用于實(shí)時(shí)交互。黑板系統(tǒng)通過共享工作區(qū)實(shí)現(xiàn)間接交互，智能體通過讀寫黑板共享任務(wù)和結(jié)果，適用于任務(wù)分配和結(jié)果共享。通信方式05多智能體系統(tǒng)（MAS）概念定義多智能體系統(tǒng)是由多個(gè)自主智能體通過協(xié)作解決單一智能體無法處理的復(fù)雜問題的系統(tǒng)。特點(diǎn)數(shù)據(jù)分散存儲(chǔ)，運(yùn)行并發(fā)、并行、異步，智能體信息不完全，獨(dú)立求解，無全局控制，依賴局部交互。MAS概念與特點(diǎn)信念-愿望-意圖（BDI）模型：基于邏輯推理的理論模型，用于描述智能體的決策過程。協(xié)商模型：通過策略解決資源分配與任務(wù)協(xié)調(diào)，適用于多智能體協(xié)作場(chǎng)景。協(xié)作規(guī)劃模型：抽象通信與目標(biāo)，調(diào)節(jié)局部規(guī)劃，提高協(xié)作效率。自協(xié)調(diào)模型：在動(dòng)態(tài)環(huán)境中自適應(yīng)調(diào)整組織結(jié)構(gòu)，適應(yīng)環(huán)境變化?；灸Ｐ途W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：智能體直接通信，數(shù)量增多效率降低，適用于小規(guī)模系統(tǒng)。聯(lián)盟結(jié)構(gòu)：通過協(xié)助者智能體分層交互，靈活性高，適用于大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)。黑板結(jié)構(gòu)：共享數(shù)據(jù)區(qū)，需統(tǒng)一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，開放性受限，適用于任務(wù)分配和結(jié)果共享。體系結(jié)構(gòu)MAS基本模型與體系結(jié)構(gòu)06智能體的應(yīng)用、挑戰(zhàn)與前景智能客服如小愛同學(xué)等智能客服系統(tǒng)，能夠自動(dòng)回答用戶問題，提供便捷服務(wù)。智能推薦系統(tǒng)電商定向廣告等智能推薦系統(tǒng)，根據(jù)用戶行為和偏好提供個(gè)性化推薦。智能家居語音控制設(shè)備等智能家居系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)家庭設(shè)備的智能化控制。無人駕駛特斯拉、百度Apollo等無人駕駛系統(tǒng)，通過多智能體協(xié)作實(shí)現(xiàn)車輛的自動(dòng)駕駛。機(jī)器人協(xié)作智能倉庫運(yùn)輸、救援任務(wù)等機(jī)器人協(xié)作場(chǎng)景，提高工作效率和安全性。交通優(yōu)化車路協(xié)同等交通優(yōu)化系統(tǒng)，通過智能體之間的協(xié)作優(yōu)化交通流量。游戲智能角色行為模擬等游戲應(yīng)用，提高游戲的趣味性和挑戰(zhàn)性。教育個(gè)性化學(xué)習(xí)系統(tǒng)等教育應(yīng)用，根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)提供個(gè)性化學(xué)習(xí)方案。應(yīng)用場(chǎng)景環(huán)境動(dòng)態(tài)性噪聲、故障等干擾導(dǎo)致系統(tǒng)失效，需要提高智能體的適應(yīng)性和容錯(cuò)性。人機(jī)交互情感、隱私等沖突影響接受度，需要優(yōu)化人機(jī)交互設(shè)計(jì)，提高用