專利名稱：基于層次圖組織與變換的虛擬環(huán)境群體對(duì)象行為演化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)和人工智能技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及虛擬環(huán)境中群體自治對(duì) 象行為建模中一種刻畫群體對(duì)象行為演化的方法。
技術(shù)背景虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality, VR)產(chǎn)生于上世紀(jì)60年代。它利用計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的 現(xiàn)代高新技術(shù)，生成逼真的視覺、聽覺、觸覺一體化的特定范圍內(nèi)的虛擬環(huán)境(Virtual Environment, VE)，用戶可借助必要的設(shè)備以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)行交互作 用、相互影響，從而產(chǎn)生親臨等同真實(shí)環(huán)境的感受和體驗(yàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)具有交互(Interaction)、 沉浸(Immersion)和構(gòu)想(Imagination)的3I特性，利用它能夠高精度、細(xì)粒度地對(duì)客觀 存在或假想中的事物進(jìn)行模擬與表現(xiàn)，從而在虛擬環(huán)境中對(duì)物理規(guī)律和現(xiàn)象進(jìn)行分析。虛 擬自治對(duì)象是虛擬環(huán)境的重要組成部分。生成一定數(shù)量的虛擬自治對(duì)象參與環(huán)境交互，豐 富了虛擬環(huán)境，提高了操作人員體驗(yàn)環(huán)境的逼真性。虛擬自治對(duì)象構(gòu)建的行為的真實(shí)性， 靈活性及可靠性直接影響著虛擬仿真結(jié)果的有效和可信。虛擬對(duì)象的構(gòu)建技術(shù)一般涉及幾何、物理特性和行為三個(gè)方面內(nèi)容。相比較而言，幾 何建模和物理建模的方法較為成熟，對(duì)于個(gè)體和群體的行為建模方法研究較少，為了構(gòu)造 智能型對(duì)象和群體對(duì)象，將行為建模與人工智能相結(jié)合是需要研究解決的問題。Agent理論 和技術(shù)是上世紀(jì)70年代末發(fā)展起來的分布式人工智能研究領(lǐng)域之一，近年來發(fā)展起來的 Agent理論有望成為描述虛擬自治對(duì)象認(rèn)知行為和群體行為的形式化工具。MAS(MuIti-agent System)是Agent理論領(lǐng)域研究重要方向之一，研究多個(gè)Agent群體對(duì)問題的求解，包括3 個(gè)主要問題模型，組織和交互，組織的形成和演化問題是基于Agent的計(jì)算和Agent合 作問題求解的關(guān)鍵。近年來，Agent組織的演化問題成為多Agent系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)。已有的組織演化研究的 典型方法主要是從自組織方法和Agent個(gè)體的行為狀態(tài)的變化等方面，從微觀角度進(jìn)行分 析組織演化的機(jī)制，因而在宏觀上組織的演化行為具有突現(xiàn)的特性，組織的行為是內(nèi)部 Agent個(gè)體行為的突現(xiàn)的結(jié)果，具有不可控等缺點(diǎn)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的技術(shù)解決問題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于層次圖組織與變換的虛
擬環(huán)境群體對(duì)象行為演化方法，該方法中組織的重組過程具有主動(dòng)性、可控性的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案 一種基于層次圖組織與變換的虛擬環(huán)境群體對(duì)象行為演化方 法，其特點(diǎn)在于步驟如下(1) 給定實(shí)際應(yīng)用問題，構(gòu)造組織任務(wù)圖；(2) 根據(jù)組織任務(wù)圖，構(gòu)造基于層次圖的虛擬對(duì)象群體的組織模型；(3) 基于虛擬對(duì)象群體的組織模型，構(gòu)造描述虛擬對(duì)象群體行為演化的圖變換系統(tǒng)；(4) 根據(jù)所述的圖變換系統(tǒng)構(gòu)造基于層次圖變換的虛擬對(duì)象群體的自適應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
所述步驟(1)中構(gòu)造組織任務(wù)圖的方法如下由實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域問題，通過任務(wù)的分解 與合并，按照任務(wù)的父-子組成關(guān)系形成關(guān)于任務(wù)的有向非循環(huán)圖，從而形成組織任務(wù)圖。
所述步驟(2)中的虛擬對(duì)象群體的組織模型自下而上分為組織的社會(huì)結(jié)構(gòu)Rolegmph、 角色指定Connection Graph和虛擬對(duì)象行為協(xié)調(diào)Agentgmph三個(gè)維度，其中社會(huì)結(jié)構(gòu)定義 了組織中角色及角色之間的關(guān)系，例如角色之間基于任務(wù)的依賴關(guān)系；角色指定Connection Graph定義了組織中虛擬對(duì)象與其承擔(dān)的角色之間的匹配關(guān)系；虛擬對(duì)象行Agentgraph為 協(xié)調(diào)定義了通過角色指定后，由角色之間的社會(huì)結(jié)構(gòu)關(guān)系及虛擬對(duì)象與角色之間的匹配而 形成的虛擬對(duì)象之間的行為協(xié)調(diào)關(guān)系，表示了虛擬對(duì)象進(jìn)行行為協(xié)調(diào)的交互對(duì)象當(dāng)兩個(gè) 角色之間存在任務(wù)的依賴關(guān)系時(shí)，則分別承擔(dān)該兩個(gè)角色的虛擬對(duì)象之間建立任務(wù)的協(xié)調(diào) 關(guān)系。具體的建立方法如下(a) 按照形成的任務(wù)圖，構(gòu)造能夠?qū)崿F(xiàn)組織根節(jié)點(diǎn)任務(wù)的子任務(wù)集合，將一個(gè)角色對(duì) 應(yīng)一個(gè)任務(wù)節(jié)點(diǎn)，從而形成組織的社會(huì)結(jié)構(gòu)，即角色關(guān)系結(jié)構(gòu)；(b) 根據(jù)虛擬對(duì)象個(gè)體的任務(wù)狀態(tài)及擁有的資源狀態(tài)，通過集中角色分配方式將組織 任務(wù)在虛擬對(duì)象個(gè)體之間進(jìn)行角色指定，形成角色指定關(guān)系結(jié)構(gòu)和協(xié)調(diào)關(guān)系結(jié)構(gòu)，從而形 成組織結(jié)構(gòu)實(shí)例。
所述步驟(3)的構(gòu)造描述虛擬對(duì)象群體行為演化的圖變換系統(tǒng)的方法中，構(gòu)造描述虛 擬對(duì)象群體行為演化的圖變換系統(tǒng)，包括三個(gè)方面的要素，分別為虛擬對(duì)象的組織的圖對(duì) 象的集合、圖規(guī)則集合和圖規(guī)則應(yīng)用條件集合，具體的構(gòu)造方法如下(1) 根據(jù)虛擬對(duì)象的組織的社會(huì)結(jié)構(gòu)集合，生成虛擬對(duì)象的'可能的角色指定情況，從 而生成組織狀態(tài)的圖對(duì)象集合；(2) 定義圖對(duì)象的可能的圖節(jié)點(diǎn)與邊的操作的規(guī)則，例如節(jié)點(diǎn)或邊的添加、刪除，由 虛擬對(duì)象的組織的三個(gè)維度的圖規(guī)則組合成組織的圖對(duì)象操作規(guī)則集合；(3) 定義圖規(guī)則的應(yīng)用條勝集合，構(gòu)造實(shí)現(xiàn)虛擬對(duì)象的組織的圖狀態(tài)轉(zhuǎn)移系統(tǒng)的圖規(guī)
則應(yīng)用路徑的搜索算法，可以采用圖的寬度或廣度搜索方式。所述步驟(4)的構(gòu)造基于層次圖變換的虛擬對(duì)象群體的自適應(yīng)系統(tǒng)自上而下分為三個(gè) 層次觀察層包括監(jiān)控Monitoring和自適應(yīng)調(diào)節(jié)Self-adaptive Mediator兩個(gè)模塊，監(jiān)控 模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)檢測(cè)虛擬對(duì)象的組織的元模型實(shí)例狀態(tài)；自適應(yīng)調(diào)節(jié)模塊用于管理和 實(shí)施虛擬對(duì)象的組織的行為演化過程，該模型包含了虛擬對(duì)象的組織的圖變換系統(tǒng)；元模 型層元模型層抽象了系統(tǒng)層的元素，并向觀察層提供管理的接口；系統(tǒng)層提供了實(shí)現(xiàn) 虛擬對(duì)象及系統(tǒng)運(yùn)行的環(huán)境。本發(fā)明的原理如下本發(fā)明虛擬環(huán)境群體對(duì)象的行為演化具有主動(dòng)性、可控性等特點(diǎn)。本發(fā)明從宏觀角度基于Agent組織方法，分析一類具有顯式層次結(jié)構(gòu)的多Agent系統(tǒng)的 Agent個(gè)體行為演化，從而用來描述虛擬環(huán)境中自治對(duì)象群體行為的演化過程。為完成發(fā)明 的目的，本發(fā)明從組織結(jié)構(gòu)角度提出了一種描述組織結(jié)構(gòu)的社會(huì)結(jié)構(gòu)、角色指定和Agent 協(xié)調(diào)三個(gè)維度的單根節(jié)點(diǎn)層次圖模型，用來描述虛擬對(duì)象的組織模型；給出了 Agent組織 重組過程的基于層次圖變換的形式定義,包括將層次圖模型刻畫重組過程的組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)和 擴(kuò)展ckmble-pushout代數(shù)衝變換規(guī)則,形式定義重組過程，用來描述虛擬自治對(duì)象群體行為 演化的過程；并給出了基于層次圖變換描述自治對(duì)象群體行為的多Agent系統(tǒng)的自適應(yīng)系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，具體的技術(shù)方案包括兩個(gè)方面 一方面從概念模型上分析并給出了 具有顯式層次結(jié)構(gòu)的組織結(jié)構(gòu)的三個(gè)維度的模型及相應(yīng)的圖變換系統(tǒng)模型；另一方面從軟 件實(shí)現(xiàn)角度，給出了實(shí)現(xiàn)組織結(jié)構(gòu)的三個(gè)維度的元模型結(jié)構(gòu)及基于圖變換系統(tǒng)的虛擬環(huán)境 群體對(duì)象行為演化的自適應(yīng)體系結(jié)構(gòu)，在技術(shù)方案中具體地分成三個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)上述的兩個(gè) 方面。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明輔助虛擬環(huán)境中虛擬對(duì)象的應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)， 為應(yīng)用系統(tǒng)中虛擬對(duì)象的群體行為演化提供了一種實(shí)現(xiàn)途徑，從宏觀角度基于組織方法給 出了一類具有顯式層次結(jié)構(gòu)的虛擬自治對(duì)象的群體組織行為演化機(jī)制的形式描述，在基于組織方法中，組織任務(wù)規(guī)定了自治對(duì)象群體需要完成的功能，同時(shí)在組織的演化過程中， 組織任務(wù)可以重新設(shè)計(jì)，因此從組織角度實(shí)現(xiàn)自治對(duì)象群體的行為具有可控性和主動(dòng)性特 點(diǎn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)自治對(duì)象個(gè)體的行為在組織約束下的自治牲，提高了虛擬對(duì)象的應(yīng)用系統(tǒng)對(duì) 于外部環(huán)境的自適應(yīng)性。


圖1為本發(fā)明的方法實(shí)施流程圖；圖2為本發(fā)明的虛擬良治對(duì)象的組織結(jié)構(gòu)示例；
圖3為本發(fā)明的虛擬自治對(duì)象的組織元模型結(jié)構(gòu)；圖4為本發(fā)明的虛擬對(duì)象的組織的行為演化過程中的虛擬對(duì)象承擔(dān)給定的角色圖規(guī)則 和離開組織放棄承擔(dān)的角色圖規(guī)則；圖5為從軟件實(shí)現(xiàn)角度，本發(fā)明的基于圖變換的虛擬自治對(duì)象群體的自適應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖-'圖6為本發(fā)明的監(jiān)控模塊實(shí)現(xiàn)流程圖；圖7為本發(fā)明的自適應(yīng)調(diào)節(jié)模塊的實(shí)現(xiàn)流程圖；圖8為本發(fā)明的元模型層實(shí)現(xiàn)流程圖；圖9為本發(fā)明的系統(tǒng)層的實(shí)現(xiàn)流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，本發(fā)明的具體實(shí)施步驟如下1. 給定實(shí)際應(yīng)用問題，構(gòu)造組織任務(wù)圖針對(duì)給定的實(shí)際應(yīng)用問題，構(gòu)造組織的任務(wù)圖。例如，在基于二維平面網(wǎng)格環(huán)境下的捕 食者與獵物之間追逐問題。在二維平面網(wǎng)格環(huán)境下，當(dāng)四個(gè)捕食者從獵物的不同的四個(gè)方 向進(jìn)行圍堵時(shí)，獵物才算被截獲到。在每次仿真循環(huán)中，獵物可以向周邊的四個(gè)方向移動(dòng)一個(gè)格。圖2中的社會(huì)結(jié)構(gòu)顯示了當(dāng)存在一個(gè)獵物情形下的組織任務(wù)圖示例。在圖2的社 會(huì)結(jié)構(gòu)中，每個(gè)角色對(duì)應(yīng)其中的一個(gè)任務(wù)，并且角色rl充當(dāng)該任務(wù)圖的根節(jié)點(diǎn)，因而組織 的角色關(guān)系結(jié)構(gòu)在這種設(shè)計(jì)方式下與組織任務(wù)圖同構(gòu)，具體構(gòu)造組織任務(wù)圖的方法為由實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域問題，通過任務(wù)的分解與合并，按照任務(wù)的父-子組成關(guān)系形成關(guān)于任務(wù)的有 向非循環(huán)圖，從而形成組織任務(wù)圖。2. 構(gòu)造基于層次圖的虛擬對(duì)象群體的組織模型為了對(duì)虛擬對(duì)象群體進(jìn)行有效地管理以及根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的特點(diǎn)，本發(fā)明采用具有顯式層次結(jié)構(gòu)的組織對(duì)虛擬對(duì)象群體進(jìn)行建模，圖2顯示了步驟1給出的基于二維平面網(wǎng)格環(huán) 境下的捕食者與獵物之間追逐問題中捕食者虛擬對(duì)象的組織結(jié)構(gòu)示例。虛擬對(duì)象的組織模 型分為組織的社會(huì)結(jié)構(gòu)Rolegraph、角色指定Connection Graph和虛擬對(duì)象行為協(xié)調(diào) Agentgraph三個(gè)維度。虛擬對(duì)象的行為由其承擔(dān)的龜色決定，虛擬對(duì)象之間的行為約束由
預(yù)定的角色之間的關(guān)系決定。在組織模型中，社會(huì)結(jié)構(gòu)由組織內(nèi)虛擬對(duì)象承擔(dān)的角色和角 色之間的依賴關(guān)系組成，定義了參與組織的虛擬對(duì)象在組織內(nèi)部的位置、任務(wù)及資源約束， 組織的角色關(guān)系設(shè)計(jì)依賴于組織任務(wù)的分解與合并。在顯式層次結(jié)構(gòu)的組織中，角色之間 的依賴關(guān)系體現(xiàn)了相應(yīng)角色之間的任務(wù)層次；角色指定定義了給定的虛擬對(duì)象與組織角色 的指定關(guān)系；虛擬對(duì)象行為協(xié)調(diào)定義了對(duì)象承擔(dān)特定角色后基于角色任務(wù)的任務(wù)委托和合 作關(guān)系。圖2給出的虛擬對(duì)象的組織結(jié)構(gòu)的三個(gè)維度分別可以采用圖方法進(jìn)行刻畫，也即組織 的社會(huì)結(jié)構(gòu)可以表達(dá)成具有一個(gè)根節(jié)點(diǎn)的有向非循環(huán)圖，節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)角色，節(jié)點(diǎn)之間的邊對(duì) 應(yīng)角色之間的任務(wù)父-子依賴關(guān)系；角色指定可以表達(dá)成由虛擬對(duì)象節(jié)點(diǎn)和角色節(jié)點(diǎn)組成的 二分圖，其中的邊由虛擬對(duì)象節(jié)點(diǎn)指向角色節(jié)點(diǎn)，表示虛擬對(duì)象的角色承擔(dān)關(guān)系；虛擬對(duì) 象行為協(xié)調(diào)可以表達(dá)成一個(gè)有向非循環(huán)圖，通過角色指定，角色之間的任務(wù)依賴關(guān)系實(shí)例 化成虛擬對(duì)象之間的任務(wù)委托與合作關(guān)系，構(gòu)成該有向非循環(huán)圖的邊。在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中， 從軟件實(shí)現(xiàn)角度，虛擬對(duì)象的這種組織結(jié)構(gòu)模型可以由圖3給出的虛擬自治對(duì)象的組織元 模型結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。在圖3的組織元模型結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)元素分成三個(gè)層次最底層是角色圖層 (Rolegraph Level):定義角色、角色之間的依賴及交互；中間層是連接圖層(Connection Graph Level):定義Agent與角色的指定；最上層是Agent圖層(Agentgraph Level):利 用Agent實(shí)現(xiàn)虛擬對(duì)象，定義Agent對(duì)象及相互的協(xié)調(diào)關(guān)系。在圖3的三個(gè)層次的圖結(jié)構(gòu) 分別實(shí)現(xiàn)了虛擬環(huán)境對(duì)象的組織結(jié)構(gòu)的社會(huì)結(jié)構(gòu)、角色指定和Agent協(xié)調(diào)的三個(gè)維度的概 念模型。由虛擬對(duì)象的社會(huì)結(jié)構(gòu)、角色指定及行為協(xié)調(diào)三個(gè)維度的圖結(jié)構(gòu)可以組合構(gòu)造虛擬對(duì) 象的組織的層次圖，具體地構(gòu)造組織模型及組織結(jié)構(gòu)實(shí)例的流程如下(1) 由實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域問題要求而得到組織目標(biāo)的任務(wù)圖結(jié)構(gòu)，通過任務(wù)的分解與合并， 按照任務(wù)的父-子組成關(guān)系形成關(guān)于任務(wù)的有向非循環(huán)圖。(2) 按照形成的任務(wù)圖，構(gòu)造能夠?qū)崿F(xiàn)組織根節(jié)點(diǎn)任務(wù)的子任務(wù)集合，將一個(gè)角色對(duì) 應(yīng)一個(gè)任務(wù)節(jié)點(diǎn)，從而形成組織的社會(huì)結(jié)構(gòu)，即角色關(guān)系結(jié)構(gòu)；(3) 根據(jù)虛擬對(duì)象個(gè)體的任務(wù)狀態(tài)及擁有的資源狀態(tài)，通過集中角色分配方式在組織 任務(wù)執(zhí)行的過程中動(dòng)態(tài)角色指定，形成角色指定關(guān)系結(jié)銜和協(xié)調(diào)關(guān)系結(jié)枸，從而形成組織 結(jié)構(gòu)實(shí)例。上述的流程是虛擬對(duì)象的組織結(jié)構(gòu)的三個(gè)維度的模型實(shí)現(xiàn)流程，從軟件角度，組織結(jié) 構(gòu)對(duì)應(yīng)的元模型結(jié)構(gòu)構(gòu)造過程將在自適應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)部分說明。 3.虛擬對(duì)象群體行為演化的圖變換系統(tǒng) 圖變換方法用于描述虛擬對(duì)象的行為演化。圖3的組織元模型結(jié)構(gòu)作為該圖變換方法 中的圖對(duì)象，也即圖變換系統(tǒng)的圖的對(duì)象需要擴(kuò)展為包含虛擬對(duì)象的組織三個(gè)維度的圖狀 態(tài)，相應(yīng)的圖變換規(guī)則需要擴(kuò)展為三個(gè)維度的圖的對(duì)象變換規(guī)則。圖4顯示了在基于二維 平面網(wǎng)格環(huán)境下的捕食者與獵物之間追逐問題中，捕食者虛擬對(duì)象承擔(dān)給定的角色圖規(guī)則 和離開組織放棄承擔(dān)的角色圖規(guī)則。給定的圖規(guī)則示例中每個(gè)圖規(guī)則分別包含Agent圖規(guī) 貝ij (Agentgraph Rule)、連接圖規(guī)則(Connection graph Rule)和角色圖規(guī)則(Rolegraph Rule)， 分別對(duì)圖變換系統(tǒng)的圖對(duì)象，即虛擬對(duì)象的組織狀態(tài)中的虛擬對(duì)象行為協(xié)調(diào)、角色指定結(jié) 構(gòu)和社會(huì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行圖操作，例如虛擬對(duì)象節(jié)點(diǎn)的添加或刪除，角色指定的邊、節(jié)點(diǎn)的添加 或刪除。另外，虛擬對(duì)象的組織的恩規(guī)則中三個(gè)圖規(guī)則采用雙導(dǎo)出(dmible-pushoiit)的代 數(shù)圖變換規(guī)則方式，并且其左邊圖和右邊圖都是有向非循環(huán)圖。除此之外，角色圖規(guī)則的 左邊圖和右邊圖都具有一個(gè)根節(jié)點(diǎn)，如圖4中角色指定圖規(guī)則和Agent離開組織的圖規(guī)則 對(duì)應(yīng)的Rolegraph規(guī)則所示。在圖變換系統(tǒng)中，虛擬對(duì)象的組織的圖規(guī)則對(duì)組織的圖對(duì)象進(jìn)行操作，從而實(shí)現(xiàn)組織 的圖對(duì)象的變化或組織的對(duì)象狀態(tài)遷移，也即從宏觀層次表現(xiàn)虛擬對(duì)象的行為演化過程。 虛擬對(duì)象的組織的圖對(duì)象及圖對(duì)象之間的遷移構(gòu)成虛擬對(duì)象的組織的圖狀態(tài)轉(zhuǎn)移系統(tǒng)。圖 狀態(tài)轉(zhuǎn)移系統(tǒng)記錄了給定虛擬對(duì)象初始組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)下組織的圖規(guī)則應(yīng)用的歷史過程，包括 組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)和圖規(guī)則。虛擬對(duì)象的組織的行為演化過程也即是在圖狀態(tài)轉(zhuǎn)移系統(tǒng)中給定 初始狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)之間的可達(dá)路徑。構(gòu)造描述虛擬對(duì)象群體行為演化的圖變換系統(tǒng)，包 括三個(gè)方面的要素，分別為虛擬對(duì)象的組織的圖對(duì)象的集合、圖規(guī)則集合和圖規(guī)則應(yīng)用條件集合，具體的構(gòu)造方法如下(1) 根據(jù)虛擬對(duì)象的組織的社會(huì)結(jié)構(gòu)集合，生成虛擬對(duì)象的可能的角色指定情況，從而生成組織狀態(tài)的圖對(duì)象集合；(2) 定義圖對(duì)象的可能的圖節(jié)點(diǎn)與邊的操作的規(guī)則，例如節(jié)點(diǎn)或邊的添加、刪除，由 虛擬對(duì)象的組織的三個(gè)維度的圖規(guī)則組合成組織的圖對(duì)象操作規(guī)則集合；(3) 定義圖規(guī)則的應(yīng)用條件集合，構(gòu)造實(shí)現(xiàn)虛擬對(duì)象的組織的圖狀態(tài)轉(zhuǎn)移系統(tǒng)的圖規(guī) 則應(yīng)用路徑的搜索算法，可以采用圖的寬度或廣度搜索方式。虛擬自治對(duì)象的組織的行為演化流程具體如下-(1) 根據(jù)虛擬對(duì)象群體的目標(biāo)任務(wù)，對(duì)任務(wù)按照父-子關(guān)系進(jìn)行分解與合并，形成任務(wù) 的圖結(jié)構(gòu)，該圖為具有單個(gè)根節(jié)點(diǎn)的有向非循環(huán)圖，根節(jié)點(diǎn)即為對(duì)象群體的總?cè)蝿?wù)， 一般 具有長(zhǎng)期性；(2) 根據(jù)形成的任務(wù)圖，構(gòu)造虛擬對(duì)象組織的社會(huì)結(jié)構(gòu)，.一般單個(gè)角色^t應(yīng)一個(gè)任務(wù) 節(jié)點(diǎn)，任務(wù)節(jié)點(diǎn)之間的邊決定了相應(yīng)角色之間的依賴邊；(3) 將虛擬對(duì)象進(jìn)行角色指定，并形成虛擬對(duì)象的組織的目標(biāo)狀態(tài)；(4) 根據(jù)虛擬對(duì)象的組織的初始狀態(tài)和組織的圖的狀態(tài)轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，搜索一條從初始狀 態(tài)到目標(biāo)狀態(tài)的圖規(guī)則應(yīng)用路徑(5) 基于圖規(guī)則的應(yīng)用路徑，實(shí)施虛擬對(duì)象的組織的圖對(duì)象操作，從而實(shí)現(xiàn)虛擬對(duì)象 組織的狀態(tài)遷移；(6) 監(jiān)聽當(dāng)前組織的任務(wù)執(zhí)行狀態(tài)，若任務(wù)執(zhí)行失敗，則將虛擬對(duì)象承擔(dān)的角色進(jìn)行 重新指定，如果不能生成比當(dāng)前組織的狀態(tài)更優(yōu)的角色指定，則將虛擬對(duì)象的組織進(jìn)行重 新設(shè)計(jì)，返回到歩驟(2)。4.基于層次圖變換的虛擬對(duì)象群體的自適應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為了將描述虛擬對(duì)象的群體行為演化的圖變換系統(tǒng)集成到虛擬對(duì)象的應(yīng)用系統(tǒng)中，圖5 給出了本發(fā)明的基于圖變換的虛擬自治對(duì)象群體的自適應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，自上而下分為三個(gè)層 次觀察層包括監(jiān)控Monitoring和自適應(yīng)調(diào)節(jié)Self-adaptive Mediator兩個(gè)模塊，監(jiān)控模 塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)刻虛擬對(duì)象的組織的元模型實(shí)例狀態(tài)；自適應(yīng)調(diào)節(jié)模塊管理和實(shí)施虛擬 對(duì)象的組織的行為演化過程，該模型包含了虛擬對(duì)象的組織的圖變換系統(tǒng)；元模型層元模型層抽象了系統(tǒng)層的元素，并向觀察層提供管理的接口；系統(tǒng)層提供了實(shí)現(xiàn)虛擬對(duì)象及系統(tǒng)運(yùn)行的環(huán)境。具體地構(gòu)造虛擬自治對(duì)象群體的多Agent系統(tǒng)的自適應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的流程如下(1) 構(gòu)造系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)設(shè)施，例如通信基礎(chǔ)環(huán)境及系統(tǒng)運(yùn)行的內(nèi)部環(huán)境、外部環(huán)境 及界面接口；(2) 構(gòu)造實(shí)現(xiàn)虛擬自治對(duì)象的群體組織模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如圖3所示的組織結(jié)構(gòu)的元 模型，作為自治對(duì)象的群體行為演化過程中組織結(jié)構(gòu)實(shí)例狀態(tài)；(3) 構(gòu)造觀察層的監(jiān)控模塊，用于檢測(cè)自治對(duì)象的組織結(jié)構(gòu)實(shí)例狀態(tài)；(4) 構(gòu)造觀察層的自適應(yīng)調(diào)節(jié)模塊，用于實(shí)現(xiàn)虛擬自治對(duì)象的組織結(jié)構(gòu)的層次圖變換 系統(tǒng)，本發(fā)明采用集中方式實(shí)現(xiàn)自治對(duì)象的群體組織演化過程。如圖6所示，監(jiān)控模塊實(shí)現(xiàn)的過程如下'(1) 獲取當(dāng)前時(shí)間的環(huán)境任務(wù)狀態(tài)、組織結(jié)構(gòu)的元模型狀態(tài)以及Agent個(gè)體執(zhí)行的任 務(wù)狀態(tài)；(2) 判斷組織任務(wù)是否完成，如果完成則終止，否則轉(zhuǎn)入步驟(3);(3) 判斷組織任務(wù)是否變化及Agent個(gè)體執(zhí)行的任務(wù)能否完成，將判斷結(jié)果傳送給自
適應(yīng)調(diào)節(jié)模塊，并進(jìn)入繼續(xù)監(jiān)控狀態(tài)。如圖7所示，自適應(yīng)調(diào)節(jié)模塊的實(shí)現(xiàn)過程如下(1) 從監(jiān)控模塊獲取當(dāng)前時(shí)刻組織任務(wù)狀態(tài)；(2) 根據(jù)當(dāng)前組織任務(wù)狀態(tài)和圖變換系統(tǒng)中控制條件確定組織結(jié)構(gòu)的社會(huì)結(jié)構(gòu)的目標(biāo)狀態(tài)；(3) 利用集中方式對(duì)Agent角色重新指定，確定組織結(jié)構(gòu)的目標(biāo)狀態(tài)；(4) 根據(jù)給定的搜索策略，由圖變換系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的圖狀態(tài)轉(zhuǎn)移系統(tǒng)確定從組織結(jié)構(gòu)的當(dāng) 前狀態(tài)到目標(biāo)狀態(tài)的圖變換規(guī)則應(yīng)用路徑；(5) 修改組織的元模型狀態(tài)并反饋給系統(tǒng)運(yùn)行層的Agent個(gè)體。 如圖8所示，元模型層的實(shí)現(xiàn)過程如下(1) 通過對(duì)組織任務(wù)及組織結(jié)構(gòu)的三個(gè)維度模型的分析，實(shí)現(xiàn)組織結(jié)構(gòu)的三個(gè)維度的要素；(2) 由自適應(yīng)調(diào)節(jié)模塊輸出的組織結(jié)構(gòu)的目標(biāo)狀態(tài)，更新元模型的圖對(duì)象狀態(tài)。 如圖9所示，系統(tǒng)層的實(shí)現(xiàn)過程如下(1) 構(gòu)建系統(tǒng)運(yùn)行層的Agent個(gè)體、通信環(huán)境及組織任務(wù)生成模塊；(2) 接收自適應(yīng)調(diào)節(jié)模塊輸出結(jié)果并向Agent個(gè)體通知更新結(jié)果，Agent個(gè)體通過通 信環(huán)境向監(jiān)控模塊反饋當(dāng)前任務(wù)的執(zhí)行狀態(tài)，任務(wù)生成模塊產(chǎn)生變化的任務(wù)并向監(jiān)控模塊 反饋任務(wù)變化狀態(tài)。
權(quán)利要求
1、一種基于層次圖組織與變換的虛擬環(huán)境群體對(duì)象行為演化方法，其特征在于步驟如下(1)給定實(shí)際應(yīng)用問題，構(gòu)造組織任務(wù)圖；(2)根據(jù)組織任務(wù)圖，構(gòu)造基于層次圖的虛擬對(duì)象群體的組織模型；(3)基于虛擬對(duì)象群體的組織模型，構(gòu)造描述虛擬對(duì)象群體行為演化的圖變換系統(tǒng)；(4)根據(jù)所述的圖變換系統(tǒng)構(gòu)造基于層次圖變換的虛擬對(duì)象群體的自適應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
2、 根據(jù)要求l所述的基于層次圖組織與變換的虛擬環(huán)境群體對(duì)象行為演化方法，其特 征在于所述步驟(1)中構(gòu)造組織任務(wù)圖的方法如下由實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域問題，通過任務(wù)的 分解與合并，按照任務(wù)的父-子組成關(guān)系形成關(guān)于任務(wù)的有向非循環(huán)圖，從而形成組織任務(wù) 圖。
3、 根據(jù)要求1所述的基于層次圖組織與變換的虛擬環(huán)境群體對(duì)象行為演化方法，其特 征在于所述步驟(2)中的虛擬對(duì)象群體的組織模型自下而上分為組織的社會(huì)結(jié)構(gòu)Rolegraph、角色指定Connection Graph和虛擬對(duì)象行為協(xié)調(diào)Agentgraph三個(gè)維度，其中社 會(huì)結(jié)構(gòu)定義了組織中角色及角色之間的關(guān)系，例如角色之間基于任務(wù)的依賴關(guān)系；角色指 定Connection Graph定義了組織中虛擬對(duì)象與其承擔(dān)的角色之間的匹配關(guān)系；虛擬對(duì)象行 Agentgraph為協(xié)調(diào)定義了通過角色指定后，由角色之間的社會(huì)結(jié)構(gòu)關(guān)系及虛擬對(duì)象與角色 之間的匹配而形成的虛擬對(duì)象之間的行為協(xié)調(diào)關(guān)系，表示了虛擬對(duì)象進(jìn)行行為協(xié)調(diào)的交互 對(duì)象當(dāng)兩個(gè)角色之間存在任務(wù)的依賴關(guān)系時(shí)，則分別承擔(dān)該兩個(gè)角色的虛擬對(duì)象之間建 立任務(wù)的協(xié)調(diào)關(guān)系。
4、 根據(jù)要求l所述的基于層次圖組織與變換的虛擬環(huán)境群體對(duì)象行為演化方法，其特 征在于在所述步驟(3)的構(gòu)造描述虛擬對(duì)象群體行為演化的圖變換系統(tǒng)的方法中，構(gòu)造 描述虛擬對(duì)象群體行為演化的圖變換系統(tǒng)，包括三個(gè)方面的要素，分別為虛擬對(duì)象的組織 的圖對(duì)象的集合、圖規(guī)則集合和圖規(guī)則應(yīng)用條件集合，具體的構(gòu)造方法如下-(1) 根據(jù)虛擬對(duì)象的組織的社會(huì)結(jié)構(gòu)集合，生成虛擬對(duì)象的可能的角色指定情況，從 而生成組織狀態(tài)的圖對(duì)象集合；(2) 定義圖對(duì)象的可能的圖節(jié)點(diǎn)與邊的操作的規(guī)則，例如節(jié)點(diǎn)或邊的添加、刪除，由 虛擬對(duì)象的組織的三個(gè)維度的圖規(guī)則組合成組織的圖對(duì)象操作規(guī)則集合；(3) 定義圖規(guī)則的應(yīng)用條件集合，構(gòu)造實(shí)現(xiàn)虛擬對(duì)象的組織的圖狀態(tài)轉(zhuǎn)移系統(tǒng)的圖規(guī)則應(yīng)用路徑的搜索算法，可以采用圖的寬度或廣度搜索方式。
5、 根據(jù)要求1所述的基于層次圖組織與變換的虛擬環(huán)境群體對(duì)象行為演化方法，其特 征在于所述步驟(4)的構(gòu)造基于層次圖變換的虛擬對(duì)象群體的自適應(yīng)系統(tǒng)自上而下分為 三個(gè)層次觀察層包括監(jiān)控Monitoring和自適應(yīng)調(diào)節(jié)Self-adaptive Mediator兩個(gè)模塊，監(jiān)控模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)檢測(cè)虛擬對(duì)象的組織的元模型實(shí)例狀態(tài)；自適應(yīng) 調(diào)節(jié)模塊用于管理和實(shí)施虛擬對(duì)象的組織的行為演化過程，該模型包含了虛擬對(duì)象的組織 的圖變換系統(tǒng)；元模型層元模型層抽象了系統(tǒng)層的元素，并向觀察層提供管理的接口； 系統(tǒng)層提供了實(shí)現(xiàn)虛擬對(duì)象及系統(tǒng)運(yùn)行的環(huán)境。
6、 根據(jù)要求5述的基于層次圖組織與變換的虛擬環(huán)境群體對(duì)象行為演化方法，其特征 在于所述的監(jiān)控模塊實(shí)現(xiàn)方法(1) 獲取當(dāng)前時(shí)間的環(huán)境任務(wù)狀態(tài)、組織結(jié)構(gòu)的元模型狀態(tài)以及虛擬對(duì)象個(gè)體執(zhí)行的 任務(wù)狀態(tài)；(2) 判斷組織任務(wù)是否完成，如果完成則終止，否則轉(zhuǎn)入步驟(3);(3) 判斷組織任務(wù)是否變化及虛擬對(duì)象個(gè)體執(zhí)行的任務(wù)能否完成，將判斷結(jié)果傳送給 自適應(yīng)調(diào)節(jié)模塊，并進(jìn)入繼續(xù)監(jiān)控狀態(tài)。
7、 根據(jù)要求5述的基于層次圖組織與變換的虛擬環(huán)境群體對(duì)象行為演化方法，其特征 在于所述的自適應(yīng)調(diào)節(jié)模塊的實(shí)現(xiàn)方法(1) 從監(jiān)控模塊獲取當(dāng)前時(shí)刻組織任務(wù)狀態(tài)；(2) 根據(jù)當(dāng)前組織任務(wù)狀態(tài)和圖變換系統(tǒng)中控制條件確定組織結(jié)構(gòu)的社會(huì)結(jié)構(gòu)的目標(biāo)狀態(tài)；(3) 利用集中方式對(duì)虛擬對(duì)象角色重新指定，確定組織結(jié)構(gòu)的目標(biāo)狀態(tài)；(4) 根據(jù)給定的搜索策略，由圖變換系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的圖狀態(tài)轉(zhuǎn)移系統(tǒng)確定從組織結(jié)構(gòu)的當(dāng) 前狀態(tài)到目標(biāo)狀態(tài)的圖變換規(guī)則應(yīng)用路徑；(5) 修改組織的元模型狀態(tài)并反饋給系統(tǒng)運(yùn)行層的虛擬對(duì)象個(gè)體。
8、 根據(jù)要求5述的基于層次圖組織與變換的虛擬環(huán)境群體對(duì)象行為演化方法，其特征 在于所述的元模型層的實(shí)現(xiàn)方法(1) 通過對(duì)組織任務(wù)及組織結(jié)構(gòu)的三個(gè)維度模型的分析，實(shí)現(xiàn)組織結(jié)構(gòu)的三個(gè)維度的要素；(2) 由自適應(yīng)調(diào)節(jié)模塊輸出的組織結(jié)構(gòu)的目標(biāo)狀態(tài)，更新元模型的圖對(duì)象狀態(tài)。
9、根據(jù)要求5述的基于層次圖組織與變換的虛擬環(huán)境群體對(duì)象行為演化方法，其特征 在于所述的系統(tǒng)層的實(shí)現(xiàn)方法(1) 構(gòu)建系統(tǒng)運(yùn)行層的虛擬對(duì)象個(gè)體、通信環(huán)境及組織任務(wù)生成模塊；(2) 接收自適應(yīng)調(diào)節(jié)模塊輸出結(jié)果并向虛擬對(duì)象個(gè)體通知更新結(jié)果，虛擬對(duì)象個(gè)體通 過通信環(huán)境向監(jiān)控模塊反饋當(dāng)前任務(wù)的執(zhí)行狀態(tài)，任務(wù)生成模塊產(chǎn)生變化的任務(wù)并向監(jiān)控 模塊反饋任務(wù)變化狀態(tài)。
全文摘要
一種基于層次圖組織與變換的虛擬環(huán)境群體對(duì)象行為演化方法，(1)給定實(shí)際應(yīng)用問題，構(gòu)造組織任務(wù)圖；(2)根據(jù)組織任務(wù)圖，構(gòu)造基于層次圖的虛擬對(duì)象群體的組織模型；(3)基于虛擬對(duì)象群體的組織模型，構(gòu)造描述虛擬對(duì)象群體行為演化的圖變換系統(tǒng)；(4)根據(jù)所述的圖變換系統(tǒng)構(gòu)造基于層次圖變換的虛擬對(duì)象群體的自適應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明中組織的重組過程具有主動(dòng)性、可控性的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G06N99/00GK101159042SQ20071017653
公開日2008年4月9日 申請(qǐng)日期2007年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月30日
發(fā)明者梁曉輝, 王正光, 趙沁平 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)