众智仿真理论与实践

众智建模与仿真方法主要用于研究众智科学的基本原理和规律。其主要内容包括众决策、众协作、众进化等仿真，用于研究众决策、众协作、众进化等群体智能问题。《众智仿真理论与实践》共7章。第1章为众智仿真理论。第2章为众智仿真方法。第3章为众智仿真平台。第4章为众智仿真方法在生产系统分析中的应用。第5章为众智仿真方法在装备保障体系分析中的应用。第6章为基于=Agent的众智仿真案例。第7章为基于HLA的众智仿真案例。

目录
“新一代人工智能理论、技术及应用丛书”序
前言
第1章众智仿真理论1
1.1众智单元仿真成员通用模型1
1.1.1集合型众智单元模型2
1.1.2原子型众智单元模型2
1.2众进化仿真理论5
1.2.1自我进化问题5
1.2.2众进化仿真6
1.3众决策仿真理论8
1.3.1众决策仿真8
1.3.2投票方式8
1.3.3投票机制划分原则11
1.3.4众决策仿真的智能表达、比较与运算方法12
1.4众协作仿真理论13
1.4.1智能主体间的微观交易协作问题13
1.4.2众协作仿真13
1.4.3众协作仿真的智能表达、比较与运算方法13
1.5众演化仿真理论17
1.5.1智能主体间的宏观产业分工生态结构演化问题17
1.5.2众演化仿真17
1.6多源信息传播仿真理论19
1.6.1信息传播及事件演进仿真19
1.6.2基于多源信息传播的不动点仿真20
1.6.3基于多源信息传播的控制条件仿真22
第2章众智仿真方法23
2.1离散事件系统仿真23
2.1.1离散事件系统的基本概念23
2.1.2离散事件系统的基本组成24
2.1.3国外离散事件系统仿真研究现状25
2.1.4国内离散事件系统仿真研究现状26
2.2系统动力学仿真27
2.2.1系统动力学的起源27
2.2.2系统动力学的基本概念27
2.2.3国外系统动力学研究现状29
2.2.4国内系统动力学研究现状30
2.3多Agent仿真31
2.3.1多Agent建模与仿真的概念和特点31
2.3.2基于Agent的建模与仿真的应用研究现状32
2.3.3基于Agent的仿真平台的研究现状35
第3章众智仿真平台40
3.1基于Agent的众智仿真平台40
3.1.1JADE平台的起源及发展40
3.1.2Netlogo平台的起源及发展41
3.1.3Swarm平台的起源及发展41
3.1.4Repast平台的起源及发展41
3.1.5Mason平台的起源及发展41
3.1.6AnyLogic平台的起源及发展42
3.1.7各仿真平台的比较42
3.2基于HLA的众智仿真42
3.2.1HLA协议43
3.2.2HLA分布式仿真机制85
3.2.3HLA分布式仿真运行支撑环境98
3.2.4基于HLA的众智仿真理论框架101
第4章众智仿真方法在生产系统分析中的应用120
4.1众智仿真软件120
4.2众智仿真模型的建立122
4.3众智仿真结果及分析132
第5章众智仿真方法在装备保障体系分析中的应用143
5.1装备保障体系仿真简介143
5.1.1装备保障系统建设现状143
5.1.2装备保障流程的仿真145
5.1.3装备保障资源的仿真146
5.1.4装备保障决策的仿真146
5.1.5装备保障体系的评估149
5.1.6装备保障体系的优化151
5.2装备保障体系仿真建模设计153
5.2.1Agent理论介绍153
5.2.2装备保障体系众智仿真157
5.2.3装备保障体系众智仿真架构157
5.3装备保障体系仿真的功能结构158
5.3.1Agent模型管理158
5.3.2仿真基础模型管理159
5.3.3力量编成构建160
5.3.4保障规则管理161
5.3.5保障任务管理161
5.3.6数据的采集与管理161
5.3.7界面查询模块162
5.4装备保障体系仿真原型系统的设计与实现163
5.4.1JADE概述163
5.4.2JADE体系结构164
5.4.3JADE管理和调试工具165
5.4.4JADE中的Agent168
5.4.5采用JADE平台对本体系开发的适用性170
5.5装备保障体系仿真原型系统仿真的设计171
5.5.1Agent模型种类171
5.5.2基本规则172
5.5.3原型系统中的主要交互关系173
5.6装备保障体系仿真原型系统仿真的代码实现174
5.6.1程序的整体架构174
5.6.2Agent类的代码实现174
5.6.3程序的运行流程181
5.6.4原型系统基础模型库的建立183
5.6.5力量编成构建184
5.6.6仿真结果分析186
5.6.7界面展示191
第6章基于Agent的众智仿真实例193
6.1众进化仿真实例193
6.2众决策仿真实例197
第7章基于HLA的众智仿真实例204
7.1众协作仿真实例204
7.2众演化仿真实例208
7.3多源信息传播仿真实例213
7.3.1信息传播及事件演进仿真实例213
7.3.2基于多源信息传播的不动点仿真实例217
7.3.3基于多源信息传播的控制条件仿真实例229
参考文献232

第1章 众智仿真理论
　　众智网络系统是现代服务业及未来经济和社会的主要形态，以众智网络为研究对象，研究其运行机理和基本规律，可以为构建高效科学的未来网络化众智经济社会形态提供理论基础。围绕众智网络的研究问题，本章提出众智单元仿真成员通用模型，从众进化仿真理论、众决策仿真理论、众协作仿真理论、众演化仿真理论、多源信息传播仿真理论等五个方面展开介绍[1-6]。
　　1.1 众智单元仿真成员通用模型
　　众智网络是将现实中的智能主体连同其意识借助网络和数据统一映射到信息空间中形成各自的镜像。我们称这些智能主体的映射为信息空间的智能体。在众智网络仿真中，这些智能体以众智仿真成员的形式出现。众智单元有两种类型，即原子型众智单元和集合型众智单元。原子型众智单元对应不能分解的原子智能主体，如人、物品或企业(作为昀小单位讨论时)。集合型众智单元对应由原子型众智单元汇聚而成的智能主体群体，如虚拟企业、小组、供应链等。众智网络仿真成员通用模型如图1-1所示[1-9]。
　　图1-1 众智网络仿真成员通用模型
　　1.1.1 集合型众智单元模型
　　一个集合型众智单元由格局、影响器、分解器/选择器、汇聚器、决策器、执行器、监控器和连接器组成。其输入是目标或者承诺，输出是行为的结果(收益与付出的比值)。集合型众智单元模型如图1-2所示。
　　①格局是由在时间序列上的决策构成的有向无环图(directed acyclic graph，DAG)。弧表示行为，弧上的权重表示行为的代价。节点表示行为的结果，节点的权重表示行为的收益。在格局上存在一条全局昀优路径，由于资源限制或者判断的局限性，众智单元本身往往只能找到局部的昀优路径。
　　②影响器是若干建议者众智单元决策的影响。其影响强度由互连规则决定。建议者的建议与决策器的决策在执行器汇总。影响器的其他部分(例如建议的出发点、智能水平和能力)对众智单元来说并不可见。
　　③分解器是针对原始目标/承诺的分解能力。选择器根据分解的结果选择下层的众智单元，部分体现智能的广度，在群体智慧中主要将目标/承诺进行水平分解(在时间上可以并发的几个部分)。
　　④汇聚器综合分解器分解后的结果，供决策器进行下一步决策。
　　⑤决策器根据汇聚器汇聚的子目标执行情况，综合考虑资源情况(大于等于格局中弧的权重才可以选择该条路径)和能力(在时间序列上能够看到的回合数，体现深度、禀赋的一个方面)进行决策。
　　⑥执行器根据决策器的决策和影响器的建议进行选择，其比例受自信水平的影响。另外，它还会受到自退化现象的影响(智慧体总是趋向于对自己昀有利的方向退化，是扰动的一个主要方面)。
　　⑦监控器根据具体目标/承诺对偏离进行修正。其中的自律水平代表众智单元自纠正的能力；监控者的干涉代表外部的纠正能力。其监控强度由互连规则确定。
　　⑧连接器连接与众智单元相关的其他众智单元，从其他众智单元的行为结果中学习。该结果作为负反馈能够作用于下一轮的选择，其连接强度由互连规则确定。
　　1.1.2 原子型众智单元模型
　　一个原子型众智单元由格局、影响器、决策器、执行器、监控器和连接器组成。其输入是目标或者承诺，输出是行为的结果(收益与付出的比值)。与集合型众智单元相比，它没有分解器与汇聚器。原子型众智单元模型如图1-3所示。
　　原子型众智单元的前进格局如图1-4所示。
　　图1-4 原子型众智单元的前进格局
　　原子型众智成员在作为普通成员的同时，还可以具有其他两个身份，即建议者和监控者。
　　建议者根据自己的偏好建议他人的行为。一个建议者的主要内容是格局，在格局上针对不同的被建议者和目标存在一条建议路径。建议者格局如图1-5所示。
　　图1-5 建议者格局
　　监控者根据格局上的偏好解监控众智单元行为和偏好解的偏离程度。其主要内容是一个给定的格局及其偏好路径。
　　1.2 众进化仿真理论
　　1.2.1 自我进化问题
　　众智网络中个体和群体的智能随着自身的发展和协同交互而不断变化发展，时刻处于自我进化的过程中，但是进化的方向和结果是不确定的。如何确保智能体向好的方向实现有效进化，不断提高自我智能，就需要探索众智网络智能体的有效进化机理、方式和手段，实现“三人行必有我师”。
　　1.2.2 众进化仿真
　　众进化仿真以众多人、企业、机构、机器人等智能物品通过网络互连而成的众智网络为研究对象，以完成特定任务为目标，考虑智能体之间连接的广度、深度和交互规则等因素，仿真众智网络中众多异构异质智能体协同运作的机理和高效实现目标的机制与条件；模拟个体在一个特定的协作情境中，通过自身的学习，在禀赋、能力、资源、自律水平等固有约束下，优化自身的决策机制(主要是与其他个体间的连接关系)达到全局昀优决策的目的，从而形成自组织、生态化、可持续创新、可控的众智网络系统[10-12]。
　　与传统的仿真相比，众进化仿真中的个体既不是经济学进化中的纯理性个体，也不同于生物学进化中的纯非理性个体，更贴近实际的情况。在众智环境下，它更强调其他个体的连接关系和连接强度。这也是众智智能的一个方面，比传统进化更贴近众智网络的现实。
　　众进化仿真以单体众智机模型为基础模型，只从众智单元局部去推解如何协同运作和高效实现全局目标，并在此基础上优化执行器、关联强度和影响系数的进化过程。众进化仿真模型如图1-6所示。
　　众进化仿真的实用性基本取决于格局的设计。合理的格局设计才能体现仿真结果对现实的参考意义。众进化仿真格局如图1-7所示。
　　格局包含开始节点、中间节点、终止节点。
　　开始节点(B|S_0)是仿真单元在格局中运行的起点。每个仿真单元在仿真过程刚开始的时候，初始点都在格局的开始节点上。B意为开始(Beginning)。S_0是仿真单元在初始点获得的原始资源(Source)。
　　中间节点(P|W)是仿真过程中尚未结束的中间点，可以理解为个人目前所处的境地。不同的境地有不同的选择，所以P意为境地(Position)。个人在到达某一境地时定会有所收获，W代表仿真单元到达该境地Position时能获得的收益(Wealth)。
　　终止节点(E|W)，若仿真单元运行到这种节点，则停止运行。E指终止(Ending)。