《关于多代理系统的研究》01

1. 简介

在软件工程领域，多代理系统是比较常见的一个研究课题，尤其是在分布式，开放式的网络环境中，多代理系统有很多的优势。所谓多代理系统是指一个由多个自治运行的Agent组成的集体.在开放分布式网络环境中Agent是一个抽象实体.它是自治的可以对自身环境、操作环境和环境变化采取行动，一个系统中一般有多个IntelligentAgent这样的系统就称为多Agent系统.多Agent系统必须找出一种使各个Agent能够协同工作的适当方法。依据这些理论基础建立起来的系统均称为多Agent系统,即MAS.
最近研究的东西就是使用多代理的方法，对在线网络拍卖进行欺诈检测。在线拍卖的一个很重要的特点就是其隐蔽性。每个竞标者可以很轻松的拥有很多的拍卖的账号，进行欺诈性投标，进而达到inflate成交价格的目的。当然了，对于欺诈投标有很多策略，想了解更多关于欺诈投标的特点，方法，可以参考我的一片会议论文A real-time Monitoring Framework for Online Auction Frauds，这是跟我的研究生导师Dr. Samira Sadaoui合作发表的一片论文。
写该系列博客的主要目的是，关于多代理系统（multi-agent）的实现，资料很少，并且，德国人开发的一个框架Jadex学习起来成本很高，可以提供的API很少，并且都是英文的，理解起来有一定的难度。为了能够尽快完成研究生的毕业设计，也为了能够给大家提供一些学习的资源，就把学习Jadex的过程以及部分资料进行翻译，希望会对国内的相同研究方向的学生，学者有一定的帮助。
我所使用的Jadex是Jadex BDI V3，纯Java实现，没有使用XML。后面慢慢会引入一点关于下一篇论文的一些Implementation的核心。

2. 大笔一挥，Helloworld

首先Jadex的启动问题，相信只要能够懂一点Eclipse使用，并且懂一点英文的都可以做到。按照手册《BDI V3 Tutorial》上的步骤，就可以直接启动。
1. 创建第一个Agent，简单来说就是Helloworld
创建Agent的方法很简单，新建一个java文件，然后命名为*BDI.java,注意：命名的结尾要以BDI结束，这表示你的多代理系统能够认识这个文件为BDI Agent，其他的文件命名是不被接受的。接下来，就是键入如下的代码：

package a1;import jadex.bdiv3.BDIAgent;import jadex.micro.annotation.Agent;import jadex.micro.annotation.AgentBody;import jadex.micro.annotation.Description;@Agent@Description("<h1>Hello, Jadex!!!</h1>")public class AucControllerBDI {    @Agent    protected BDIAgent agent;    @AgentBody    public void body(){        System.out.println("Hello, Jadex");    }}

启动Agent，你会看见控制台输出：Hello, Jadex. 说明，一切万事大吉，你已经踏入了，Jadex大门了。恭喜恭喜！！！！

3. 使用Plan

在Jadex中，Plans起着很重要的作用，因为Plan封装了很多的状态（下面会介绍）。Plan的使用包括两个方面：@Plan说明了Plan的元信息已经被定义了，从此以后这个就是Plan了，像是宣誓主权一样。那么，这个@Plan就已经定义了很多的属性，比如Plan被激活的条件或者与其他Plan之间的关系。另外一方面就是Plan的body部分，主要包含具体的实现部分。
首先，Plan在Multi-Agent中，有三种形式：可以定义成成员方法，内部类，以及类。关于这三种的优劣势，下面会通过代码进行说明。
如果Plan来驱动events和goals，我们可以在Plan的头部进行说明，进而使这个Agent知道，这个Plan能够处理的events。这样的话，当这个Agent收到来自于其他的Agent的events时候，就可以创建自己的Plan表或者候选Plan来处理该events。
通常情况下，一个Plan会处于等待状态，直到某个状态被执行完毕。这样的话，一个Plan就可以使用Plan API的waitFor()方法。作为一个对象的Plan API能够有两种方法被检索到：1，在Plan的类中，可以使用@PlanAPI的标识，声明一个field。然后Jadex的推理引擎就会自动加入这个plan的实例。请注意，Jadex的方法能够被框架随时调用。推理引擎会自动决定哪些值是所期待的，哪些参数是需要设置的。如果没有找到的话，系统就会返回null。

3.1 Plan作为一个普通的类

一个简单的实例，实现中英文之间的翻译：
使用一个Java的类来定义Plan：
// TranslatePlan.java

package a1;import java.util.HashMap;import java.util.Map;import jadex.bdiv3.annotation.Plan;import jadex.bdiv3.annotation.PlanBody;@Planpublic class TranslatePlan {    protected Map<String, String> wordTable;    public TranslatePlan() {        this.wordTable = new HashMap<String, String>();        // add some examples of word pairs        wordTable.put("milk", "牛奶");        wordTable.put("banana", "香蕉");        wordTable.put("school", "学校");        wordTable.put("teacher", "老师");        wordTable.put("science", "科学");    }    @PlanBody    public void translateEnglishChinese() {        // Here we only test one example        System.out.println("Translated: teacher to Chinese is "                + wordTable.get("teacher"));    }}

定义Plan很简单，就是要一个类要实现的功能，然后加上对应的annotation，也就是@Plan和@PlanBody等等。
//TranslateEngChBDI.java

package a1;import jadex.bdiv3.BDIAgent;import jadex.bdiv3.annotation.Body;import jadex.bdiv3.annotation.Plan;import jadex.bdiv3.annotation.Plans;import jadex.micro.annotation.Agent;import jadex.micro.annotation.AgentBody;import jadex.micro.annotation.Description;@Agent@Description("<h1>Translate English to Chinese</h1>")@Plans(@Plan(body=@Body(TranslatePlan.class)))public class TranslateEngChBDI {    @Agent    protected BDIAgent translateAgent;    @AgentBody    public void body(){        TranslatePlan transPlan = new TranslatePlan();        translateAgent.adoptPlan(transPlan);    }}

两点需要主要，首先要在Agent类的开始部分加上可能要使用的Plan，就是@Plans(@Plan(body=@Body(TranslatePlan.class)))这一行。主要了，agent体中得body方法是在启动JCC的时候，自动被调用的。然后adopt这个Plan。
输出：Translated: teacher to Chinese is 老师

3.2 Plan作为一个内部类

package a1;import java.util.HashMap;import java.util.Map;import jadex.bdiv3.BDIAgent;import jadex.bdiv3.annotation.Plan;import jadex.bdiv3.annotation.PlanBody;import jadex.micro.annotation.Agent;import jadex.micro.annotation.AgentBody;import jadex.micro.annotation.Description;@Agent@Description("<h1>Translate English to Chinese</h1>")// @Plans(@Plan(body=@Body(TranslatePlan.class)))public class TranslateEngChBDI {    @Agent    protected BDIAgent translateAgent;    @Plan    public class TranslatePlan {        protected Map<String, String> wordTable;        public TranslatePlan() {            this.wordTable = new HashMap<String, String>();            // add some examples of word pairs            wordTable.put("milk", "牛奶");            wordTable.put("banana", "香蕉");            wordTable.put("school", "学校");            wordTable.put("teacher", "老师");            wordTable.put("science", "科学");        }        @PlanBody        public void translateEnglishChinese() {            // Here we only test one example            System.out.println("Translated: teacher to Chinese is "                    + wordTable.get("teacher"));        }    }    @AgentBody    public void body() {        TranslatePlan transPlan = new TranslatePlan();        translateAgent.adoptPlan(transPlan);    }}

不太建议把Plan作为内部类进行使用，懂编程的人，都知道为什么。对吧？可能我的经验不足，还是比较讨厌这种使用方法。

3.3 Plan作为方法使用

package a1;import java.util.HashMap;import java.util.Map;import jadex.bdiv3.BDIAgent;import jadex.bdiv3.annotation.Plan;import jadex.micro.annotation.Agent;import jadex.micro.annotation.AgentBody;import jadex.micro.annotation.AgentCreated;import jadex.micro.annotation.Description;@Agent@Description("<h1>Translate English to Chinese</h1>")// @Plans(@Plan(body=@Body(TranslatePlan.class)))public class TranslateEngChBDI {    @Agent    protected BDIAgent translateAgent;    protected Map<String, String> wordTable;    @AgentCreated    public void init() {        this.wordTable = new HashMap<String, String>();        // add some examples of word pairs        wordTable.put("milk", "牛奶");        wordTable.put("banana", "香蕉");        wordTable.put("school", "学校");        wordTable.put("teacher", "老师");        wordTable.put("science", "科学");    }    @Plan    public void translateEngCh() {        // Here we only test one example        System.out.println("Translated: teacher to Chinese is "                + wordTable.get("teacher"));    }    @AgentBody    public void body(){        translateAgent.adoptPlan("translateEngCh");    }}

作为方法使用是，在Agent的body方法中，要使用Plan方法的名字就可以。框架提供了自动检索的方法。

3.4 使用其他Plan的方法

除了已经学习到的使用方法外，下面介绍其他三个Plan的生命周期方法。
1. @PlanPassed Plan顺利执行的
2. @PlanFailed Plan执行失败
3. @PlanAborted Plan被取消，比如当Plan的上下文变得不可用的时候。
演示这个例子的时候，需要用到try-catch块，完成adoptPlan()的调用和等待Plan被执行完成的调用（在调用完成以后，使用get())。get() 是基于future的异步转同步的方法。

package a1;import java.util.HashMap;import java.util.Map;import jadex.bdiv3.BDIAgent;import jadex.bdiv3.annotation.Plan;import jadex.bdiv3.annotation.PlanAborted;import jadex.bdiv3.annotation.PlanBody;import jadex.bdiv3.annotation.PlanFailed;import jadex.bdiv3.annotation.PlanPassed;import jadex.micro.annotation.Agent;import jadex.micro.annotation.AgentBody;import jadex.micro.annotation.Description;@Agent@Description("<h1>Translate English to Chinese</h1>")// @Plans(@Plan(body=@Body(TranslatePlan.class)))public class TranslateEngChBDI {    @Agent    protected BDIAgent translateAgent;    @Plan    public class TranslateEngChPlan {        protected Map<String, String> wordTable;        public TranslateEngChPlan() {            this.wordTable = new HashMap<String, String>();            // add some examples of word pairs            wordTable.put("milk", "牛奶");            wordTable.put("banana", "香蕉");            wordTable.put("school", "学校");            wordTable.put("teacher", "老师");            wordTable.put("science", "科学");        }        @PlanBody        public void translateEngCh() {            // Here we only test one example            System.out.println("Translated: teacher to Chinese is "                    + wordTable.get("teacher"));        }        @PlanPassed        public void passed(){            System.out.println("Plan finished successfully!!!");        }        @PlanAborted        public void aborted(){            System.out.println("Plan Aborted!!!!");        }        @PlanFailed        public void failed(){            System.out.println("Plan failed");        }    }    @AgentBody    public void body() {        try {            translateAgent.adoptPlan(new TranslateEngChPlan()).get();        } catch (Exception e) {            // TODO: handle exception            e.printStackTrace();        }    }}

上面代码的主要功能就是在Plan执行完成之后，其他的Plan方法会相应的根据Plan来执行。如果是成功执行，就执行PlanPassed，不成功就会根据异常的类型执行相应的方法。

3.5 Plan的上下文条件

除了Plan的生命周期方法之外，一个Plan，还有其他的先决条件或者上下文条件的方法。先决条件的方法是在Plan执行之前进行evaluated的。作为对比，上下文条件则是必须在Plan执行的时候来evalued。也就是说，如果在Plan执行的某个时候，上下文条件变成false了，那么该计划就不得不被取消了。

package a1;import java.util.HashMap;import java.util.Map;import jadex.bdi.runtime.IPlan;import jadex.bdiv3.BDIAgent;import jadex.bdiv3.annotation.Belief;import jadex.bdiv3.annotation.Plan;import jadex.bdiv3.annotation.PlanAPI;import jadex.bdiv3.annotation.PlanAborted;import jadex.bdiv3.annotation.PlanBody;import jadex.bdiv3.annotation.PlanContextCondition;import jadex.bdiv3.annotation.PlanFailed;import jadex.bdiv3.annotation.PlanPassed;import jadex.micro.annotation.Agent;import jadex.micro.annotation.AgentBody;import jadex.micro.annotation.Description;@Agent@Description("<h1>Translate English to Chinese</h1>")// @Plans(@Plan(body=@Body(TranslatePlan.class)))public class TranslateEngChBDI {    @Agent    protected BDIAgent translateAgent;    @Belief    protected boolean boolContext = true;    @Plan    public class TranslateEngChPlan {        protected Map<String, String> wordTable;        @PlanAPI        protected IPlan plan;        @PlanContextCondition(beliefs="boolContext")        public boolean checkContext(){            return boolContext;        }        public TranslateEngChPlan() {            this.wordTable = new HashMap<String, String>();            // add some examples of word pairs            wordTable.put("milk", "牛奶");            wordTable.put("banana", "香蕉");            wordTable.put("school", "学校");            wordTable.put("teacher", "老师");            wordTable.put("science", "科学");        }        @PlanBody        public void translateEngCh() throws InterruptedException {            // Here we only test one example            System.out.println("Plan started:");            plan.wait(10000);            System.out.println("Plan resumed.");            System.out.println("Translated: teacher to Chinese is "                    + wordTable.get("teacher"));        }        @PlanPassed        public void passed(){            System.out.println("Plan finished successfully!!!");        }        @PlanAborted        public void aborted(){            System.out.println("Plan Aborted!!!!");        }        @PlanFailed        public void failed(){            System.out.println("Plan failed");        }    }    @AgentBody    public void body() {        try {            translateAgent.adoptPlan(new TranslateEngChPlan());            translateAgent.waitForDelay(1000);            boolContext = false;            System.out.println("");        } catch (Exception e) {            // TODO: handle exception            e.printStackTrace();        }    }}

总结：该篇主要介绍了关于Jadex的Agent的创建方法和Plan的使用。Agent在V3中得使用只需要Java文件就可以，并且，在需要设置为Plan的方法或者类上面添加@Plan就可以声明为Plan，在Agent的body中直接调用使用。Plan的定义方法比较多，但是常用的还是每个Plan定义为一个类文件，比较符合常规的系统开发规范。