基于Agent的智能人機接口技術(shù)

1 人- 機失調(diào)問題

人、機(計算機、生產(chǎn)及控制設備等) 是由兩種截然不同的對象, 在一定的環(huán)境和組織機構(gòu)中組成的復雜人機系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)中, 人與機器配合工作, 各司其職。人主要從事思維、感知、決策、創(chuàng)造等方面的工作, 機器則在生產(chǎn)過程的實施與控制方面發(fā)揮作用,或從事由于生理或心理因素人們無法完成的工作。受傳統(tǒng)思維方式的影響, 人們常常不自覺地將系統(tǒng)中人與機器之間的有機聯(lián)系割裂開來, 用技術(shù)的方法研究機器的作用, 用管理學的方法研究人的影響。

近年來, 雖已開始對人在生產(chǎn)制造系統(tǒng)中的核心地位有所認識, 但對如何處理好系統(tǒng)中人機的關(guān)系,尚無具體的研究成果。

2 智能人機接口技術(shù)實現(xiàn)人機協(xié)調(diào)

控制論的創(chuàng)始人維納早就指出“: 當我們使用有理智的機器的時候, 我們自己應該在利用這些機器之前, 表現(xiàn)出更大的理智和才能”。在復雜工業(yè)系統(tǒng)中,人與機器的合理分工、協(xié)同和集成是有效實施智能管理系統(tǒng)集成及優(yōu)化技術(shù)的關(guān)鍵。

2.1 人機一體化思想

在制造環(huán)境中, 人的核心作用是不可替代的。在制造智能管理自動化系統(tǒng)的人機關(guān)系問題上, 最初的思想是強調(diào)高度自動化, 但在研究和應用實踐中產(chǎn)生的種種問題, 使人們逐漸認識到適度自動化的重要性, 進而提出了“人件”(Humanware) 與“軟件”、“硬件”

具有同等重要性。1990 年錢學森在研究思維科學時,提出了“綜合集成工程”(Meta- syntheTIc Engineering),其中蘊涵了人在集成系統(tǒng)中的不可替代作用。

路甬祥院士提出了“人機一體化系統(tǒng)”, 其核心內(nèi)容是強調(diào)人在系統(tǒng)中的重要性, 人機協(xié)同感知、思維和執(zhí)行實現(xiàn)人與機械的整體綜合(Metasynthesis), 強調(diào)人在回路中的重要性, 通過超介質(zhì)(hypermedia) 實現(xiàn)人機耦合(human- machine coupling), 從而實現(xiàn)人機最佳協(xié)同合作(human - machine synergy)。

人與機器是兩種具有重大區(qū)別的系統(tǒng), 要實現(xiàn)二者有機的結(jié)合, 達到最佳協(xié)同的目的, 首先必須了解各自的特點, 然后尋求二者通過超介質(zhì), 如智能人機接口結(jié)合實現(xiàn)人機一體化系統(tǒng)。

2.2 智能人機接口

涂序彥教授指出的“人機協(xié)調(diào)”意味著: 人與自動化機器設備組成的人機系統(tǒng)(Man-Machine System)中, 人與機器通過多媒體智能界面(Multimedia IntelligentInterface) 進行人機友好通信, 在人機合理分工的基礎(chǔ)上, 進行人機協(xié)同工作, 實現(xiàn)人機“智能集成”(IntelligenceIntegratiON), 促進人機“智能共生”( IntelligenceCo- growing) , 達到“人機和諧”(Man-MachineHarmonization) 。為了實現(xiàn)人機協(xié)調(diào), 在系統(tǒng)設計中要做到人機合理分工, 而在實現(xiàn)中則要提供多媒體的人機智能接口, 以便在系統(tǒng)運行中能夠進行人機的友好交互, 實現(xiàn)人機智能結(jié)合, 人機協(xié)同工作。在多庫協(xié)同軟件支持下, 可以為智能管理系統(tǒng)設計和實現(xiàn)可視化的多媒體人機智能界面, 建立人機協(xié)調(diào)的智能管理系統(tǒng)。

借助智能人機接口實現(xiàn)人機協(xié)調(diào)的要求:

( 1) 要實現(xiàn)人機協(xié)同的思想, 必須充分發(fā)揮人與機器各自的特點, 以協(xié)同最優(yōu)為目標, 借助一個既能理解人的思維和行為, 又能理解機器行為的人機接口, 在人與機器之間建立一種柔性的耦合關(guān)系, 是將具有本質(zhì)區(qū)別的兩個事物有機融合的一種可行思路。

( 2) 人特有的認知和行為特點, 決定了人機接口的視線中應該設計由人根據(jù)自身特點、經(jīng)驗知識創(chuàng)造的, 并具有人類某些重要意識屬性和行為特點的“代理人”。這個“代理人”駐留在人機接口系統(tǒng)中。

( 3)“代理人”需要具有適用于不同人的認知和行為特點的能力, 這是建立在對人的認知和行為特點充分理解的基礎(chǔ)之上的。因此中間體本質(zhì)上是一個知識系統(tǒng)。

( 4) 讓“代理人”作為人和機器之間信息、知識、情感溝通的橋梁, 既不需要構(gòu)建具有超人的智能機器(實踐已經(jīng)證明一味追求智能化機器的道路已經(jīng)步履維艱) , 又避免了人與機器地生硬的直接接觸。這就是一種智能化人機—體的超介質(zhì)。

3 智體( Agent ) 的特點和結(jié)構(gòu)

智體(Agent) 是很好的實現(xiàn)上述“代理人”的工具。

Agent 代表擬人的智能實體, 具有類似于人的特性和功能, 如:

(1)自律性(Autonomy)。Agent 具有根據(jù)自己的信念、愿望和意圖, 自律地、獨立地自行決策的性能。

(2)主動性(Activity)。Agent 能預見環(huán)境的變化并按照其目的和需求主動地采取行動。

(3)敏感性(Sensibility)。Agent 具有感知、識別和理解環(huán)境或其它智體的性能。

(4)反應性(Reactivity)。Agent 能輸入刺激信息和輸出反應行為, 能接收指示并執(zhí)行任務。

(5)機動性(Mobility)。Agent 具有機動性、靈活性和適應性, 能在其生存環(huán)境中隨意移動, 并實現(xiàn)某些遠程操作。

(6)社團性(Sociality)。各種Agent 之間可以相互通信、協(xié)商、協(xié)作和協(xié)調(diào)。若干Agent 可組成Agent 團隊或Agent 社會。

為了表達agent 的特性和功能, agent 的模型可用一個六元素的數(shù)據(jù)集來給出。如下:

A={Au, Ac, Se, Re, Mo, So} ( 1)其中: A—Agent; Au—自律性; Ac—主動性; Se—感知性; Re—反應性;Mo—移動性; So—社團性作為擬人的智能實體, 智體的結(jié)構(gòu)應類似于人。

智體的一般結(jié)構(gòu)如圖1 所示。在圖中,智體包括如下3 個單元素:

(1)決策生成器(Decision Maker)。具有自律性Au和主動性Ac 的決策生成器根據(jù)自己的信念、愿望、意圖和感受器輸入的信息, 輸出指令給效應器。

(2)感受器(Sensor)。具有敏感性能的感受器, 從外界環(huán)境或其他Agent 接受輸入的刺激信息, 并提供經(jīng)過處理的信息給決策生成器。

(3)效應器(Actuator)。具有反應性能的效應器接收決策生成器的指令, 并產(chǎn)生輸出行動, 作用于外界環(huán)境或其它Agent。

基于Agent 的體系結(jié)構(gòu), 可以利用軟件、硬件或“軟一硬”件的方法和技術(shù)來設計和實現(xiàn)。

4 基于Agent 的人機接口在決策支持系統(tǒng)中的實現(xiàn)模型

決策支持系統(tǒng)強調(diào)決策過程的人機交互, 它比一般的軟件系統(tǒng)更需要一個界面友好的人機交互系統(tǒng).[!--empirenews.page--]

人機接口, Agent 可充當用戶和機器信息溝通的橋梁,形成一種人機互相激發(fā)、優(yōu)勢互補、共同尋求問題的有效途徑, 從而構(gòu)成基于網(wǎng)絡的分布式人機共存環(huán)境。

4.1 基于Agent 的人機協(xié)調(diào)機制

這種用于充當人和機器信息溝通的橋梁的人機接口Agent 將人(管理者、決策人、操作者、調(diào)度員等)和計算機及其它機器設備有機地結(jié)合起來, 形成了一種人與機器相互激發(fā)、優(yōu)勢互補、共同尋求問題求解的協(xié)同機制(如圖2) 。

上述模型是一個三位一體的結(jié)構(gòu), 打破了傳統(tǒng)的人- 機二元綜合的思路。Agent 具有人和機器的各自特點, 將原來的人與高度智能化的機器之間的“硬接口”

分解為若干組“人—Agent”和“Agent —機器”的雙柔性接口。在很大程度上, Agent 充當了人的代理。實現(xiàn)人機協(xié)同的任務就轉(zhuǎn)變?yōu)檠兄凭哂须p向人機接口的Agent。

4.2 人機接口Agent 的工作方式

人機接口Agent 強調(diào)Agent 的自主性和學習性,它可作為人的助手, 通過與用戶協(xié)作替用戶傳達決策任務。在決策過程中, Agent 可采用以下幾種學習方式來適應問題的變化: 通過發(fā)現(xiàn)和模擬用戶學習知識、通過獲得用戶的正向和負向反饋學習知識、通過用戶的指導獲得知識、通過與其它Agent 通訊獲得知識。人機接口Agent 的工作模式如圖3 所示。

通過人機接口Agent 可實現(xiàn)人機智能結(jié)合, 通過多Agent 系統(tǒng)的集成, 可提高人—機系統(tǒng)的綜合智能水平, 可以為人和機器的雙向通信提供友好交互、自然對話的條件, 構(gòu)成人機協(xié)調(diào)系統(tǒng)。例如, 可以理解用戶發(fā)出的命令、并替用戶執(zhí)行諸如數(shù)據(jù)庫搜索或替用戶記錄和處理信息等。

在本系統(tǒng)中, 界面Agent 一方面要通過系統(tǒng)提供信息, 提出任務要求; 另一方面系統(tǒng)也要通過界面向用戶提供解答和各種輔助決策信息, 或者向用戶索取為完成任務需要的補充信息, 不同的界面Agent 對應處理不同的用戶要求和不同的任務。

本系統(tǒng)的Agent 的工作流程如下:

(1) 根據(jù)用戶的登錄情況為新用戶建立初步用戶模型或為舊用戶查詢得到其用戶模型。

(2)根據(jù)用戶模型, 確定人機接口Agent 的工作方式。

(3)用戶按人機接口Agent 提供的輸入方式錄入信息, 包括數(shù)據(jù)信息或一些定性信息。

(4)根據(jù)系統(tǒng)模型, 觸發(fā)適當?shù)墓δ蹵gent , 由它們相互協(xié)作完成相應的決策功能。

(5)接受其它Agent 傳送來的處理結(jié)果, 按確定的輸出方式輸出結(jié)果。

用戶模型采用紀錄形式表達, 存儲于范例庫中,其中的字段代表用戶的特征, 形式為: 用戶模型{用戶類型, 對系統(tǒng)熟悉程度, 知識背景, 決策背景, 決策風格}, 系統(tǒng)提取這些主要是因為它們與用戶所偏好的界面形式有密切關(guān)系。界面Agent 中的學習主要用于用戶模型的調(diào)整、修正、知識庫的完善等。

5 結(jié)束語

本文的創(chuàng)新點是: 利用基于Agent 的人機接口技術(shù), 改進傳統(tǒng)方式的許多不足, 提高系統(tǒng)的適應性和靈敏性。下一步的研究工作將對此模型作進一步的細化, 并改進該模型在自主學習和主動性等方面的不足。