基于Agent 的分布式计算 生桂勇 (江海职业技术学院 江苏扬州 225101) 摘 要:A g ent 作为一种全新的分布式计算模型,其优越的性能受到越来越多的重视。Java 语言的平台独立性、对象序列化及动态类装载等机制,为设计和研究基于A gent 的分布式计算提供了独特的作用。首先分析A gent 的工作原理,并设计一个应用A gent 计算矩阵乘法的实例,验证了A g ent 的特性。实验结果表明,基于Ag ent 的分布式计算在运行效率、容错性以及平台独立性方面都有良好的表现。 关键词:Java;Ag ent;线程;分布式 中图分类号:T P311 文献标识码:A 文章编号:1004 373X(2009)12 052 03 Distributed C omputing Based on Agent SH ENG Guiy ong (Ji ang hai P olyt echnic Co llege,Yang zho u,225101,China) Abstract :A s a nov el paradig m for distr ibuted computing,Ag ent ex hibits some ex cellent character istics and receives atten t ion increasingly.T he platfo rm independent of Jav a lang uag e,and object serializatio n mechanisms such as dynamic loading cat e g or y pro vide a unique ro le for the desig n and r esear ch o f A g ent based distributed computing.T his paper fir st analyses the wo rking pr inciple o f A gent,then desig ns an example of ca lculatio n of matrix multiplicatio n by using A gent to v erif y t he char ac ter istics of the A gent.T he results show that Ag ent based distr ibuted co mputing in o per ating efficiency,fault tolerance,as well as t he platfo rm independent has go od per formance. Keywords :Jav a;A g ent;thread;distributed 收稿日期:2008 09 24 0 引 言 支持分布式应用软件开发的环境及工具层出不穷,它们在一定程度上为分布式应用软件设计和开发提供 了方便,但它们也在很多方面,尤其是在面向对象、安全性和可移植性等方面存在着不足。现代网络技术的高速发展,特别是Internet 的日益普及,推动了分布式计算的研究。移动Ag ent 作为全新的分布式计算工具,通过将自身代码、状态传送到远程主机,而远程主机本地执行的方式克服了client/ser ver 结构的不足之处,因此成为分布式计算的主要发展方向之一。最初实现移动Agent 的工具语言主要是Tcl 、Schem e 等。Java 的出现改变了这一切,由于Jav a 语言的平台无关性、多线程及对象序列化机制等特点使之成为实现移动Ag ent 的首选语言。目前,大部分商业性和研究性的移动Agent 系统都是基于Java 语言,例如IBM 公司的Aglets 和General Mag ic 公司的Odyssey 等,Java 为网络世界带来了可靠的面向对象的程序设计方式。讨论Ag ent 的机制和实现,并把Ag ent 用于矩阵的分布式计算。分析表明,基于Agent 的分布式计算 在运行效率、容错性以及平台独立性方面都有良好的表现。1 Agent 目前,仍然没有一个关于Agent 的统一定义,就像什么是智能一样。一般认为Agent 是一种在分布式系统或协作系统中能持续自主发挥作用的计算机主体,即软件智能体。它具有以下基本特征: (1)自治性(Autonom y);(2)社会能力(Social Ability);(3)反应能力(Reactivity); (4)基于目标(Goal Dir ected Behav io r)的自发行为(Pro activeness)。 1.1 移动Agent 移动A gent 是一种独立的计算机程序,它可以自主地在异构网络上按照一定的规程移动,寻找合适的计算机资源、信息资源或软件资源,利用与这些资源同处一台主机或网络的优势,处理或使用这些资源,代表用户完成特定的任务。换句话说,它拥有一个显著的特点,移动性(M obility ),即Ag ent 可以从一个主机移动到另一个主机而保持其内部状态不变,它可以携带数据 软件技术生桂勇:基于A gent 的分布式计算
V ol. 17 No. 4 系统仿真学报 Apr. 2005 JOURNAL OF SYSTEM SIMULATION·863·基于Agent的建模与仿真设计模式及软件框架 廖守亿, 戴金海 (国防科技大学航天与材料工程学院, 湖南长沙 410073) 摘要:提出了一种基于Agent的建模与仿真设计模式——ABMS设计模式，阐述了ABMS设计模式的主要内容。该模式的提出有利于在建模与仿真领域以及软件开发界之间建立关于ABMS的对话联系与交流。然后设计了一种包含仿真服务模型和Agent仿真模型的ABMS分布仿真软件框架，该框架将最大限度实现仿真重用，并将支持大规模的基于Agent的复杂系统的分布仿真，包括军事对抗以及空间作战系统的仿真。该框架部分借鉴了HLA的思想，其中的ServerAgent提供底层的通用仿真服务。 关键词: 复杂系统；设计模式；软件框架；基于Agent的建模与仿真 文章编号：1004-731X (2005) 04-0863-04 中图分类号: TP391.9 文献标识码：A Design Pattern and Software Framework for Agent-Based Modeling and Simulation LIAO Shou-yi, DAI Jin-hai (College of Aerospace and Material Engineering, National University of Defense Technology, Changsha Hunan 410073, China) Abstract: An Agent-Based Modeling and Simulation design pattern, ABMS design pattern, is proposed creatively. The ABMS design pattern will be helpful to build dialogue and communications between the domain of modeling and simulation and software development community. Based on the ABMS design pattern, a distributed simulation software framework for ABMS called ABDSF, including agent simulation service model (ServerAgent) and agent simulation model (ASM), is proposed. The framework uses HLA for reference. With this framework, one can share the models and simulation technologies, improve the reusability and interoperability of the models. And we can also conduct large-scale agent-based simulation for complex systems, including military systems and space operations under the framework. Keywords: complex systems; design pattern; software framework; agent-based modeling and simulation (ABMS) 引言 复杂系统和关于复杂性的研究近几年来成为系统科学、计算机科学等领域的研究热点，复杂性科学更被称为“21世纪的科学”。为了解决复杂性问题，人们提出了各种解决办法，例如钱学森先生提出的“从定性到定量的综合集成研讨厅”体系，复杂适应系统理论倡导的“基于Agent的建模与仿真(Agent-Based Modeling and Simulation , ABMS)”方法学等。当前的基于还原论的建模方法难以解决复杂性问题[1]。复杂性问题的解决，只能采用基于本体论的建模方法，例如ABMS就是这样一种方法。ABMS在不同的学科领域得到了广泛的应用，包括在人工生命系统、社会系统、经济系统、军事对抗等方面的应用。例如美国国防部(DoD)认为复杂性科学及基于复杂性的建模与仿真[2]有助于解决C4ISR 的开发问题，可以使得C4ISR真正在战场中起作用，使得美军在未来战争中具有对信息的全方位、瞬时的获取能力；美国的海军战场研发司令部NWDC(Navy Warfare Development Command)与Argonne国家实验室的复杂适应系统仿真中心开展合作，共同开发TSUNAMI(The Tactical 收稿日期:2004-03-12 修回日期：2004-09-04 基金项目:武器装备预研基金项目(51420010303KG0109) 作者简介：廖守亿(1974-), 男, 重庆人, 博士生, 研究方向为飞行器设计与先期技术演证, 复杂系统建模与仿真; 戴金海(1943-), 男, 河北昌黎人, 教授, 博导, 研究方向为飞行器设计, 虚拟飞行试验, 系统建模与仿真, 实时系统与计算机控制, 产品数据管理(PDM)及企业信息化。and Ubiquitous Network Agent-Modeling Initiative)，利用ABMS方法来对虚拟战场仿真中出现的关键问题进行研究[3]。现今愈演愈烈的空间对抗(太空作战，也称天战)，显然要比一般的军事对抗复杂得多，对天战的建模与仿真，同样需要先进的建模与仿真技术的支持，而ABMS将是首选[4]。 ABMS作为一种新的建模仿真技术和仿真方法学，目前的研究还远远不够，已有的研究工作还显得比较零散，尚未形成一个完备的体系，还没有一个支持ABMS的通用软件框架。针对这这些情况，本文提出一种ABMS设计模式(也可以说是ABMS方法学)，这将有利于系统研究ABMS的相关问题。然后提出一种ABMS的通用分布仿真软件框架，在此框架下，将有助于对复杂系统进行基于Agent的仿真，提高建模与仿真软件的通用性、可重用性，同时可实现仿真模型的智能特征，特别是支持军事对抗仿真以及对空间作战系统的仿真[4]。 1 设计模式 1.1 模式 模式是一个高度抽象的概念，它最先由Alexander在其经典著作[5]中提出。模式分为三部分：语境(Context)，指模式在何种状况下起作用；动机(Forces)，指问题或预期的目标；解决方案(Solution)，指平衡各动机或解决所阐述问题的一个构造或配置(Configuration)。他指出，模式是表示语境、动机、解决方案三个方面关系的一个规则。模式描述了在一
第２４卷第９期计算机仿真２００７年９月文章编号：１００６—９３４８（２００７）０９—０２６５—０４ 基于Ａｇｅｎｔ的Ｒｅｐａｓｔ仿真分析与实现 赵剑冬．林健 （华南理工大学工商管理学院．广东广州５１０６４１） 摘要：基于复杂适应系统（ＣＡＳ）理论存计算机上建立模型足研究社会复杂系统的一个摹率方法。选择一个合适的基于Ａ— ｇｅｎｔ的建模与仿真平台能降低社会科学工作者的研究难度。Ｒｅｐａｓｔ是目前使用较多的基于Ａｇｅｎｔ的建攥与仿真平台之～． 主要应用于社会科学仿真领域。简要介绍了Ｋｅｐ招ｌ平台的背景，从建摸与仿真的两个角度分析丁Ｒｃ趔彷真的特点，并丹 绍了Ｒｅｐａｓｔ的丰器娄库。从仿真实现的幕奉步骤，Ｒｅｐａｓｔ内含的时间表机制和显示机制，仿真程序框槊儿方面探讨了Ｒ｝ ｐａｓｔ仿真模型的设计与实现流程。从Ｃａｎ＇ｙＩ）ｍｐ模型的实现结果，能看出基于Ｒｅｐａｓｔ平台舶较方便地吏现基于Ａｇｅｎｔ的仿 真。最后指出Ｒｅｐａｓｔ平台突出的特点是能充分利用．Ｎｅｔ和Ｊａｖａ娄库的众多功能。 关键词：复杂适应系统；仿真；程序框架；主体；时问表 中图分类号：ＴＰ３９１９文献标识码：Ａ ＬｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＡｇｅｎｔＢａｓｅｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ０１１ＲｅｐａｓｔＴｏｏｌｋｉｔ ＺＨＡＯＪｉａｎ—ｄｏｎｇ，ＬＩＮＪｉａｎ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＢｕｓｉｎｅｓｓＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＧｕａｎｇｚｈｏｕＧｗ”ｇｄｏｎｇ５１０６４１，Ｃｈｉｎａ） ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｓｉｎｃｅｃｏｍｐｕｔｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｂａｓｅｄ０１＇１ｃｏｌｎｐｌｅｘａｄａｐｔｉｖｅｓｙｓｔｅｍｔｈｅｏｒｙｉｓａｂａｓｉｃａｐｐｒｏａｃｈｏｆｓｏｃｉａｌｃｏｍ— Ｐｌｅｘｓｙｓｔｅｍｒｅｓｅａｒｃｈ，４ｓｕｉｔａｂｌｅｍｏｄｅｌＪａｇｌｏｏｌｋｉｔｓｈｏｕｌｄｂｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ，Ｒｅｐａｓｔｉｓｏｎｅｏｆｍｏｓ‘ｐｏｐｕｌａｒａｇｅｎｔ—ｂａｓｅｄ ｍＱｄｅｌｉｎｇａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏａｔｏｏｌｋｌｔｓ，ｗｈｉｃｈｉｓｓｐｅｃ砸ｃａｉｌｙｄｅｓｉｇａｅｄｆｏｒｓｏｃｉａｌｓｃｉｅｎｃｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｏｆ Ｒｅｐａｓｔｉｓ ｉｍｒｏｄｕｅｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｍ且ｉｎｃｌａｓｓｐａｃｋａｇｅｓｏｆＲｅｐａｓｔａｒｅａｌｓｏｂｒｉｅｆｌｙｉｎ．ｅｄｕｃｅｄＴｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｓｏｆＲｅｐａｓｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｒｅａｎａｔｙｚｅｄｆｒｏｍｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｓｐｅｃｔｓ，ＴｈｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＲｅｐａｓｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｓｄｉｓ?ｃｕｓｓｅｄｆｒｏｍｓｅｖｅｒａｌａｓｐｅｃｔｓ，ｓｕｃｈａｆｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｔｅｐｓ，ｐｒｏｇｒａｍｆｒａｍｅｗｏｒｋ，ｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｓｃｈｅｄｕｌｅａｎｄｄｉｓｐｌ町．Ａ ＣａｒｒｙＤｍｐＲｅｐａｓｔＭｏｄｅｌｉｓｇｉｖｅｎａｓａｎｅｘａｍｐｌｅ．ｗｈｉｃｈｓｈｏｗｓｔｈａｔａｇｅｎｔ—ｈｒｓｅｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎＲｅｐａｓｔｔｏｏｌｋｉｔｉｓｃｏｎ－ ｖｅｎｉｅｎｔ．Ｉｎｔｈｅｅｎｄ，ｔｈｅｔｒａｉｔｏｆＲｅｐａｓｔＴｏｏｌｋｉｔｉｓｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ：Ｃｏｍｐｌｅｘａｄａｐｔｉｖｅｓｙｓｔｅｍ（ＣＡＳ）；ＳｉｍｎｈｔｉｏｎｔＰｒｏｇｒａｍｆｒｓａｎｅｗｏｒｋ；Ａｇｅｍ；Ｓｃｈｅｄｕｌｅ １引言 复杂性科学是研究复杂系统和复杂性的一门方兴未艾的交叉学科，被誉为是“２１世纪的科学”…。复杂性科学研究中的复杂适应系统理论（ＣｏｍｐｌｅｘＡｄａｐｔｉｖｅＳｙｓｔｅｔｌｌ，ＣＡＳ）是由遗传算法（ＧｅｎｅｒｃＡ］ｇｅｒｉｔｈｍｓ，ｃａ）的创始人ｊ．ＨｏＬｌａｎｄ在Ｌ９９４年正式提出的”’。ＣＡＳ理论的最基本的思想是“适应产生复杂性”。淡思想可以概述如下，整个系统由具有适应性的行为主体（ＡｄａｐｔｉｖｅＡｇｅｎｔ）组成，所谓具有适应性，是指主体能够与环境以及其它主体进行交流，在这种交流的过程中“学习”或“积累经验”，并且根据学到的经验改变自身的结构和行为方式。整个系统因此而产生演变或进化，包括新层次的产生，分化和多样性的出现或新的、聚合而成的、更大的主体的出现等等。 收稿日期：２００６—０８—２１修回日期：２００６—０８—２６ 基于ＣＡＳ理论在计算机上建立模型对复杂系统进行模拟，称为基于Ａｇｅｎｔ的建模仿真方法。基于Ａｇｅｎｔ建模仿真相对于一般数学建模而言，在解决离散、非线性系统模拟方面有显著优势，是研究此类复杂系统产生的全局、自适应行为的一个基本方法。它主要由封装在计算机系统中的Ａ—ｇｅｎｔ、Ａｇｅｎｔ间的互相作用、Ａｇｅｎｔ所在的组织结构这３个基率要素组成。建模者的任务是定义系统中具有自适应性的Ａ－ｇｅｎｔ，赋予它们必要的行为规则和合适的参数，让它们在一个系统中进行博弈。整个系统的宏观现象以这些Ａｇｅｎｔ的行为规则、参数、学习过程等为基础体现出来。 ２Ｒｅｐａｓｔ介绍 ２．１Ｒｅｐａｓｔ背景 Ｒｅｐａｓｔ是目前使用较多的基于Ａｇｅｎｔ建模仿真平台之一”３。Ｒｅｐａｓｔ最早由美国芝加哥大学和姆。“ｎｅ国家实验室的ＤａｆｉｄＳａｌｌａｃｈ等研究人员研制成功。目前由非营利的志 一２６５— 万方数据万方数据
第８卷第４期 复杂系统与复杂性科学 Ｖｏｌ．８Ｎｏ．４２０１１年１２月 ＣＯＭＰＬＥＸＳＹＳＴＥＭＳＡＮＤＣＯＭＰＬＥＸＩＴＹＳＣＩＥＮＣＥＤｅｃ．２０１１ 文章编号：１６７２－３８１３（２０１１）０４－００５９－０９ 基于Ａｇｅｎｔ的经济社会系统建模与仿真研究 赵剑冬１，黄 战２ （１．广东技术师范学院，广州５１０６６５；２．暨南大学计算机系，广州５１０６３２） 摘要：讨论基于Ａｇｅｎｔ的人工社会建模方法学流程，然后采用基于Ａｇｅｎｔ的建模 与仿真方法对产业集群这种具体的经济社会系统进行建模，并给出产业集群中企 业生产营销行为的仿真描述，最终建立的计算机仿真模型可以帮助分析影响产业 集群发展的多个因素。建立这个仿真模型的过程是探索将ＡＢＭＳ方法应用于具 体经济社会系统建模的新尝试。 关键词：产业集群；仿真；决策；主体；企业 中图分类号：ＴＰ３９１．９文献标识码：Ａ Ａ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ａｇｅｎｔ Ｂａｓｅｄ Ｓｏｃｉａｌ－Ｅｃｏｎｏｍｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ＺＨＡＯ Ｊｉａｎ－ｄｏｎｇ１，ＨＵＡＮＧ Ｚｈａｎ２ （１．Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６６５，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｊｉ’ｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６３２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｇｅｎｔ－ｂａｓｅｄ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｓｏｃｉｅｔｙ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｎ ｉｔ ｉｓ ｕｓｅｄｔｏ ｍｏｄｅｌ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｃｌｕｓｔｅｒｓ，ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｓ ｔｏ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａｒｋｅｔｉｎｇ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｏ ｉｎ ａ ｃｌｕｓｔｅｒ ｉｓ ｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｃａｎ ｈｅｌｐ ｔｏ ａｎａｌｙｓｉｚｅ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕ－ｅｎｃｅ ｆａｃｔｏｒ ｏｆ ｃｌｕｓｔｅｒ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ａ ｎｅｗ ａｔｔｅｍｐｔ ｔｏ ａｐｐｌｙ ＡＢＭＳ（ＡｇｅｎｔＢａｓｅｄ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）ｉｎｔｏ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｓｏｃｉａｌ ｏｂｊｅｃｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｃｌｕｓｔｅｒ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｄｅｃｉｓｉｏｎ；ａｇｅｎｔ；ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ ０ 引言 ２０世纪９０年代中后期随着复杂系统研究的不断发展，基于Ａｇｅｎｔ的建模与仿真方法（Ａｇｅｎｔ－ＢａｓｅｄＭｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ＡＢＭＳ）为研究人员在计算机上创建“人工社会”［１］对现实经济社会系统进行研究提供了新的研究手段。目前ＡＢＭＳ方法在被广泛应用于人工股市、产业集群、供应链系统、新产品市场扩散［２］等研究当中，近年来在国内外受到广泛的关注。例如在产业集群仿真方面，Ｍ．Ｚｅｉｄｅｎｂｅｒｇ使用Ａｇｅｎｔ仿真研究产业集群的自组织涌现［３］，仿真思路借鉴了经典的Ｓｃｈｅｌｌｉｎｇ种族隔离模型。Ｖｉｔｏ Ａｌｂｉｎｏ等人使用Ａｇｅｎｔ仿真技术研究产业集群中创新过程的涌现和演化［４］。乐建兵使用Ａｇｅｎｔ仿真技术研究产业集群 收稿日期：２０１１－０４－２６ 基金项目：广东教育厅资助项目（ＷＹＭ０９１１０）；广东技术师范学院资助项目（ＧＤＩＮ２０１１） 作者简介：赵剑冬（１９７７－），男，广东湛江人，博士，讲师，主要研究方向为管理信息系统与管理系统仿真、计算机网络及多媒体技术应用。