Глава 3. Многозначные и нечёткие логики в диалоговых задачах ии 76

3.1. Многозначные логики в описании диалогов 76

3.1. Многозначные логики в описании диалогов 76

3.2. Модели диалога на основе произведений логик 77

3.2. Модели диалога на основе произведений логик 77

3.2.1. Подход от лингвистики к логике 77

3.2.1. Подход от лингвистики к логике 77

3.2.2. Произведения решёток и логик, бирешётки 78

3.2.2. Произведения решёток и логик, бирешётки 78

3.3. Базовые логики для описания диалогов между агентами 82

3.3. Базовые логики для описания диалогов между агентами 82

3.3.1. Минимальнозначная логика диалога 82

3.3.1. Минимальнозначная логика диалога 82

3.3.2. Вывод в четырехзначной диалоговой логике Ldmin 94

3.3.2. Вывод в четырехзначной диалоговой логике Ldmin 94

3.4. Диалоговое произведение логик и вывод на нем. 101

3.4. Диалоговое произведение логик и вывод на нем. 101

3.5. Модализированные логики диалога 109

3.5. Модализированные логики диалога 109

3.6. Некоторые диалоговые логики высокой значности. 117

3.6. Некоторые диалоговые логики высокой значности. 117

3.7. Бесконечнозначные (нечёткие) логики диалога. 120

3.7. Бесконечнозначные (нечёткие) логики диалога. 120

3.8. Логические модели рефлексии агентов 124

3.8. Логические модели рефлексии агентов 124

Выводы по третьей главе. 134

Выводы по третьей главе. 134

4. ПРОГРАММНЫЕ АГЕНТЫ ПОДДЕРЖКИ УПРАВЛЕНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ С ПОСТАВЩИКАМИ И ЗАКАЗЧИКАМИ 135

4.1 Компьютерное моделирование диалога агентов на базе диалоговых логик 135

4.1 Компьютерное моделирование диалога агентов на базе диалоговых логик 135

4.1.1 Представление знаний, мнений и целей агентов на языке диалоговой логики. 135

4.1.1 Представление знаний, мнений и целей агентов на языке диалоговой логики. 135

4.1.2 Алгоритмы автоматического решения задач с использованием диалоговой логики. 142

4.1.2 Алгоритмы автоматического решения задач с использованием диалоговой логики. 142

4.2 Методика построения агентно-ориентированных систем на базе диалоговых логик 147

4.2 Методика построения агентно-ориентированных систем на базе диалоговых логик 147

4.2.1 Классификация существующих методологий проектирования агентно-ориентированных систем. 147

4.2.1 Классификация существующих методологий проектирования агентно-ориентированных систем. 147

4.2.2 Методика проектирования взаимодействий между агентами с использованием диалоговых логик. 154

4.2.2 Методика проектирования взаимодействий между агентами с использованием диалоговых логик. 154

4.3. Реализация взаимодействия программных агентов в системах класса SRM 158

4.3. Реализация взаимодействия программных агентов в системах класса SRM 158

4.4 RM-система управления взаимодействием с поставщиками и заказчиками. 164

4.4 RM-система управления взаимодействием с поставщиками и заказчиками. 164

166

166

Выводы по четвертой главе 168

Выводы по четвертой главе 168

Заключение 169

Список литературы 172

Приложения 188

Введение.

Актуальность темы исследований. В современном бизнесе набирают силу тенденции клиентоцентризма, заключающиеся в развитии индивидуального подхода к клиенту. Эти тенденции объясняют необходимость построения новых средств математического и программного обеспечения вычислительных комплексов и компьютерных сетей, используемых в бизнесе, в частности, разработки программных систем управления взаимодействиями предприятиями с клиентами (CRM) и поставщиками (SRM). Такие системы должны позволять не только уметь выполнять базовые запросы клиентов, но также замещать менеджера по работе с клиентами в случае, если требования клиентов носят нечеткий характер. В идеале, система должна выполнять любые запросы в автоматическом режиме, допуская вмешательство оператора лишь в наиболее критических или особо важных для бизнеса ситуациях.

В диссертации предлагается использовать агентно-ориентированный подход к разработке и внедрению систем класса CRM и SRM (RM-систем). Целесообразность применения агентно-ориентированного подхода обуславливается характером задач, решаемых в рамках таких систем, а также высокой степенью эффективности при построении масштабируемых систем и систем, поддерживающих автоматическое решение нетиповых задач. Задачи организации взаимодействия и ведения диалога с клиентами или поставщиками предполагают активное участие различных программных подсистем предприятия, таких как Billing (финансовая подсистема), ERP (Enterprise Resource Planning – подсистема планирования ресурсов), производство, продажи и других. Их интеграция в единое целое сама по себе представляет нетривиальную задачу, решаемую на практике методами восходящего проектирования, проблемы применения которых при построении крупных систем общеизвестны. Агентно-ориентированный подход позволяет избежать этих трудностей и при незначительных дополнительных затратах реализовать систему, обладающую высокой степенью масштабирования и гибкости при решении нетривиальных задач.

Применение методов РИИ при построении таких систем позволяет получать интеллектуальные системы, наиболее точно представляющие нужды заказчика и способные функционировать в автономном режиме.

Центральной проблемой при разработке таких систем является организация диалога между агентами системы. В диссертации рассматриваются различные подходы к решению этого вопроса, в частности модели диалогового взаимодействия, основанные на протоколах коммуникации, автоматные модели, логические модели, диалоговые игры и др. В результате анализа различных вариантов, автор приходит к выводу, что необходимо построение новой модели диалогового взаимодействия, основанной на использовании многозначных и многомерных логик диалога. Одним из основных результатов диссертационной работы является разработка специальных диалоговых логик, пригодных для моделирования диалога между агентами в многоагентных системах.

Среди наиболее известных работ в области теории агентов и многоагентных систем следует отметить публикации К.Хьюитта, М.Вулдриджа, И.Демазо, Н.Дженнингса, Д.Клини, П.Маэс, Ж.Фербе, И.Шоэма, В.И.Городецкого, И.В.Котенко, Д.А.Поспелова, П.О.Скобелева, А.В.Смирнова, В.Б.Тарасова, В.Ф.Хорошевского и др.

Поддержка управления взаимодействием включает в себя в качестве подзадачи элементы принятия решений. Общие проблемы построения систем поддержки принятия решений рассмотрены в монографиях О.М.Ларичева, А.И.Тихонова и В.Я.Цветкова, Э.А.Трахтенгерца и др., а конкретные примеры разработки таких систем даны в работах А.А.Башлыкова, В.Н.Вагина, А.П.Еремеева, И.Б.Фоминых и др.

В работе используется логический аппарат моделирования диалога в RM-системах, опирающийся на методы многозначной логики (логическую семантику Данна-Белнапа, логические матрицы Тарского-Лукасевича, вывод по аналитическим таблицам Смаллиана). Большой вклад в развитие многозначных логик внесли Я. Лукасевич, Ч.Пирс, Э. Пост, Д.А. Бочвар, Х. фон Вригт, А. Гейтинг, С.К. Клини, Р.Мак-Нотон, Н. Решер, Н. Белнап, М.Гинсберг, М.Фиттинг, А.В.Кузнецов, С.В.Яблонский, В.К. Финн, О.М.Аншаков, А.С.Карпенко, и др. Логическим средствам в ИИ посвящены монографии В.Н.Вагина с сотр., Дж.Минкера, А.Тейза и др., Э.Тернера, а логическим подходам к разработке автономных агентов и многоагентных систем – работы Дж.Аллена, М.К.Валиева, М.Дженесерета, М.Джорджефа, К.Конолиге, П.Коэна, А.Левека, Дж.Мозеса, А.Рао, Г.С.Плесневича, В.Б.Тарасова, Р.Фагина, Дж.Халперна, и др.

Объектом исследования являются распределённые системы управления взаимодействием с поставщиками и заказчиками, разрабатываемые как многоагентные системы (МАС).

Предмет исследования составляют методы представления взаимодействий (диалога) между агентами на основе многозначных логик, а также модели мнений и оценок автономных агентов.

Целью диссертационной работы является разработка моделей, методов и программного обеспечения для поддержки управления взаимодействием с поставщиками и заказчиками на основе агентно-ориентированного подхода и многозначных диалоговых логик.

Отличительной особенностью предлагаемого подхода является реализация требований открытости и распределенности системы, применение логических методов искусственного интеллекта при организации диалога внутри системы, а также межсистемного взаимодействия, и эффективная обработка неопределённостей и разрешение возникающих конфликтов.

В диссертационной работе решаются следующие основные задачи:

1. обоснование целесообразности разработки интегрированной системы управления взаимодействием с поставщиками и заказчиками и её построение как системы с распределенной архитектурой;

2. разработка агентно-ориентированного подхода к построению RM-систем, включая разработку конкретной многоагентной архитектуры для RM-системы, построение архитектуры и программная реализация отдельных агентов;

3. анализ методов моделирования диалога между агентами системы с целью построения автоматных моделей и систем, основанных на правилах и протоколах взаимодействия;

4. построение логик диалога на основе декартова произведения логик агентов-участников диалога и новых операций смешивания;

5. исследование функциональной полноты диалоговых логик и разработка методов вывода на них;

6. построение методов представления знаний, мнений и целей агентов на языке диалоговой логики, а также алгоритмов вывода, поиска сопрягаемых ветвей, формирования списка соглашений и поиска оптимального соглашения;

7. анализ основных методологий построения агентно-ориентированных приложений и формулировка универсального методологического подхода к построению агентно-ориентированных систем на базе диалоговых логик;

8. разработка программной архитектуры RM-систем, разработка и внедрение агентно-ориентированной системы, основанной на взаимодействии с заказчиками и поставщиками.

Методы исследования. В диссертации использованы методы теории множеств и теории алгоритмов, теории решёток и бирешёток, математической логики и теории программирования, теории агентов и многоагентных систем.

Достоверность научных результатов подтверждена теоретическими выкладками, данными компьютерного моделирования, а также сравнением полученных результатов с результатами, приведёнными в научной литературе, положительными результатами внедрения разработанной системы взаимодействия предприятия с поставщиками и заказчиками.

Научная новизна работы заключается в разработке логико-математического аппарата для представления диалогового взаимодействия в МАС, формализации модальных оценок и разрешения конфликтов в многоагентной системе на базе произведения логик.

Новыми в диссертации являются:

1. модель распределённой открытой системы управления взаимодействием с поставщиками и заказчиками на основе агентно-ориентированного подхода;

2. логико-математический аппарат описания диалога на основе диалогового произведения логик;

3. механизм комбинированного вывода на базе аналитических таблиц для логик диалога, построенных как диалоговое произведение многозначных логик или нечётких логик;

4. универсальный методологический подход к построению агентно-ориентированных систем на базе диалоговых логик.

Практическая значимость работы определяется широким распространением систем класса CRM и SRM и связана с разработкой методов, алгоритмов и программных средств поддержки управления взаимодействием с поставщиком и заказчиком. Она подтверждается результатами использования предложенных моделей и методов в агентно-ориентированной системе взаимодействия с заказчиками и поставщиками, а также пятью свидетельствами об отраслевой регистрации ОФАП. Применение предложенной в работе распределенной агентно-ориентированной архитектуры позволило повысить скорость и качество работы с запросами клиентов, повысило уровень автоматизации взаимодействия с другими подсистемами и регионами. Практическая ценность разработанных моделей представления диалога как диалогового произведения и методов комбинированного вывода на базе аналитических таблиц, заключается в том, что их применение возможно не только в RM-системах, но и в других распределенных многоагентных системах при формализации диалога и разрешении возникающих конфликтов.

Реализация результатов. Автором разработана агентно-ориентированная система Web-магазина, которая представляет собой открытую распределенную систему управления взаимодействием с поставщиками и заказчиками.

Основные результаты диссертации были получены при выполнении работ по грантам Российского фонда фундаментальных исследований №04-01-00306 и №07-01-00656. Результаты работы были использованы в учебном процессе кафедры прикладной математики Московского энергетического института (технического университета), кафедры «Компьютерные системы автоматизации производства» МГТУ им.Н.Э.Баумана, а также Института информационных технологий, экономики и менеджмента. Акты о внедрении и использовании результатов работы прилагаются в диссертации. По основным положениям и результатам диссертации были сделаны восемь докладов на научных конференциях. Основные результаты, полученные при выполнении диссертационной работы, опубликованы в 12 печатных работах, из них 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК.

На защиту выносятся:

1. агентно-ориентированная архитектура распределённой открытой системы управления взаимодействиями с поставщиками и заказчиками;

2. диалоговая решётка D4 и минимальнозначная логика L_dmin для работы с диалогами двух агентов;

3. диалоговое произведение логик, опирающееся на их декартово произведение и операции смешивания, как основа моделирования сложных диалоговых взаимодействий;

4. логика L_P8 для представления модальностей мнений агентов, участвующих в диалоге;

5. метод комбинированного вывода на диалоговом произведении многозначных и нечетких логик;

6. методология проектирования диалога агентов в агентно-ориентированных системах на базе диалоговых логик.

Структура работы.

Глава 1 содержит описание основных проблем разработки современных систем класса CRM и SRM и обоснование необходимости построения открытых распределённых систем. В ней отмечается потребность в организации автоматизированного диалога между поставщиками, заказчиками и агентами системы. Для решения этих проблем предлагается строить системы CRM и SRM на основе многоагентного подхода. Предлагается также использовать аппарат неклассических, в первую очередь, многозначных логик в интересах организации взаимодействия предприятия с поставщиками и заказчиками.

Глава 2 содержит обзор текущего состояния исследований в области моделирования диалогового взаимодействия в МАС. Проведена формализация понятия диалога, дана классификация типов и моделей диалога, исследованы лингвистические и формальные модели диалога, исследована специфика диалога в системах управления с поставщиками и заказчиками.

Глава 3 включает основные теоретические результаты работы. В начале главы содержится критический анализ логических методов моделирования диалога. Анализируются варианты построения диалоговых игр как системы, основанной на правилах взаимодействия. Однако эти модели задают лишь структуру взаимодействия, позволяя строить диалоги различной сложности. Такие модели представляют собой усовершенствованный механизм построения сценариев взаимодействия, который не пригоден для определения семантики переговоров и установления соглашений. Для решения проблемы установления истинности при ведении переговоров, а также для построения адекватного механизма разрешения конфликтов и достижения соглашений предложен подход на базе произведений многозначных логик, лежащих в основе диалогового процесса, и операций смешивания (согласования).

В главе 4 содержатся алгоритмы и методы построения агентно-ориентированных систем, включающих осуществление диалога на базе диалоговых логик. Описаны основные шаги при решении задач с помощью диалоговой логики. Часть главы 4 посвящена анализу различных агентно-ориентированных методологий, на основании анализа которых делается вывод о нецелесообразности разработки методики проектирования диалогового взаимодействия на основе логик диалога в контексте конкретной методологии проектирования МАС. В связи с этим, формулируется универсальная методика проектирования взаимодействий между агентами с использованием диалоговых логик. Четвертая глава также содержит краткое описание разработанной автором открытой интегрированной системы управления взаимодействием с клиентами и поставщиками. Построенные модели и алгоритмы диалоговой логики используются в системе для осуществления коммуникации между агентами. В главе также даны иллюстративные примеры применения системы логических рассуждений в рамках построенной системы.

В заключении подведены основные итоги работы и кратко описаны ее результаты и направления дальнейших исследований.