基于多Agent的智能網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)原型設(shè)計

鄒 妍，劉 燕

（赤峰學(xué)院 計算機科學(xué)與技術(shù)系，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

基于多Agent的智能網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)原型設(shè)計

鄒 妍，劉 燕

（赤峰學(xué)院 計算機科學(xué)與技術(shù)系，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

本文分析了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)存在的主要缺陷，引入了多Agent技術(shù)，提出了基于多Agent的智能網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)模型.本文對Agent之間的交互協(xié)作的基本理論、Agent之間的基本通信行為及通信機制進行了深入研究.實際應(yīng)用說明該系統(tǒng)具有智能性，能改善網(wǎng)絡(luò)教學(xué)效果，實現(xiàn)真正的智能化的網(wǎng)絡(luò)教育.

Agent；MAS；網(wǎng)絡(luò)教學(xué)

1 引言

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)已經(jīng)成為現(xiàn)代教育領(lǐng)域的一個重要方向.它通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了傳統(tǒng)的教學(xué)過程.其突出優(yōu)點是突破了傳統(tǒng)教育的時空限制，將教育通過計算機網(wǎng)絡(luò)擴展到社會的各個角落，學(xué)習(xí)者可以自由的選擇時間、地點進行自主學(xué)習(xí).但是教學(xué)過程不同于一般的數(shù)據(jù)處理過程，這使得現(xiàn)階段的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)體系表現(xiàn)出一些不足之處：①系統(tǒng)多以呈現(xiàn)教學(xué)文本為主，缺乏充分的交互手段；②系統(tǒng)缺乏智能性，對不同基礎(chǔ)的學(xué)生和不同課程采用相同的教學(xué)策略，不能根據(jù)學(xué)生的認知水平和自主學(xué)習(xí)情況自動調(diào)整教學(xué)策略，不能真正做到因材施教；③缺乏學(xué)生模型的支持，不能確定學(xué)生的知識水平和認知特點.

多A g e n t技術(shù)的發(fā)展為解決上述問題提供了新的思路和方法.A g e n t是能自主學(xué)習(xí)、適應(yīng)環(huán)境的代理實體，它能通過感知自身和環(huán)境中的信息，自主采取行動實現(xiàn)一系列預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)或任務(wù).網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)涉及異構(gòu)環(huán)境的多個身份之間相互協(xié)調(diào)的技術(shù)問題，其內(nèi)在要求無疑適合用A g e n t思想分析和構(gòu)建.因此基于多A g e n t的智能教學(xué)系統(tǒng)能有效地克服傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的不足，具有交互性、智能性和適應(yīng)性，進而可以滿足學(xué)習(xí)者按需學(xué)習(xí)和教師因材施教，能很好的實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實現(xiàn)個性化教學(xué).

2 Agent技術(shù)簡介

2.1 A g e n t的定義

A g e n t是運行于動態(tài)環(huán)境中具有較高自制能力的實體.目前，由于對A g e n t研究的側(cè)重點不同，因此各領(lǐng)域的專家學(xué)者對A g e n t的確切定義不盡相同.歸納起來，大致有兩種[1]：2.1.1 I E E E標(biāo)準(zhǔn)化委員會F I P A（T h eF o u n d a t i o nf o ri n t e ll i g e n t P h y s i c a l A g e n t s）的定義：A g e n t是駐留于環(huán)境中的實體，它可以解釋從環(huán)境中獲得的、反映環(huán)境中所發(fā)生事件的數(shù)據(jù)、并執(zhí)行對環(huán)境產(chǎn)生影響的行為.

2.1.2 人們普遍認為：A g e n t是運行于動態(tài)環(huán)境的、具有高度自治能力的實體，它能為用戶執(zhí)行特定的任務(wù).在更多的應(yīng)用領(lǐng)域中，研究者把凡是具有智能行為和交互特性的分布式實體都稱為A g e n t.

2.2 A g e n t技術(shù)的基本特性

A g e n t一般具有以下基本特性：

2.2.1 自主性：A g e n t不直接由人或其它的東西控制，是一個獨立自主的計算實體，其動作和行為是根據(jù)本身的知識、內(nèi)部狀態(tài)和對外部環(huán)境的感知來進行控制的.這是A g e n t區(qū)別于普通軟件程序的基本特性.

2.2.2 社會性：能夠通過某種A g e n t通信語言與其它A g e n t（也可能是人類）進行交互.交互主要有三種類型：協(xié)作、協(xié)調(diào)和協(xié)商.

2.2.3 適應(yīng)性：A g e n t可以根據(jù)用戶的目標(biāo)和意圖進行推理，自適應(yīng)環(huán)境.

2.2.4 反應(yīng)性：即對環(huán)境的感知和影響，A g e n t會隨著環(huán)境變化而做出相應(yīng)的反應(yīng).

2.2.5 移動性：A g e n t可以攜帶數(shù)據(jù)、指令和狀態(tài)移動到網(wǎng)絡(luò)的遠程環(huán)境中執(zhí)行.

2.3 多A g e n t系統(tǒng)的定義

單個A g e n t的智能是有限的，這就需要由多個A g e n t共同承擔(dān)一個任務(wù)，即通過適當(dāng)?shù)捏w系結(jié)構(gòu)把A g e n t組織起來形成M A S（M u l t i-A g e n t S y s t e m）.M A S是由多個智能A g e n t組成的系統(tǒng).它一般具有個體行為獨立自制、個體信息不完全、能力有限、無全局控制、數(shù)據(jù)分散化和計算異步等特點.M A S作為解決復(fù)雜系統(tǒng)的一個有效方法，能夠利用并行分布式處理技術(shù)和模塊化設(shè)計思想，把復(fù)雜系統(tǒng)劃分成相對獨立的A g e n t子系統(tǒng)，通過A g e n t之間的合作與競爭來完成對復(fù)雜問題的求解.實際系統(tǒng)中的A g e n t可由不同開發(fā)者在不同時間運用不同的工具和技術(shù)來實現(xiàn)，因此，它們各自具有不同程度的問題求解能力.

2.4 多A g e n t的交互及通信

本文所討論的A g e n t交互是一種廣泛的概念，它包括A g e n t之間所進行的任何通信、協(xié)商、協(xié)作的行為.A g e n t交互層次模型分為4個層次，由下向上依次是：計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層、通信協(xié)議層、交互協(xié)議層和交互策略層（如圖1所示）.

2.4.1 計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層：負責(zé)將通信協(xié)議層的消息通過某種具體的計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來表達，從而保證A g e n t之間各種交互行為的最終實現(xiàn)，這里的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議可以是T C P/I P,X.2 5或I P X/S P X等，根據(jù)具體的A g e n t應(yīng)用來決定；

2.4.2 通信協(xié)議層：主要保證A g e n t之間能夠相互交互和理解信息，目前，該層一般建立在語言行為理論的基礎(chǔ)上，被廣泛接受的A g e n t通信語言是知識查詢和操作語言（K Q M L L，K n o w l e d g eQ u e r ya n dM a n i p u l a t i o nL a n g u a g e）；

2.4.3 交互協(xié)議層：它的作用是保證A g e n t之間能夠進行具有一定結(jié)構(gòu)的信息交換，即讓交互的雙方能夠在上層策略指導(dǎo)下，通過一系列的對話來實現(xiàn)協(xié)調(diào)、協(xié)商或協(xié)作的目的；

2.4.4 交互策略層：它直接面向問題，通過對各方面問題的綜合分析，確定A g e n t交互過程中表現(xiàn)的行為，交互策略的制定是A g e n t智能特性的重要體現(xiàn)，也是A g e n t成功交互的關(guān)鍵.

要使多A g e n t系統(tǒng)能進行交互，協(xié)同完成工作，通信是重要的基礎(chǔ)和服務(wù)保障.通信部分主要涉及到通信機制和通信語言.常用的通信機制有直接通信、廣播通信、聯(lián)邦系統(tǒng)（F e d e r a t i o nS y s t e m）和公共黑板系統(tǒng)（B l a c k b o a r dS y s t e m）.設(shè)計一種通用的A g e n t通信語言是A g e n t交互的關(guān)鍵問題.A-g e n t采用A C L(A g e n t通信語言)進行通信.[2]

3 基于多Agent的智能網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型設(shè)計

本文在對A g e n t技術(shù)及多A g e n t技術(shù)進行研究分析的基礎(chǔ)上，提出了一個基于多A g e n t的智能網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)模型.旨在融合個性化學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)兩種學(xué)習(xí)觀的優(yōu)點，[3]構(gòu)建一個可以實現(xiàn)學(xué)習(xí)的個性化和協(xié)調(diào)化的智能網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng).該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型如圖2所示.

3.1.1 學(xué)生A g e n t：學(xué)習(xí)者可以通過學(xué)生A g e n t進行選課、管理個人資料、維護學(xué)習(xí)目標(biāo)、調(diào)整學(xué)習(xí)進度、查看學(xué)習(xí)情況、查看成績與考核評定；另外，學(xué)生A g e n t能對學(xué)習(xí)者進行實時跟蹤所獲取的特征信息，作為教師組織教學(xué)活動的依據(jù).

3.1.2 教學(xué)A g e n t：在系統(tǒng)中扮演教師的角色，履行教師的職能.它根據(jù)學(xué)習(xí)者的能力情況以及學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)記錄，使用適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)內(nèi)容、教學(xué)策略，合理地安排教學(xué)進度，有針對性地指導(dǎo)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)，從而實現(xiàn)個性化教學(xué)和因材施教.

3.1.3 能力分析A g e n t：根據(jù)學(xué)習(xí)者的測試結(jié)果，分析學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)能力；接受教學(xué)A g e n t的要求，根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)能力記錄，預(yù)測學(xué)習(xí)者的記憶能力、理解能力、應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，并提供給教學(xué)A g e n t.

3.1.4 教師A g e n t：用于管理知識點、組織學(xué)習(xí)材料、制作課件、維護習(xí)題庫、歸納復(fù)習(xí)資料并生成考試試題、制定教學(xué)策略.

3.1.5 管理A g e n t：用于控制管理整個教學(xué)活動的進行，協(xié)作各個模塊，完成系統(tǒng)功能.

3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型設(shè)計

在學(xué)生用戶登錄后，由人機交互接口負責(zé)將用戶信息提交學(xué)生A g e n t，由學(xué)生A g e n t負責(zé)將用戶信息保存到學(xué)生特征庫中，并將學(xué)生的學(xué)習(xí)請求提交給教師A g e n t.教師A-g e n t選擇一個最適合學(xué)生學(xué)習(xí)的教學(xué)模式和教學(xué)策略，對教學(xué)模式進行優(yōu)化和調(diào)度[3]；提取和組織教學(xué)內(nèi)容，進行學(xué)習(xí)路徑規(guī)劃[4]；實現(xiàn)個性化教學(xué).學(xué)生A g e n t跟蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，查看學(xué)習(xí)情況，調(diào)整學(xué)習(xí)進度，教學(xué)A g e n t協(xié)作學(xué)生A g e n t完成學(xué)生的學(xué)習(xí).學(xué)生每學(xué)完一個單元，能力分析A-g e n t會收到教學(xué)A g e n t的請求，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力記錄，對學(xué)生的記憶能力、理解能力進行預(yù)測，并將評價結(jié)果保存到學(xué)生特征庫.教師A g e n t從學(xué)生特征庫讀取學(xué)生的學(xué)習(xí)能力評價結(jié)果，以此為依據(jù)來調(diào)整教學(xué)策略，確定下一步的教學(xué).

4 結(jié)束語

A g e n t技術(shù)的興起正吸引著人們越來越多的關(guān)注，將其融入網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)中必將使學(xué)習(xí)方式產(chǎn)生巨大變革.本文提出了一個基于多A g e n t的智能網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)模型，有效地解決了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中存在的問題，使得教學(xué)效果、教學(xué)模式和系統(tǒng)性能大大優(yōu)于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)，促進了現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的智能化，實現(xiàn)了真正意義上的個性化教學(xué)，對整個教學(xué)改革和素質(zhì)教育的實施起到積極的推動作用.

〔1〕Michael W，Nicholas R J.Intelligent agents：theory and practice[J].Knowledge Engineering，1995，10(2):115-152.

〔2〕Finin T,Labrou Y.KQML as an Agent communication language.In:Bradshaw J,ed.Software Agents.Cambridge:MIT Press,1997.1-22.

〔3〕劉瑩.基于多Agent的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的研究[C].河海大學(xué)，2006.25-26.

〔4〕張超.多Agent協(xié)作在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的應(yīng)用研究[C].大連海事大學(xué)，2009.45-55.

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1673-260X（2010）10-0035-02

內(nèi)蒙古教育廳“知識發(fā)現(xiàn)技術(shù)研究及在遠程智能教學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用”課題項目(NJzy08153)