基于黑板的多Agent智能體育訓(xùn)練管理決策支持系統(tǒng)方案設(shè)計研究

馬新錄

（寶雞職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 寶雞 721013）

基于黑板的多Agent智能體育訓(xùn)練管理決策支持系統(tǒng)方案設(shè)計研究

馬新錄

（寶雞職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 寶雞 721013）

我國多數(shù)學(xué)校體育訓(xùn)練管理中存在訓(xùn)練目的性不強、訓(xùn)練效果不佳、輔助決策手段落后等問題，針對上述問題創(chuàng)建有效的管理決策支持系統(tǒng)尤為重要。文中基于Agent、DSS的特點，深入分析高校體育管理決策支持系統(tǒng)的需求，提出基于Multi-Agent技術(shù)體育訓(xùn)練管理決策支持系統(tǒng)的總體框架、具體實現(xiàn)方式，運用實例辯證分析該系統(tǒng)的可行性和可靠性，在一定程度上提升體育訓(xùn)練管理的效果，也為其他類似系統(tǒng)的開發(fā)提供重要借鑒。

多Agent；體育訓(xùn)練管理；決策支持系統(tǒng)；設(shè)計

隨著國民生活水平的提高，居民的生活和消費觀念發(fā)生著明顯的變化，某些大城市為健康而消費成為提升生活質(zhì)量的新標(biāo)志。相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，我國國民身體素質(zhì)水平呈現(xiàn)逐年降低趨勢，其中，學(xué)生群體的身體素質(zhì)下降程度最為明顯[1]。針對這一情況，國家政府先后出臺一系列措施和方法，但收效甚微。影響國民素質(zhì)水平的因素較多，制定的體育訓(xùn)練計劃是否合理、訓(xùn)練方法是否可行成為關(guān)鍵因素之一。同時，各個學(xué)校體育老師的水平有一定差異，制定詳細的體育訓(xùn)練計劃和采用的訓(xùn)練方法中出現(xiàn)較強的主觀意識性，無法依據(jù)學(xué)生具體情況開展針對性的訓(xùn)練，致使學(xué)生對體育訓(xùn)練活動參與積極性不佳，訓(xùn)練效果不理想，嚴重影響學(xué)生的身體健康和全方面發(fā)展。早在20世紀70年代，美國的麻省理工大學(xué)提出決策支持系統(tǒng)（DSS），把DSS應(yīng)用與體育鍛煉等領(lǐng)域，在大量實踐中獲得優(yōu)秀經(jīng)驗和理想的成果[2]。文中針對體育訓(xùn)練管理中出現(xiàn)的一系列問題，制定符合學(xué)生身體發(fā)展的體育訓(xùn)練計劃和方法，提升學(xué)生的整體素質(zhì)水平。

1 簡述Agent技術(shù)和決策支持系統(tǒng)相關(guān)概念

決策支持系統(tǒng)（Decision Support Systen，DSS）是指采用計算機技術(shù)為主要工具，借助管理科學(xué)、控制學(xué)等相關(guān)理論，與計算機系統(tǒng)檢實施交流操作，有利于管理人員制定科學(xué)合理的決策，提高管理決策的可行性和有效性，為使用者創(chuàng)設(shè)集合信息、知識等內(nèi)容為一體的管理環(huán)境[3]。

Agent技術(shù)能夠在動態(tài)環(huán)境下自動運行，具較高自治能力的計算機系統(tǒng)，該技術(shù)可以感知各類環(huán)境下的變化并制定一系列調(diào)整方法。在多數(shù)Agent研究中，最經(jīng)典要數(shù)關(guān)于Agent的弱定義和強定義。每個Agent技術(shù)具有如下特性：1）協(xié)作性：多Agent之間可以借助復(fù)雜的通信機制實現(xiàn)相互協(xié)作。如果存在沖突可通過相互協(xié)商消除，從而保障各個Agent行為既有局部效應(yīng)也具有全局效應(yīng)。由此表明，Agent采用通信機制創(chuàng)建寬松、靈活的結(jié)構(gòu)，相互之間可以通信兵傳遞、繼承智力信息。2）自主性：每一個主體均為該模型的獨立決策者，它們可以感知周圍環(huán)境是否發(fā)生變化，借助主體之間的消息機制獲取或傳遞信息，產(chǎn)生獨立于其它主體的行為。強定義是指在上述特性基礎(chǔ)上添加知識、責(zé)任、目標(biāo)等精神層面的概念。如何有效解決Agent之間互相協(xié)作問題，成為學(xué)者在研究Agent過程中經(jīng)常遇到的問題。運用MAS協(xié)作解決問題能力有所提升，能夠為復(fù)雜的問題制定最簡便的解決法案干，從而提升該系統(tǒng)的執(zhí)行能力，實現(xiàn)與已有軟件最有效銜接的效果。

2 設(shè)計多Agent體育訓(xùn)練管理決策支持系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

深入分析學(xué)生的特點和體育訓(xùn)練管理相關(guān)內(nèi)容，借助Agent、Multi-Agent等技術(shù)創(chuàng)建相應(yīng)的體育訓(xùn)練管理決策支持系統(tǒng)，該系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

圖1 基于Agent學(xué)生體育訓(xùn)練管理決策系統(tǒng)框架圖

圖1中，界面Agent主要功能是與決策者實現(xiàn)交互狀態(tài)，界面Agent能夠主動勘測管理環(huán)境的相關(guān)信息，掌握決策人員的興趣、愛好、行為習(xí)慣等內(nèi)容。制定決策時，可以為決策用戶提供重要的輔助確保其制定最佳的決策管理系統(tǒng)。

黑板控制Agent是整個體育管理系統(tǒng)的關(guān)鍵內(nèi)容，主要用來控制黑板或與其相關(guān)的Agent界面。運用已有的知識庫與Agent之間的關(guān)系，將有待解決的問題劃分為多個子問題，隨后劃分至黑板不同層次中，對各個層次內(nèi)容實施針對性處理，改善Agent之間各種決策信息出現(xiàn)沖突的情況[4-5]。黑板控制Agent結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 黑板控制Agent結(jié)構(gòu)簡圖

功能實現(xiàn)Agent主要用來整理由黑板接收到的信息，從而獲取解決問題的目的，針對這些目標(biāo)進行分割處理，轉(zhuǎn)移為某個或者多個決策Agent來執(zhí)行，其功能實現(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 功能實現(xiàn)Agent結(jié)構(gòu)簡圖

決策實現(xiàn)Agent功能與該系統(tǒng)的決策者及其各個部門相互對應(yīng)，從而完成各個系統(tǒng)的決策任務(wù)。在Agent各個功能制約下，借助決策Agent各個功能之間的協(xié)調(diào)效果，制定針對性決策并達到最佳管理效果[6]。

2.2 Agent技術(shù)的實現(xiàn)方法

2.2.1 Agent的抽象結(jié)構(gòu)

現(xiàn)階段，基于Agent開發(fā)軟件處在快速發(fā)展的范疇中，因Agent領(lǐng)域的有關(guān)理論研究和應(yīng)用技術(shù)并不成熟，也未組成統(tǒng)一的開發(fā)模式[7]?，F(xiàn)階段，多數(shù)研究者使用面向?qū)ο蠹夹g(shù)方法，研發(fā)一系列具備Agent特性的系統(tǒng)，確保經(jīng)過改裝的Agent獨享具有反應(yīng)性、自治性的特征。Agent功能實現(xiàn)必須具備知識推理、執(zhí)行和通訊3個主要模塊，Agent結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖4所示。通訊模塊主要用于收集由外部或其他Agent傳遞而來的數(shù)據(jù)信息，并將上述數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為Agent容易理解的模式并進行發(fā)送操作[8-9]。執(zhí)行模塊是管理決策系統(tǒng)內(nèi)部最重要的決策部件之一，依據(jù)知識模塊運行方法、行為原則等制定合理的判斷方法，并實時更新知識推理單元的數(shù)據(jù)信息。知識推理模塊擁有強大的自動更新功能，內(nèi)部包含Agent具體的行為規(guī)范和使用方法，為Agent自主活動提供重要參考[10]。以下為Agent實現(xiàn)過程的抽象描述，假設(shè)環(huán)境作為任何離散狀態(tài)的有限集合E:E{e，e’，···}，Agent具備一個能夠執(zhí)行動作的清單，從而改變環(huán)境狀態(tài)AC={a，a’，···}表示有限的動作集合。

圖4 Agent結(jié)構(gòu)簡圖

2.2.2 Agent的行為建模

Agent行為中包含狀態(tài)評估、制定決策、規(guī)劃等內(nèi)容、Agent行為建模是指對認知處理中包含的認知過程實施建模。決策制定作為該環(huán)節(jié)的核心內(nèi)容，決策制定從不同方法中挑選最佳的方法并執(zhí)行操作?？梢越柚в美碚撆卸▓?zhí)行方案的優(yōu)劣。根據(jù)效用理論相關(guān)內(nèi)容，假定存在n個可以選擇的方案，處于目前狀態(tài)下，運用決策方案為Ai，有可能出現(xiàn)的狀態(tài)為Sj，每個狀態(tài)的效用值為U（Sj），概率為Pj，那么，該決策獲得的期望效用值為：

對比各個方案的不同期望效用值，其中，獲得最大期望效用的方案即為最佳決策A，具體表示為：

2.3 設(shè)計Agent系統(tǒng)間的通訊機制

在Multi-Agent設(shè)計學(xué)生體育訓(xùn)練管理決策系統(tǒng)，Multi-Agent借助黑板模塊實現(xiàn)對Agent系統(tǒng)的通訊，通信系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 Agent系統(tǒng)檢通訊結(jié)構(gòu)簡圖

基于Multi-Agent設(shè)計相應(yīng)的黑板模塊提供充足的工作范圍，Agent可以實現(xiàn)實時交換數(shù)據(jù)信息的目的。建設(shè)Agent初期，可以在黑板上輸入一系列信息項目上述信息也可以分享給其他Agent模塊使用，且能夠隨時訪問黑板，便于獲取大量有價值的數(shù)據(jù)信息。Agent通過篩選功能選定自己所需的信息，系統(tǒng)內(nèi)不同Agent功能不會出現(xiàn)互相通信，每一個Agent具備獨立求解的子問題[11]。

功能Agent可以把某個問題劃分成若干個子問題，使得多數(shù)Agent主動參與求解問題這一過程中，可以暫時建立一個聯(lián)盟求解問題[12]。當(dāng)求解問題完成后，借助Agent把上述信息傳送至黑板進行綜合，最后反饋到相對應(yīng)的Agent界面并傳輸至用戶手中。設(shè)計的黑板系統(tǒng)內(nèi)，Agent由黑板提供的公共區(qū)域收集相應(yīng)的信息，該技術(shù)適合容量大、頻率低這類通訊方法，這一設(shè)計模式能達到體育訓(xùn)練管理決策系統(tǒng)所需的通訊方式[13]。

3 系統(tǒng)應(yīng)用實例

體育訓(xùn)練管理決策系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)信息主要收集某個學(xué)校信息管理系統(tǒng)、文學(xué)院體育成績管理系統(tǒng)等，管理模型主要包括預(yù)測、回歸等模型，規(guī)則庫內(nèi)設(shè)定待測學(xué)生身體素質(zhì)評估要求和規(guī)則等內(nèi)容[14]。體育訓(xùn)練管理決策制定過程如下：

收集某班60人身體素質(zhì)數(shù)據(jù)和達到要求的數(shù)據(jù)信息，并將其訓(xùn)練時間設(shè)定在某個輸入界面內(nèi)，例如：制定學(xué)生的一周計劃或一個學(xué)期計劃訓(xùn)練。60名 學(xué)生身體素質(zhì)各項信息和達標(biāo)數(shù)據(jù)均儲存至數(shù)據(jù)庫內(nèi)，時間安排數(shù)據(jù)存儲至黑板上，從而組成相應(yīng)的規(guī)則，指導(dǎo)學(xué)生開展計劃性訓(xùn)練。其中，界面Agent設(shè)計細致的計劃信息并傳送給黑板控制模板，黑板控制模板依據(jù)知識庫協(xié)作規(guī)則把有待解決的問題劃分為身體素質(zhì)測評、安排訓(xùn)練時間、制定訓(xùn)練計劃等子問題，隨后將這些子問題交由相對應(yīng)功能的Agent進行處理[15]。例如：學(xué)生的身體素質(zhì)測評功能Agent可以劃分為升高、心率、肺活量、視力等小任務(wù)，隨之交由相應(yīng)的決策Agent實施決策支持。每一個功能Agent會將決策Agent功能推測結(jié)果反饋至黑板上，黑板在單元內(nèi)實現(xiàn)匯總，把身高、體重、肺活量、最合理的訓(xùn)練計劃等子結(jié)果匯總數(shù)據(jù)[16]，運用界面Agent中的固態(tài)表格展現(xiàn)給計劃制定者，做出針對性的解釋。

4 結(jié)束語

總之，學(xué)生體育訓(xùn)練管理作為決策支持系統(tǒng)全新的應(yīng)用領(lǐng)域，基于Agent技術(shù)制定體育訓(xùn)練管理決策支持系統(tǒng)，它能夠為學(xué)生制定科學(xué)合理的體育訓(xùn)練和管理計劃，在高校體育訓(xùn)練管理中發(fā)揮著重要的作用。

[1]高大偉.關(guān)于體育訓(xùn)練檔案綜合管理的思考[J].黑龍江檔案，2012，13（6）:51.

[2]樂建軍.我國競技體育訓(xùn)練創(chuàng)新研究[J].當(dāng)代體育科技，2013，3（28）:56-57.

[3]來紹潔.基于智能手機的體育訓(xùn)練信息管理系統(tǒng)設(shè)計[J].電子設(shè)計工程，2015，23（17）:68-70.

[4]張維.基于Agent的智能體育訓(xùn)練管理系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J].電子設(shè)計工程，2014，22（22）:42-44，48.

[5]李孟賢，梅澤元.高校軍事體育訓(xùn)練對學(xué)生心理影響的研究[J].當(dāng)代體育科技，2015，5（5）:44-45.

[6]汪選合.陽光體育運動“軍事體育訓(xùn)練+個性教學(xué)模式”探索[J].考試周刊，2013，53（98）:116-117.

[7]石巖，葉冬清，屈子路，等.經(jīng)驗分析在體育訓(xùn)練指導(dǎo)中數(shù)據(jù)挖掘的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2015，12（5）:44.

[8]周戰(zhàn)偉，吳貽剛，文靜，等.上海市青少年業(yè)余體育訓(xùn)練運動風(fēng)險管理機制[J].上海體育學(xué)院學(xué)報，2015，39（4）:77-81.

[9]趙東勝，邢思杰.推行軍事體育訓(xùn)練與人事管理掛鉤政策[J].軍事體育學(xué)報，2015，34（2）:35-36.

[10]孫婷.關(guān)于業(yè)余體育訓(xùn)練檔案的管理與實施探索[J].新教育時代電子雜志:教師版，2015，25（18）:168-168.

[11]馬超俊.基于Multi-Agent的體育訓(xùn)練管理決策系統(tǒng)研究[J].陜西教育:高教版，2014，19（11）:60，69.

[12]楊峚.加強體育訓(xùn)練中對運動員非智力因素的培養(yǎng)[J].太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2013，15（7）:178-179.

[13]張冰.網(wǎng)絡(luò)境遇下的體育訓(xùn)練與體育教師的知識管理[J].內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報：教育科學(xué)版，2014，27（5）:142-144.

[14]王洪利，牛杰冠，劉遠祥，等.應(yīng)用ISO9000建構(gòu)體育訓(xùn)練基地質(zhì)量管理體系的研究[J].山東體育科技，2013，35（6）:29-32.

[15]謝科，李琪.基于Multi-Agent的大學(xué)生體育訓(xùn)練管理決策系統(tǒng)研究與設(shè)計[J].計算機與數(shù)字工程，2013，41（7）:1103-1105，1128.

[16]張維.基于Agent的智能體育訓(xùn)練管理系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J].電子設(shè)計工程，2014,22(22):42-44.

Study on system design of blackboard support multi Agent intelligent decision based on physical training and management

MA Xin-lu
（Baoji Vocational Technology College，Baoji 721013，China）

The majority of our school physical training and management are the purpose of training is not strong，poor training effect，an assistant decision-making means backward problems.In view of the above questions to create effective management decision support system is very important.In this paper，based on the characteristics of agent，DSS，in-depth analysis of the sports management decision support system of demand，put forward based on multi agent technology，physical training and management decision support system，the overall framework and specific ways.Examples of the use of dialectical analysis of the feasibility and reliability of the system.In a certain extent，improve the effect of physical training and management，but also provide an important reference for development of other similar systems.

Agent；sports training management；decision support system；design

TN99

A

1674－6236（2016）24-0046-03

2015-12-30 稿件編號：201512315

馬新錄（1965—），男，陜西眉縣人，講師。研究方向：體育教育，運動訓(xùn)練。