面向多Agent的引擎技術(shù)的研究

郭文俊，常桂然，喬世東

(1.山西大同大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，山西 大同 037009；2.東北大學(xué)計(jì)算中心，遼寧 沈陽(yáng) 110004)

面向多Agent的引擎技術(shù)的研究

郭文俊1，常桂然2，喬世東1

(1.山西大同大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，山西 大同 037009；2.東北大學(xué)計(jì)算中心，遼寧 沈陽(yáng) 110004)

長(zhǎng)久以來(lái)，人類(lèi)的發(fā)展離不開(kāi)知識(shí)的獲取與發(fā)現(xiàn)。進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代后，隨著Web信息量的急劇增加，人們需要一種技術(shù)手段,能夠使信息的獲取更加簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確，搜索引擎就提供了這樣一個(gè)導(dǎo)航工具。然而隨著Internet的發(fā)展和信息搜索技術(shù)的不斷完善，傳統(tǒng)的搜索引擎已很難滿(mǎn)足用戶(hù)個(gè)性化的需求。因此在傳統(tǒng)搜索引擎和Agent技術(shù)的基礎(chǔ)上，筆者提出了一種用于Web信息搜索的基于多Agent的搜索引擎概念，它允許用戶(hù)在特定領(lǐng)域進(jìn)行搜索，能夠有效的地提高搜索引擎的搜索質(zhì)量。

搜索引擎；多Agent

0 引言

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，導(dǎo)致了Web信息量的急劇增加，在如今的大數(shù)據(jù)時(shí)代下如何使信息的獲取更加快捷、準(zhǔn)確已經(jīng)成了用戶(hù)選用搜索產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，而傳統(tǒng)的模式如今卻也難以滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)數(shù)據(jù)量的需求。故此筆者提出了一種面向多 Agent的搜索引擎，它允許用戶(hù)在特定領(lǐng)域進(jìn)行搜索并能夠有效的地提高搜索引擎的搜索質(zhì)量。

1 搜索引擎技術(shù)介紹

1.1 搜索引擎相關(guān)概述

搜索引擎[1-2]的基本概念源于內(nèi)達(dá)華州計(jì)算服務(wù)中心開(kāi)發(fā)的一個(gè)Gopher搜索工具Veronica，隨后得到快速的發(fā)展。搜索引擎的出現(xiàn)改變了人們獲取信息的方式，利用搜索引擎可以快速、準(zhǔn)確地找到需要的信息。搜索引擎是指根據(jù)一定的策略搜集互聯(lián)網(wǎng)上的信息并對(duì)信息進(jìn)行組織和處理，最后將處理后的信息顯示給用戶(hù)并為用戶(hù)提供檢索服務(wù)的系統(tǒng)。

1.2 搜索引擎的類(lèi)別

搜索引擎（Search Engine）主要包括全文搜索引擎、垂直搜索引擎、目錄式搜索引擎和元搜索引擎這四類(lèi)[3]。

(1) 全文搜索引擎是目前流行的大型搜索引擎普遍采用的形式。所謂全文，就是用戶(hù)可以去搜索一篇文章的任何部分，不論是標(biāo)題，還是正文，Google就是優(yōu)秀的全文搜索引擎。

(2) 垂直搜索引擎區(qū)別于一般的搜索引擎，它是一種專(zhuān)注于特定領(lǐng)域的搜索引擎系統(tǒng)，主要應(yīng)用于購(gòu)物搜索（shopping search）、機(jī)票搜索(air search)、旅游搜索(tourism search)等。

(3) 目錄式搜索引擎是將網(wǎng)站進(jìn)行人工歸類(lèi)，并建立目錄數(shù)據(jù)庫(kù)，如果用戶(hù)想要找到一個(gè)網(wǎng)站，那么就順著該分類(lèi)一直找下去，Yahoo就是目錄式搜索引擎。

(4) 元搜索引擎是將用戶(hù)發(fā)來(lái)的查詢(xún)請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給各大搜索引擎網(wǎng)站，然后將它們的結(jié)果匯總并返回給用戶(hù)。比較有代表性的是Vivisimo，InfoSpace等。

1.3 搜索引擎的工作原理

搜索引擎實(shí)際搜索的是預(yù)先整理好的且存儲(chǔ)在索引數(shù)據(jù)庫(kù)中的網(wǎng)頁(yè)，而且搜索引擎也不能真正理解網(wǎng)頁(yè)上的內(nèi)容它只能機(jī)械的匹配網(wǎng)頁(yè)上的文字。其基本的流程如圖1所示。

圖1 搜索引擎流程圖Fig.1 Flow chart of Search Engine

用戶(hù)輸入及用戶(hù)輸入想要查詢(xún)的信息，當(dāng)然用戶(hù)的輸入方式也會(huì)影響到查詢(xún)的結(jié)果和精度。

查詢(xún)處理即當(dāng)用戶(hù)輸入關(guān)鍵詞后在索引數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索，搜索系統(tǒng)程序從網(wǎng)頁(yè)索引數(shù)據(jù)庫(kù)中找到符合該關(guān)鍵詞的所有相關(guān)網(wǎng)頁(yè)然后返還給用戶(hù)。

預(yù)處理即是進(jìn)行頁(yè)面分類(lèi)和建立索引數(shù)據(jù)庫(kù)的過(guò)程。頁(yè)面分類(lèi)模塊選用能夠表達(dá)頁(yè)面主題的詞作為Web頁(yè)面的關(guān)鍵詞，并以此關(guān)鍵詞對(duì)個(gè)頁(yè)面進(jìn)行分類(lèi)。建立索引數(shù)據(jù)庫(kù)是先從收集回來(lái)的網(wǎng)頁(yè)中提取相關(guān)的網(wǎng)頁(yè)信息，然后根據(jù)相關(guān)度算法計(jì)算該網(wǎng)頁(yè)中頁(yè)面文字及超鏈中每一個(gè)關(guān)鍵詞的相關(guān)度，最后利用計(jì)算得的相關(guān)度信息建立網(wǎng)頁(yè)索引數(shù)據(jù)庫(kù)。

網(wǎng)頁(yè)搜索即從互聯(lián)網(wǎng)上抓取網(wǎng)頁(yè)，利用能夠從互聯(lián)網(wǎng)上自動(dòng)收集網(wǎng)頁(yè)的Spider程序自動(dòng)訪(fǎng)問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)。從搜索引擎的工作流程中可以看出，實(shí)現(xiàn)搜索引擎的關(guān)鍵在于如何有效地在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行信息收集。搜索引擎的信息收集方式一般包括人工收集和自動(dòng)收集兩種。其中人工收集是由專(zhuān)門(mén)的人員跟蹤和選擇有用的Web站點(diǎn)和頁(yè)面，并按規(guī)范方式進(jìn)行分類(lèi)、建立索引數(shù)據(jù)庫(kù)；而自動(dòng)收集則是通過(guò)信息收集程序自動(dòng)完成信息的收集工作，也是目前最流行的一種收集方式。

2 多Agent引擎設(shè)計(jì)

2.1 多Agent引擎研究背景

隨著 Internet的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)了“信息過(guò)載”的現(xiàn)象，大量信息涌向用戶(hù)給人們的搜索行為帶來(lái)極大的不便，怎樣才能在浩瀚的信息資源中找到自己需要的內(nèi)容，成了用戶(hù)關(guān)心的問(wèn)題?；诙?Agent的搜索引擎技術(shù)則能夠按照用戶(hù)的意圖，從資源廣泛的Internet中自動(dòng)搜索必要的信息，然后呈現(xiàn)給用戶(hù)。筆者的此次設(shè)計(jì)是在傳統(tǒng)的搜索引擎中加入了 Agent機(jī)制，并在用戶(hù)端形成了一個(gè)個(gè)性化層，通過(guò)用戶(hù)和多 Agent之間的相互協(xié)作，智能地適應(yīng)用戶(hù)興趣的變化和環(huán)境的變化。

2.2 Agent技術(shù)

Agent一詞出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代的人工智能中，是由麻省理工學(xué)院（Massachusetts Institute of Technology）的Minsky在《思維的社會(huì)》一書(shū)中提出的，他認(rèn)為 Agent是一種實(shí)體，而且是一種存在于某一特定環(huán)境中的智能實(shí)體。該實(shí)體可以與環(huán)境中的其它實(shí)體進(jìn)行某種協(xié)商從而得到問(wèn)題的解。這些具有社會(huì)交互性和智能性的實(shí)體很快便被應(yīng)用于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域尤其是在基于網(wǎng)絡(luò)的分布式系統(tǒng)中Agent表現(xiàn)出了明顯的實(shí)效性。由于 Agent的多樣性，很難為其定制一個(gè)統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)，下面僅給出一個(gè)適用于本系統(tǒng)的具有感知和交互功能的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)模型，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中的API層將Agent與他的資源、技能的物理實(shí)現(xiàn)聯(lián)系起來(lái)[4-5]。

2.3 多Agent引擎的主要模塊

2.3.1 客戶(hù)端多Agent模塊的設(shè)計(jì)

客戶(hù)端多Agent的主要作用是優(yōu)化用戶(hù)的興趣模型，主要有三個(gè)部分組成[6-8]：用戶(hù)興趣分析Agent，興趣處理Agent及搜索行為分析Agent。

(1) 用戶(hù)興趣分析Agent，用來(lái)分析用戶(hù)的直接興趣模型，在搜索引擎初始化時(shí)利用機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)，總結(jié)出用戶(hù)的興趣模型。

(2) 興趣處理Agent，將用戶(hù)行為分析Agent和用戶(hù)興趣分析Agent處理的結(jié)果提交給服務(wù)器。

(3) 搜索行為分析Agent，通過(guò)對(duì)被訪(fǎng)問(wèn)過(guò)的文檔進(jìn)行分析學(xué)習(xí)來(lái)猜測(cè)用戶(hù)的需求，并推斷其下一步可能的行為，采用啟發(fā)式規(guī)則來(lái)判斷用戶(hù)對(duì)一個(gè)文檔的興趣程度。

2.3.2 服務(wù)器端智能Robot的設(shè)計(jì)

智能Robot[9]以一個(gè)或一組URL為瀏覽起點(diǎn)，對(duì)相應(yīng)的WWW文檔進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，Robot的結(jié)構(gòu)[10-11]如圖3所示。

圖2 Agent的概念結(jié)構(gòu)Fig.2 Conceptual structure of Agent

圖3 智能Robot結(jié)構(gòu)Fig.3 The framework of the Robot Based on Agent

文檔訪(fǎng)問(wèn)Agent的功能比較簡(jiǎn)單，它從訪(fǎng)問(wèn)代理引擎那里接URL，通過(guò)HTTP協(xié)議去訪(fǎng)問(wèn)相應(yīng)的WWW文檔。

路徑選擇Agent負(fù)責(zé)提取WWW文檔內(nèi)的URL信息，以選擇瀏覽的路徑。

訪(fǎng)問(wèn)控制 Agent的主要功能是控制文檔訪(fǎng)問(wèn)代理對(duì)WWW資源的訪(fǎng)問(wèn)，以防止造成服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)的堵塞。

2.4 多Agent引擎結(jié)構(gòu)

基于多Agent的搜索引擎系統(tǒng)由一個(gè)或更多檢索服務(wù)代理組成，每個(gè)用戶(hù)使用一個(gè)用戶(hù)Agent和若干個(gè)索引訪(fǎng)問(wèn) Agent[12-14]。它們是由多 Agent模塊、頁(yè)面分析處理Agent、智能Robot等幾個(gè)部分組成。其基本的引擎設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖4。

2.5 多Agent引擎的研究意義

將多 Agent技術(shù)引入到信息搜索領(lǐng)域，利用Agent本身具有的知識(shí)、目標(biāo)及推理、決策、規(guī)劃、控制等能力可以實(shí)現(xiàn)信息搜索的智能化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)信息檢索的高精度、高速度、低開(kāi)銷(xiāo)。搜索引擎是一個(gè)涉及到多個(gè)領(lǐng)域的復(fù)雜技術(shù)。一方面，它應(yīng)用到一些已經(jīng)成熟的技術(shù)，把它們按照搜索引擎系統(tǒng)的要求進(jìn)行改進(jìn)；另一方面，有許多搜索引擎自己特有的技術(shù)也在不斷涌現(xiàn)，如超鏈分析、用戶(hù)行為跟蹤、用戶(hù)行為分析等。

圖4 基于多Agent的搜索引擎結(jié)構(gòu)Fig.4 The framework of the Search Engine based on the Multi-Agent

3 性能分析

為了驗(yàn)證系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)的合理性，構(gòu)造了實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)硬件要求：Intel i3-4170 CPU，4GB內(nèi)存；軟件環(huán)境：Microsoft Windows XP操作系統(tǒng)，與原來(lái)的搜索策略相比較，用戶(hù)在相同環(huán)境下進(jìn)行搜索，會(huì)得到更多更接近自己興趣目的搜索結(jié)果。用戶(hù)對(duì)不同搜索策略的滿(mǎn)意程度見(jiàn)圖5所示。

圖5 不同搜索策略滿(mǎn)意程度比較Fig.5 Comparison of different search strategies satisfaction

4 結(jié)論

本文描述了一個(gè)搜索引擎的解決方案，并提出了一個(gè)基于多 Agent的搜索引擎模型，詳細(xì)地描述了這個(gè)模型的實(shí)現(xiàn)原理。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)高性能的并行分布式處理，對(duì)其作相應(yīng)的修改就可以用來(lái)解決類(lèi)似的問(wèn)題。在今后的工作中，我們將使搜索引擎中的 Agent能夠根據(jù)比如訪(fǎng)問(wèn)代價(jià)、訪(fǎng)問(wèn)速度等因素來(lái)選擇在Web上已經(jīng)存在的各個(gè)檢索服務(wù)的索引并能夠自動(dòng)調(diào)用信息檢索代理[15-16]，當(dāng)然筆者將進(jìn)一步改進(jìn)這種模型使其更試用且更易于擴(kuò)展。

[1]Miller M E.Intelligent information retrieval from the WWW [C].Canada Banff Centre: UM-999, 1999.

[2]Wooldridge M, Jennings N.R.Intelligent agents: Theory and practice[J].The Knowledge Engineering Review, 1995, 10(2): 115-152.

[3]Salton G, McGill M J.Introduction to Modern information Retrieval [M].New York: McGraw-Hill, 1983.

[4]阮衛(wèi)華.搜索引擎優(yōu)化技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].軟件, 2014, 35(7): 72-77.Ruan W H.Research and implementation of search engine optimization technology[J].Software, 2014, 35(7): 72-77.(in Chinese)

[5]鄭曉健.面向領(lǐng)域主題的智能搜索引擎設(shè)計(jì)[J].軟件, 2014, 35(3): 4-5.Zheng X J.An Intelligent Search Engine Design for Topic Oriented[J].Software, 2014, 35(3): 4-5.(in Chinese)

[6]Ridge E.Curry E.A Roadmap of Nature-inspired Systems Research and Development[J].Multi-agent and Grid System, 2007, 3(1): 3-8.

[7]張功耀, 黃水松, 王小棟.基于多Agent的搜索引擎模型[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì), 2002, 23(10): 66-69.Zhang G Y, Huang S S, Wang X D.Search Engine Model Based on Multi-Agent[J].Computer Engineering and Design, 2002, 23(10): 66-69.(in Chinese)

[8]毛新軍, 胡翠云, 孫躍坤, 王懷民.面向Agent程序設(shè)計(jì)的研究[J].軟件學(xué)報(bào), 2012, 23(11): 2885-2904.Mao X J, Hu C Y, Sun Y K, Wang H M.Research on Agent-Oriented Programming[J].Journal of Software, 2012, 23(11): 2885-2904.(in Chinese)

[9]Wooldridge, Nicholas R.Jennings.Intelligent Agents: Theory and Practice [J].Knowledge Engineering Review, 1995, 10(2): 115-152.

[10]劉曉婉, 胡燕祝, 艾新波.開(kāi)源中文分詞器在web搜索引擎中的應(yīng)用[J].軟件, 2013, 34(3): 80-83.Liu X W, Hu Y Z, Ai X B.The Application of Open Source Chinese Tokenize in Web Search Engine[J].Software, 2013, 34(3): 80-83.(in Chinese)

[11]胡曉敏.無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)Agent數(shù)據(jù)分流策略[J].新型工業(yè)化, 2013, 3(4): 103-112.HU X M.Agent Data Separation Strategy for Wireless Sensor Networks[J].The Journal of New Industrialization, 2013, 3(4): 103-112.(in Chinese)

[12]劉萬(wàn)輝, 楊曄.基于A(yíng)ndroid 系統(tǒng)的溫室智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)[J].軟件, 2013, 34(5): 1-3.Liu W H, Yang H.Design and Development of Intelligent Monitoring for Greenhouse Based on Android System[J].Software, 2013, 34(5): 1-3.(in Chinese)

[13]鄭力明, 李曉冬.淺談面向Agent 的軟件工程[J].軟件, 2014, 35(10): 51-53.Zheng L M, Li X D.Discussion on the Agent-Oriented Software Engineering[J].Software, 2014, 35(10): 51-53.(in Chinese)

[14]徐桓, 孫瑜.基于改進(jìn)QPSO的單任務(wù)Agent聯(lián)盟生成[J].軟件, 2015, 36(2): 1-4.Xu H, Sun Y.Improved QPSO to Solve Single Task Agent Coalition[J].Software, 2015, 36(2): 1-4.(in Chinese)

[15]宋玲玲, 楊銀剛.基于平行控制的異構(gòu)多Agent機(jī)器人系統(tǒng)控制方法[J].軟件, 2015, 36(3): 52-58.Song L L, Yang Y G.A Kind of Multi-Agent System Control Method Based on Parallel Control[J].Software, 2015, 36(3): 52-58.(in Chinese)

[16]黃啟昭.基于A(yíng)gent技術(shù)的物流管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J].軟件, 2013, 34(8): 34-35.Huang Q Z.Design of Logistics Management Information System Based on Agent Technology[J].Software, 2013, 34(8): 34-35.(in Chinese)

Research on Engine Technology Based on Multi-Agent

GUO Wen-jun1，CHANG Gui-ran2，QIAO Shi-dong1
(1.College of Mathematics and Computer Science, Shanxi Datong University, Datong 037009; 2.Computing Center, Northeastern University, Shenyang 110004)

All the time, human’s development is inseparable from the process of knowledge acquisition and discovery.After entering the Internet era, with the dramatic increase in Web information, people need a technique which can make the access to information more simply and accurately.Search engines provide such an effective navigation tool.However, with the continued development of the Internet and information.It is more difficult for search engines to keep an up-to-date and comprehensive search index.Therefore, this paper proposes the concept of intelligent search engines based on multi-Agent technology by the deeply studying of the traditional search engine and Agent technology.It can effectively improve the search engines’ search quality by allowing users to perform searches in a particular domain and providing customized features.

Search engines; Multi-Agent; Intelligence search

TP391.3

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2017.03.028

郭文俊(1986-）男，漢族，山西大同，碩士，助教，研究方向?yàn)樗阉饕婕夹g(shù)，人工智能；常桂然(1946-）男，東北大學(xué)教授，研究方向?yàn)樾畔踩?。喬世東，男，山西大同大學(xué)數(shù)學(xué)系教授，研究方向?yàn)閼?yīng)用數(shù)學(xué)。

本文著錄格式：郭文俊，常桂然，喬世東.面向多Agent的引擎技術(shù)的研究[J].軟件，2017，38（3）：136-139