基于多智能体协同进化机制的学术团队建设
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作者: 王海鹰
[摘要] 当今多学科交叉融合,科学、技术与社会相互渗透,使学术团队成为在科学技术探索中的新的组织模式之一。大学学术团队的建设,不仅关系到学校自身的建设与发展,还关系到我国创新型国家的建设,关系到自主创新能力的提高。本文基于多智能体协调机制原理与方法,结合大学学术团队在组建、管理的实践,就建设高效的学术创新团队的方法进行了初探。
[关键词] 学术团队 进化机制 合作创新
一、引言
目前,我们要提高自主创新能力,建设创新型国家。高等教育担负着培养创新型人才的重要责任。学术团队是为实现某个学术目标而相互协作的个体组成的群体,由若干成员组成。他们拥有共同的目标、支持公认的行动准则和决策程序,他们的知识互补,并懂得相互帮助,知道怎样正确处理成员及团队内部的矛盾冲突。而构建了一批锐意进取、大胆创新的学术团队创新团队,对提高大学的创新能力就显得特别的重要。目前就团队理论的研究还有待与深入,本文利用多智能体协进化机制原理与方法来指导建设大学学术团队创新项目团队,收到了应有的效果。
二、多Agent的概念及特点
1.多智能体的概念
Agent一词直译为“代理”,也有人称之为“智能代理”、“智能主体”、“艾真体”等,广义上它是指具有智能的任何实体,包括硬件(机器人)的和软件的,狭义上一般指的是软件Agent。而多Agent,则是由多个符合上述定义的、自治的、具有交互能力的Agent组成了一个Agent的社会。
Agent起源于人工智能(AI)领域,20世纪80年代中后期,人工智能技术与分布式计算技术相结合,出现了分布式人工智能(DAI)这个研究方向。作为分布式人工智能的构成因素,Agent一词越来越多地被提到,由于它突破了长期以来AI研究进展不大的局面,因此倍受关注。目前,Agent融入了主流计算机的各领域,产生了一系列的新方法、思想、技术,各种类型的软件Agent大量用于信息处理、办公自动化、交通管理、私人助手等。特别是Internet和WWW的发展,为Agent技术带来了新的发展契机。
2.特点
(1)知识局部性。即单个Agent对整个环境或其他Agent只有不完全的了解――非全知的。
(2)能力有限性。即每个Agent都不可能单独完成所有任务,必须同其他Agent合作――非全能的。
(3)异构性。这包括两个方面:其一,Agent设计的异构,不同的Agent具有不同的能力(有限理性)。其二,Agent目标的异构,不同Agent代表了设计者不同的利益。
(4)多智能体为分布式系统。缺乏全局中心化的控制,各个Agent的计算是异步的。
(5)多智能体是动态的系统。环境内在的因素或其他Agent的行为导致环境的变化,因此Agent的行为可能使环境到达非期望的状态。
(6)多智能体是开放的系统。
三、多Agent的协作机制
1.协进化机制
在生态环境中,只有有限的资源,各种物种必须通过竞争与合作才能获得自己生存所需的资源。通过这些竞争与合作的交互,物种们不断进化和改变,并相互影响彼此的进化过程,这个相互适应的过程称为协进化(Coevolution)。根据达尔文进化论思想,为解决多Agent间协调进化问题,人们模仿自然界中的协进化机制,提出了协进化计算(CEC,Coevolutionary Computing)。
其中,合作型协进化注重于群体之间的合作关系,通过对群体间有利于合作的个体进行适应度加强,促使群体向着有利于产生相互合作和共同适应(Coadapted)行为的方向进化。因此,将合作型协进化用于在多个智能体之间产生合作行为是一种极佳的方法,其思想是为参与合作的每个智能体都构造一个自身采用进化算法的群体,这样通过各个群体间的协进化就能产生智能体之间的协调合作行为。
2.多智能体合作学习方法
多Agent合作学习是指多个Agent在追求一个共同的目标过程中彼此相互通信、合作,通过交换信息影响其它Agent的学习,通过共享信息选择最优策略。
具体来说,就是各个Agent都采用单Agent强化学习算法进行独立学习,同时多Agent系统通过信息共享机制和黑板模型,从而能够充分利用系统知识资源,可以起到缩短探索过程、加速学习和保证学习正确方向的作用。
(1)信息共享机制
在多Agent系统中,Agent处于一个不能够进行全局控制或全局学习的环境中,这些Agent可能需要与其它Agent共同协作来达到自己的局部目标。它们可以通过得到其它Agent的有关信息等方法使自己制定行为策略时有一定的参考,也可以向其它Agent发送相关信息来影响其它Agent的行为决策。都需不同程度地依赖于Agent间的信息共享机制。
(2)黑板模型
黑板模型的基本思想是:多个Agent协作解决一个问题,黑板是一个共享的问题求解空间,多个Agent都能看到黑板。当问题和初始数据记录到黑板上时求解开始,所有的Agent通过看黑板寻找其利用其它Agent的经验知识求解问题的机会,当一个Agent发现黑板上的信息足以支持他进一步求解问题时,他就将求解结果记录在黑板上,新增加的信息有可能使其他Agent继续求解。重复这一过程直到问题彻底解决获得最终结果。
四、多Agent的合作与协调进化机制对创新团队的建设的启示
多Agent的合作与协调进化机制中,对于个体适应度的评价是这个协进化算法的核心。提高个体适应度的方法很多,如:“共享”等等。我们可把创新团队视为多智能体系统,因而,要建设高效的创新团队,其团队内成员间,团队与外环境间等的协调发展是很重要的。做为创新团队一定要具备如下条件:
1.共享目标和计划
统一与共同的目标是系统能够集中调动它的资源和将所需的各个局部组成一体的能力,是子系统之间能够双向沟通,能够最大限度地学习、创新的条件。只有在团队所有成员对所要达到的整体目标持一致的肯定和充分的认同,才能为之付出努力,并最终共同实现目标。目标的不确定、方向感的缺失使企业高层与中层之间,中层与基层之间出现了严重的信息沟通的断裂,并由此引发价值观的分歧,从而导致企业整体计划、目标、团队建设的失败。
2.共享信息资源
首先,通畅的信息互动与沟通。团队内部互动沟通的程度直接影响团队自组织工作的效率。其次,内部知识和环境资源共享。团队成员之间只存在获取信息上的差别,要通过加强交流,共享包括创新的点子、体会、各种研究资料等等在内的资源,提高团队总体水平。
3.队员结构的有意义差异是知识共享更高效
只有有意义的差异才是团队工作涌现创新性的关键因素。差异性表现在人力结构中,一般是指团队员年龄的梯队和层次性、知识的交叉互补性、技能的多样性、个性的倾向性等方面。但这些差异有时候仅仅是一种表面现象,并不是真正的有意义的差异。有意义的差异往往具有很强的隐蔽性,只有在特殊的情境之下才能够显现出来。所以,自组织团队人力结构配置的一项根本性任务就是在团队中挖掘和补充有意义的差异。只有人力结构中存在有意义差异才能使团队成员之间的目标协同、知识共享成为可能。
4.基于黑板模型的协同工作
首先,是任务的协调分配,在协商气氛中,根据队员的特长合理安排任务,要做到分工明确,任务清楚。其次,在工作中要共享的问题求解空间,协同完成任务。
5.共享团队精神
团队精神是指团队成员为了实现共同目标而相互理解、协作、努力工作的精神状态,它是团队工作动力系统的加速剂。团队精神的基础是尊重团队成员个人的兴趣和成就,核心是团队成员之间的协同合作,最高境界是团队成员的向心力和凝聚力。
6.共享激励与约束机制
任何系统的运转都需要动力,没有动力的推动则系统难以运转。把激励的程度与目标的完成结合起来,有增有减。
五、结束语
学术团队要达到有效组建、和谐运行,一定要有共同的目标,要有合理分工,加强团队成员之间的沟通协调,共享团队内外的各种资源,使团队成员的优势互补互补、协同配合地工作。同时,还要倡导团队精神,有效地处理好队员与团队带头人的关系,处理好团队队员之间的关系,处理好团队的内外环境之间的关系,从而调动一切有利因素,以众人之长共同打造高效的大学学术团队创新团队。
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