Tác tử công nghệ phần mềm hướng tác tử lê tấn hùng, từ minh phương, huỳnh quyết thắng

Với các đặc điểm tồn tại và hành động tự chủ trong môi trường, tác từ có thể thực hiện các mục tiêu cho trước và do vậy có thay thế chù cùa mình người dùng hoặc tác từ khác thực hiện một

TRƯỜNG Đ Ạ I H Ọ C BÁCH KHO A HÀ N Ộ I KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

KHOA CỔNG NGHỆ THỐNG TIN

TỪ MINH PHƯƠNG HUỲNH QUYẾT THANG

Lòi nói đâu

N gay lừ đâu những năm HO, tác tử và hệ đu tác tư (Agent Ví)

M ui t [Agent System) đã được biết đen với hctng loạt các công trình nghiên cứu như ¡¿I một hướng nghiên cứu mới Tuy nhiên chì bắt đau từ khoang giữa thập niên 90 tác tư Ví) hệ đa tác tư mới được thừa nhận rộng rã i Ví)

ngay lậ p tức đã thu hút sự quan tâm ngày càng lớn cua g iớ i nghiên cứu cũng như cua giói công nghiệp trong lĩnh vực Công nghệ Thông tin Từ đó rát nhiều san phàm thương mại đã lay tác lư làm cóng nghệ nến tang cho sự phát trie n cua mình, rá t nhiêu trường đại học trên thê g iớ i đã đưa lác tư vào chương trình đào tạo Công nghệ Thông tin cua bậc đại hục và sau đại học.

Có nhiêu nguyên nhân dân tủ i sự quan tâm đặc biệt này Trong số đõ, nguyên nhăn quan trọng nhát leí do công nghệ tác tư cung cap một phương pháp luận xây dựng ứng dụng mới, phù hợp với các hệ thong thông tin có tính mo Ví) phân tán mà diên hình Ici Internet Ngoìii ra, công nghệ túc tư cũng có ưu diêm trong việc xây dựng nhiều dang ứng dụng khác.

T a i Việt Nam, túc tư và hệ tác tử băt đâu được nghiên cứu trong khoang vài năm gần đây Mặc dù xuất hiện tạ i Việt Nam chưa lâu công nghị túc tư dã nhanh chóng trơ thành một chù dề gây dược sự chú ý Cùng với nhiều nghiên cứu công bô tại hội nghị khoa học và tạp chí chuyên ngcirh, tác tư và hệ tác tư đã dược dưa veto giang dạy tại một số trường, viện dưới các hình thức khác nhau dê từ dó nhiêu ứng dụng sư dụng hệ tác

tư a n g hàt dâu dược xây dựng va thư nghiệm Tuy nhiên, một khó khàn cho những người den khi tìm hiên và ứng dụng công nghệ tác tư tại Việt Nam là

sự tliê u vắng những tìii liệu tiếng Việt có tính hệ thong.

M ục tiêu của cuốn sách là cung cấp cho bạn đọc một số kiến thức ve tác rr Ví) hệ da tác tư Những nội dung trình bày trong sách có thê chia làm hai phần, phục vụ cho hai mục đích chinh.

Thứ nhát, băng cách trình bày những nguyên lý và van dề mang tính lý thuỹìt, cuôn sách cung cap cho người đọc hình dung chung ve lý thuyết tác

tư VV hệ đa tác tư.

Thứ hai, đê người dọc có thê tiếp cận với công nghệ và kỹ thuật xây

d ự n ị hệ tác tư, cuốn sách mô tà một số công cụ, công nghệ và ví dụ ứng

d ụ n ị tác tư cụ thê Một sô công cụ và ứng dụng trong sô này do chinh các

4 Tác từ - Công nghệ phần mềm hướng tác tư

tác giá cùng với cộng sự cùa mình phát triên, một sổ đã dược công hổ hoặc

ừng dụng thực té Ngoài ra, dớ phục vụ việc xây dựng một số ứng dụng

thông dụng, nhiều nội dung không mang tính nến tang đổi với hệ tác tư như

tác tư di dộng, tác tư giao diện cũng dược dưa vào và trình hày thành

những chương riêng.

I 'ới nội dung như vậy cuốn sách có thê sư dụng lùm tc)i liệu học tập

và tham khao cho sinh viên theo học chuyên ngành công nghệ thông tin

cũng như những người làm công tác nghiên cứu có quan tâm tới cóng nghệ

tác tư.

Dê thuận lợ i cho việc xuất ban và phát hành, cuồn sách dược chia

thành hai tập Việc phán chia này hoàn toàn do yêu cầu xuất ban và không

liên quan tới cấu trúc các phần trình bày trong sách.

Tác tư và hệ đa tác tư là lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng tương doi

mới và đang phát triển nhanh Do vậy, việc thu thập tài liệu cũng như lựa

chọn nội dung đế trình bciy trong sách là tương đối khó khăn Mặc dù các

tác gia dã cố gang song cuốn sách không thê tránh khỏi những nhược diêm

Chúng tô i chân thành mong bạn dọc lượng thứ và cho ý kiến dóng góp.

M ọi ý kiến dóng góp xin gửi về:

C á c tá c g ia

hệ thống máy tính hiện đại có một số đặc điềm sau:

Việc sử dụng máy tính và thiết bị tinh toán ngày càng phô dụng Do giá thành liên

tục hạ, các hệ thống xử lý thông tin ngày càng được sử dụng nhiều trong các ứng dụng

6 Tác tứ - Công nghệ phần mềm hướng tác từ

trong các thiết bị trước đây khônc thể sử dụng thiết bị tính toán vì lý do kinh tế Châng hạn

có thể gặp các thiết bị gia dụng phổ biến được trang bị máy tính như nồi cơm điện thông minh, máy giạt tự xác định chế độ giặt, mức nước v.v

Máy tinh ngày nay không còn là các hệ thong hoạt động riêng lé Ngày càng nhiều

máy tính được nối mạng cho phép liên kết, trao đổi, chia sé thông tin và công việc tính toán với nhau Hệ thống thông tin dần dần có dạng các hệ thống làm việc phân tán và song song Việc tính toán và xử lý thông tin khi đó có thể xem xét như quá trình tương tác (giữa các hệ thống tính toán) Xu hướng kết nối và xử lý phân tán được coi là đặc điểm quan trọng nhất cùa máy tính hiện đại

So lượng ứng dụng đa dạng với độ phức tạp không ngừng tàng Máy tính ngày càng

đàm nhiệm những công việc phức tạp hơn, không gần với khái niệm tính toán truyền thống Đây là những công việc trước đây vốn chi con người có khả năng thực hiện Nói cách khác, máy tính ngày càng trờ nên “ thông minh” hơn, “ trí tuệ” hơn

Máy tinh ngày càng có thêm tinh tự chú Để tăng năng suất, hiệu quà, giải phóng con

người khỏi nhiều công việc truyền thống, chúng ta có xu hướng trao cho máy tính nhiều quyền hơn trong hành động và ra quyết định, đồng thời giảm bớt sự can thiệp trực tiếp cùa con người vào hoạt động của máy Nhiều hệ thống tính toán và điều khiển có khà năng tự động hoá cao, ra quyết định độc lập như các hệ thống điều khiển trong hàng không đã chứng minh tính hiệu quả, ổn định và an toàn

Các hệ thống tinh toán hiện dại ngày càng có tinh chất hướng người dùng, ơ các thế

hệ máy tính đầu tiên, số người có thề sử dụng máy tính rất hạn che Họ đêu là chuyên gia về máy tính hoặc lập trình viên chuyên nghiệp, được trang bị kiến thức đặc biệt để làm việc với máy tính, c ỏ thể nói khi đó máy tính quan trọng hơn người sừ dụng, người sử dụng phải thích nghi và học cách làm việc với máy Ngược lại, yêu cầu với máy tính ngày nay là phục vụ người dùng ngày càng tốt, thề hiện ở một loạt yêu cầu như giao diện thân thiện và trực giác, khả năng thích nghi với yêu cầu người dùng, cho phép cung cấp thông tin có tính

cá nhân hoá với từng đối tượng sử dụng

Để xây dựng các hệ thống tính toán thoà mãn các đặc điểm và yêu cầu nói trên một

số hướng nghiên cứu và ứng dụng mới cùa khoa học máy tính đã ra đời, trong đó có tác từ

và hệ đa tác từ - nội dung chính được đề cập trong cuốn sách này.

Tổng quan về tác tử 7

2.1 Tác tử là gì?

Có rất nhiều định nghĩa khác nhau, thậm chí mâu thuẫn nhau, về tác tử Đây từng là

đề tài tranh cãi giữa các tác giả, các nhóm nghiên cứu, thậm chí có nhiều bài báo mà nội dung chính là so sánh và phân tích các định nghĩa tác tử Nguyên nhân chính dẫn đến nhiều định nghĩa tác tử là các tác già khác nhau thường có yêu cầu khác nhau về các đặc điềm của tác từ tuỳ theo ứng dụng cụ thể cùa mình Ví dụ, nhiều định nghĩa nhấn mạnh khà năng tự học và thích nghi trong khi đối với nhiều ứng dụng, khả năng này là không quan trọng hoặc thậm chí không mong muốn Việc không thống nhất như vậy trong định nghĩa các khái niệm không phải là hiếm xảy ra trong lịch sứ khoa học máy tính Chảng hạn, khái niệm nền tảng cùa trí tuệ nhân tạo là “ trí tuệ” , “ thông minh” cho đến nay vẫn không có định nghĩa thống nhất

Theo một định nghĩa thường được sứ dụng, lác tứ (agent) là hệ thống tính toán hoạt dộng tự chù trong một môi trường nào dó, có khá năng cám nhận mồi trường và tác động vào mói trường.

Định nghĩa trên có một số điềm cần làm rồ

Trước hết, tác tử là hệ thống tinh toán, có thể là phần cứng, phần mềm, hoặc cà cứng

lẫn mềm Nếu là phần mềm, tác từ có thể là chương trình máy tính, môđun chương trình hoặc thậm chí các dòng thực hiện' Tuy nhiên, trong phần lớn nội dung sẽ trình bày, với mục đích minh hoạ, nhiều ví dụ sử dụng khái niệm tác tử tương đương với một chương trình, một hệ thống bao gồm cả cứng lẫn mềm hoặc cà những chù thể như người, một số sinh vật khác

Khi nói tác tử tồn tại và hoạt động trong một môi trường, định nghĩa trên nhấn mạnh khà năng của tác tử cảm nhận thông tin trực tiếp từ môi trường và có thể tác động trực tiếp làm thay đổi môi trường theo một cách nào đó (hình 1.1) Tác tử nhận thông tin từ môi

trường qua các cơ quan cám nhận và tác động vào môi trường bằng các cơ quan tác động.

1 Thread, một số tài liệu dịch là tiểu trình hoặc luồng thực hiện

8 Tác từ - Công nghệ phần mềm hướng tác tử

Đối với tác tử phần cứng, cơ quan cảm nhận có thể là các cảm biến, camera, cơ quan tác động có thể là các bộ phận cơ học, quang học hoặc âm thanh Đối với các tác từ là chương trình phần mềm, môi trường hoạt động thông thường là các máy tính hoặc mạng máy tính Việc cảm nhận môi trường và tác động được thực hiện thông qua các lời gọi hệ thống Nói chung, tác tử có thể được thiết kế để hoạt động trong nhiều dạng môi trường khác nhau Một điểm cần chú ý là cảm nhận về môi trường cùa tác tử có thể không đầy đù do môi trường quá phức tạp hoặc có chứa các yếu tố không xác định Tính chất cùa các loại môi trường khác nhau sẽ được trình bày trong một phần sau

Một yêu cầu quan trọng đối với tác tử là tính tự chú Cũng như bản thân định nghĩa

tác tử, có nhiều cách hiểu khác nhau về tính tự chú Ờ đây, tính tự chù được hiểu như khả năng của tác từ hành động không cần đến sự can thiệp trực tiếp của người hay các tác tử khác: tác tử hoàn toàn có khả năng kiểm soát trạng thái cũng như hành vi của mình trong một thời gian tương đối dài Một số tác già định nghĩa tính tự chủ rộng hơn, chảng hạn yẽu cầu tác từ phải có khá năng tự học

Với các đặc điểm tồn tại và hành động tự chủ trong môi trường, tác từ có thể thực hiện các mục tiêu cho trước và do vậy có thay thế chù cùa mình (người dùng hoặc tác từ khác) thực hiện một số nhiệm vụ nào đó

Một số ví dụ tác tử Các đặc điểm nói trên tồn tại trong môi trường và tự chù có thể

tìm thấy trong rất nhiều hệ thống và do vậy những hệ thống này được coi là tác tử theo định

Tổng quan về tác tử 9

nghĩa trên Dưới đây là hai ví dụ tác từ phần cứng và phần mềm

• Các hệ thống điều khiển tự động.Các hệ thống này được đặt trong môi trường làm việc, có khà năng thu nhận trực tiếp thông tin môi trường qua các cảm biến, đồng thời có khả năng tác động lại môi trường khi các điều kiện bên ngoài thay đổi Ví dụ đơn giàn cho hệ thống điều khiển tự động là bộ điều nhiệt (của lò sưởi, điều hoà nhiệt độ) Hệ thống này có càm biển để đo nhiệt độ trực tiếp cùa môi trường Nếu nhiệt độ đo được cao hơn hoặc thấp hơn một số ngưỡng nào đó, hệ điều nhiệt sẽ tác động vào môi trường bằng cách bật (tắt) hệ thống làm nóng hoặc làm lạnh Các ví dụ khác phức tạp hơn cùa hệ thống điều khiển tự động có thể là hệ thống điều khiển tầu

vũ trụ hoặc nhà máy điện hạt nhân

■ Các service của Windows hoặc các daemon (tiến trình nền trong Unix, Linux)

Đây là các tiến trinh chạy trong chế độ nền, làm nhiệm vụ theo dõi một số thông số của hệ thống và thực hiện các tác động vào hệ thống Ví dụ, tiến trình quàn lý email

có thể theo dõi và nhận email, đồng thời hiển thị icon thông báo trong trường hợp có các email chưa đọc M ôi trường làm việc trong trường hợp này là môi trường phần mềm Thông tin được thu thập nhờ gọi một số hàm nào đó cùa hệ điều hành để đọc thông tin từ các cổng Tác động vào môi trường bao gồm việc thay đổi giao diện đồ họa (làm hiện ra icon) hoặc tạo ra âm thanh gây chú ý

Một số lượng lớn hệ thống tỉnh toán phù hợp với định nghĩa tác từ như ở phần trên

và do vậy có thể coi là tác từ Tuy nhiên, các nghiên cứu về tác tử thường quan tâm đặc biệt

tới tác từ thòng minh (intelligent agent), được định nghĩa như sau

Tác từ thòng minh là tác tử có khá năng hoạt động linh hoạt và mềm dẻo đế thực hiện mục tiêu dược giao.

So với tác tử nói chung, đặc điểm quan trọng của tác từ thông minh là tính linh hoạt Vậy tác tứ như thế nào thì được gọi là linh hoạt ? Tính linh hoạt cùa tác tử được xác định bởi ba đặc điềm sau:

■ Tính phàn xạ: tác từ có khà năng phàn xạ kịp thời với các thay đổi trong môi trường

mà tác từ cảm nhận được

10 Tác tử - Công nghệ phẩn mềm hướng tác từ

■ Tinh tự chú động (hành động có mục đích): không chi phản xạ, tác tử còn phải biết

chủ động tìm kiếm khá năng hành động hướng tới thực hiện mục tiêu được giao

■ Tinh cộng đồng-, tác tử có khà năng tương tác với người dùng hoặc các tác tử khác

để thực hiện nhiệm vụ của riêng mình hoặc để giúp đờ các đối tác

Ba đặc điểm này không phải mới đối với hệ phần mềm nếu xét riêng rẽ Trước hết,

nói đến tính chú động hoặc hành động có mục đích Bất cứ một hàm hoặc một chương trình

con (chảng hạn trên một ngôn ngữ bậc cao như c, Java) đều có thề coi như có tính chù động Cụ thể, mỗi hàm hoặc chương trình con nhận một số dữ liệu và một số điều kiện đầu vào nhất định Sau khi được gọi, chương trình con sẽ chù động thực hiện nhiệm vụ cùa mình: thực hiện tính toán để đưa ra kết quà cho dữ liệu đầu vào Đó chính là hành động có mục đích Nói rộng ra, tính chất này tiêu biếu cho các hệ thống chức năng Những hệ thống như vậy nhận nhiệm vụ đầu vào, thực hiện và cho kết quả đầu ra tương ứng với đầu vào đó Một đặc điểm cùa các hệ thống này là yêu cầu các điều kiện đầu vào cũng như nhiệm vụ đặt ra không thay đổi trong suốt thời gian hệ thống thực hiện

Trên thực tế, có nhiều môi trường không thoả mãn các yêu cầu bất biến về điều kiện

và mục tiêu nói trên Đó có thề là các môi trường có độ phức tạp cao, tác tử không có đầy

đù thông tin hoặc thông tin không chính xác về môi trường, có thể có sự hiện diện cùa nhiều tác tử khác, hoặc môi trường mang tính động, thay đổi theo thời gian dẫn đến thay đổi mục tiêu cùa tác tử Trong trường hợp đó, việc thực hiện một cách máy móc, không

quan tâm đến thay đổi từ môi trường là không hợp lý Khà nâng phàn xạ cùa tác tử trong

trường hợp này là cần thiết Nó thể hiện ờ việc đáp ứng các sự kiện dẫn đến thay đổi điều kiện hoặc mục tiêu hành động của tác tử

Tuy nhiên, việc xây dựng các chương trình chi thuần tuý phàn xạ cũng không khó và

không phải là mới Các chương trình xây dựng theo kiều hướng sự kiện đều có tính chất

này Xét ví dụ lập trình cho Windows Chương trình chù yếu bao gồm các hàm hay phương thức (method) xử lý sự kiện Mỗi khi xẩy ra sự kiện trong hệ thống như người dùng bấm chuột, có email mới.v.v hàm xử lý sự kiện tương ứng sẽ được gọi cho phép hệ thống có phản xạ thích họp với thay đổi đó vấn đề đạt ra là tác từ phải kết họp và cân bàng cả hai đặc điểm phản xạ và chù động ờ một mức độ thích hợp Nếu tác từ dành quá nhiều thời gian thực hiện hành động có mục đích cùa mình, tác tử sẽ không thể phàn xạ kịp khi môi

Có thể so sánh một tác tử có đầy đú ba đặc điểm nói trên với một cầu thù đá bóng Mục đích cùa cầu thù là cùng toàn đội đưa bóng vào lưới đối phương đồng thời ngăn không cho dối phương đưa bóng vào lưới mình Để đạt được mục tiêu này, cầu thù phải tìm mọi

cơ hội để đưa được bóng về gần lưới đối phương và sút Đây chính là thể hiện cùa tính chủ động hoặc hành động có đích, về mặt toán học, cầu thủ phái luôn đưa bóng hướng về phía cầu môn đổi phương Tuy nhiên, tuỳ tình huống trẽn sân, có khi, cầu thủ phải thay đồi mục tiêu tạm thời, cụ thể là chuyền ngang hoặc thậm chí chuyền về Khi đối phương vào bóng thô bạo thì mục tiêu trước mất có thể chưa phài là sút bóng mà trước hêt là giữ an toàn cho mình Đây là thể hiện rồ ràng cùa tính phàn xạ Cuối cùng, cầu thủ trên sân phải có tính cộng đồng, thể hiện ở việc phối hợp với đồng đội, tuân theo các chi dẫn cùa huấn luyện viên và trọng tài Có lỗ do có nhiều điểm tương tự giữa cầu thù bóng đá và tác từ mà trò chơi bóng đá đã được chọn làm tiêu chuẩn thi đấu giữa các đội bóng gồm toàn robot (tác tử cứng)2 Nhiều nghiên cứu về tác tử phần mềm cũng dựa trên việc mô phỏng trò chơi này

2 Các thông tin về cuộc thi này có thể xem tại URL: http://www.robocup.org

12 Tác từ - Công nghệ phần mềm hướng tác tứ

2.3 Các đặc điểm khác của tác tử

Ngoài các đặc điểm đã được nhắc tới ờ những định nghĩa trên và được coi là quan trọng nhất, tác tử có thể có thêm một hoặc một vài đặc điểm sau

Khả năng tự học: tự học hoặc học tự động là khả năng của tác tử thu thập các kiến

thức mới từ kinh nghiệm thu lượm được, chẳng hạn qua các lần thành công và thất bại Kết quả tự học phải làm cho tác tử hành động tốt hon, hiệu quả hơn

Tính thích nghi: thích nghi là khả năng của tác tử tồn tại và hoạt động hiệu quả khi

môi trường thay đổi Mặc dù có nhiều nét liên quan với tính phản xạ, khả năng thích nghi cùa tác tử khó thực hiện và đòi hỏi nhiều thay đổi trong quá trình suy diễn cùa tác tử hơn Tính thích nghi có thể thực nhờ khà năng tự học từ kinh nghiệm của tác tử

Khả năng di chuyến: là khả năng cùa tác từ (phần mềm) di chuyển giữa các máy

tính hoặc các nút khác nhau trong mạng đồng thời giừ nguyên trạng thái và khà năng hoạt động cùa mình Các tác tử có đặc điểm này được gọi là tác tử di động Việc thiết kế và cài đặt tác tử di động đạt ra các yêu cầu đặc biệt về vấn đề an ninh hệ thống Do có nhiều ứng dụng và các vấn đề đặc thù trong thiết kế và cài đạt, tác tứ di động sẽ được đề cập đến trong một chương riêng Trên thực tế, tác từ di động và tác từ thông minh thường được coi như hai hướng nghiên cứu riêng

2.4 So sánh tác tử và một sổ khái niệm khác

Để làm rõ khái niệm tác từ, cách tốt nhất là so sánh tác tử với một số khái niệm có

nhiều điểm tương tự Trong phần này, tác tử sẽ được so sánh với đối lượng trong công nghệ phần mềm và hệ chuyên gia trong trí tuệ nhân tạo.

2.4.! Tác tử và đối tuọng

Theo phương pháp lập trình hướng đối tượng, đối tượng (object) là các thực thé phần mềm có trạng thái riêng cùa mình, có khà năng hành động thông qua các hàm (C++) hoặc các phương thức (Java), có khả năng liên lạc với các đối tượng khác nhờ trao đối thông điệp hoặc gọi hàm trực tiếp Các đặc điểm này đều gặp ờ tác tử Do có sự tương tự

như vậy, nhiều người, khi mới xem qua định nghĩa tác tử, đã cho ràng đây chính là đối

tượng, hoặc ngược lại, đối tượng cũng có thể coi là tác tử

Tổng quan về tác tử 13

Mặc dù có các nhiều đặc điềm chung, tác từ và đối tượng (theo cách hiểu cùa lập trình hướng đối tượng) có một số điểm khác nhau căn bàn Điểm khác nhau quan trọng nhất

là mức độ tự chù của đối tượng và tác tử Một đối tượng thông thường bao gồm: (1) các

biến chứa trạng thái cùa đối tượng (2) các hàm quyết định hành động cùa đối tượng Bằng việc khai báo các biến dùng riêng (kiểu private trong C++ hoặc Java), đối tượng ngăn không cho các đối tượng khác truy cập trực tiếp vào trạng thái bẽn trong của mình và do vậy có khả năng tự chù (tự quản) về trạng thái Tuy nhiên, khi một số hàm cùa đối tượng được khai báo public (một đối tượng hoàn toàn là vô ích nếu không có các hàm kiểu này), thì các đối tượng khác có toàn quyền gọi các hàm này Việc gọi hàm tương đương với việc yêu cầu đối tượng thực hiện hành động tương ứng Như vậy, đối tượng không có khả năng

tự chú về hành vi Đối tượng phải thực hiện hành động khi các đối tượng khác yêu cầu.Khác với đối tượng, tính tự chủ của tác từ không chi là khả năng kiềm soát trạng thái bên trong mà còn là khà năng tự chủ trong hành vi cùa mình Tác tử chi thực hiện các hành động mà nó cho là cần thiết, chứ không hành động theo yêu cầu hoặc chi thị cùa tác tử khác Không thể bát buộc tác từ thực hiện một hành động như khi ta gọi hàm public cùa đối tượng mà chi có thể đề nghị tác từ thực hiện Tác tử có thể thực hiện đề nghị hoặc không tuỳ theo xét thấy cần thiết hay không cần thiết Như vậy, trong trường hợp đối tượng, quyền quyết định thuộc về đối tượng gọi hàm Ngược lại, trong trường hợp tác tử, quyền quyết định thuộc về tác từ được yêu cầu

Vậy có thể thêm cơ chế ra quyết định vào đối tượng để đối tượng tự chù về hành vi cùa mình hay không? Câu trả lời là có Tuy nhiên, theo định nghĩa của lập trình hướng đối tượng, các đối tượng thông thường không có cơ chế ra quyết định như vậy

Cũng theo định nghĩa về đối tượng, đối tượng không có khà năng hành dộng mềm dẻo (phản xạ, chù động, cộng đồng) như tác tử Đây chính là điểm khác nhau thứ hai giữa hai khái niệm này

Một đặc điểm quan trọng khác cho phép phân biệt tác tử với đối tượng là tác tử ở trong trạng thái tích cực và được dành dòng (thread) thực hiện riêng cùa mình Nói cách khác, tác tử được phân chia CPU để thực hiện công việc của mình như một tiến trình trong các hệ điều hành đa nhiệm Mặc dù một số ngôn ngữ (như Java) hoặc hệ điều hành cho

■ Khác với đối tượng, tác tử có các tính chất phàn xạ, tự chù và cộng đồne.

■ Trong hệ thống đa tác tử, mỗi tác từ đều có dòng (thread) thực hiện riêng cùa mình,

và do vậy luôn tích cực

2.4.2 Tác tử và hệ chuyên gia

Hệ chuyên gia từng là hướng nghiên cứu quan trọng của trí tuệ nhân tạo với một số ứng dụng thương mại thành công Hệ chuyên gia là hệ thống sử dụng kinh nghiệm và tri thức cùa chuyên gia trong một lĩnh vực hẹp đề cho ra kết quả dưới dạng chẩn đoán, quyết định, khuyến cáo có chất lượng tương đương với chất lượng chuyên gia tronc lĩnh vực đỏ Đặc điểm căn bàn cùa hệ chuyên gia là khá năng suy luận “ thông minh” nhờ sử dụng tri thức và các phương pháp suy diễn dựa trên tri thức Hệ chuyên gia đầu tiên và được biết đến nhiều nhất là M YC IN sừ dụng trong chẩn đoán một số bệnh

Như vậy, giống với tác tử, hệ chuyên gia có khả năng suy diễn linh hoạt và cho ra

những lời giải thông minh Tuy nhiên, khác với tác từ, hệ chuyên gia không ton tại trong môi trường và do vậy không có khả năng cảm nhận cũng như hành động để thay đói mòi

trường đó Cụ thể, hệ chuyên gia nhặn thông tin đầu vào không trực tiếp từ môi trường mà thông qua quá trình nhập liệu thực hiện bời con người Tương tự như vậy, hệ chuyên gia không có cơ quan tác động Lời giải được hiển thị cho người dùng và việc thực hiện hành

động do con người đàm nhận Như vậy, tác tử có khả năng hành động thông minh trong khi

hệ chuyên gia chi có khả năng suy luận thông minh.

Tác tử được xây dựng sao cho có khả năng tồn tại và hoạt động trong môi trương cụ thể Tính chất, đặc điểm cùa môi trường, cũng như quan hệ giữa tác từ và môi trường, do

Tổng quan về tác tử 15

vậy, ảnh hưởng nhiều đến việc thiết kế và nghiên cứu tác tử Trong tất cả các trường hợp, tương tác giữa tác từ và môi trường đều có chung một bàn chất: tác từ cảm nhận hay tri giác môi trường, sau đó thực hiện hành động trong mỏi trường

Môi trường có thề phân chia thành nhiều loại theo đặc điềm cùa mình Những đặc điểm này của môi trường ảnh hưởng trực tiếp đến việc xây dựng cơ chế ra quyết định bên trong cùa tác tử Russell và Norvig [Russell 1999] phân biệt môi trường theo những đặc điểm sau

» Có thể tiếp cận (đầy đù) và không the tiếp cận (đầy đủ) Môi trường được gọi là có thế tiếp cận (đầy đù) nếu tác từ có thế thu thập được đầy đù và chính xác thông tin

về trạng thái môi trường thông qua cơ quan cảm nhận của mình và không thể tiếp cận (đầy đù) trong trường họp ngược lại Môi trường được gọi là tiếp cận hiệu quà

nếu tác tử có thể cảm nhận đầy đù và chính xác thông tin liên quan đến hành động của mình M ôi trường có thể tiếp cận thuận lợi hơn cho việc ra quyết định cùa tác tử

do tác từ không cần lưu giừ thông tin về mỏi trường trong trạng thái bên trong cùa mình (xem phần kiến trúc tác tử) M ôi trường có thể tiếp cận đều là những môi trường khá đơn giàn Những không trường có độ phức tạp trung bình trớ lẻn (như Internet, thế giởi vật lý thực) đều là môi trường không thể tiếp cận đầy đù

■ Xác định và không xác định Nếu trạng thái tiếp theo cùa môi trường hoàn toàn xác

định bời trạng thái hiện tại và hành động cùa tác từ thì môi trường được gọi là xác định Nói cách khác, tác từ có thể biết chắc chân kết quà hành động cùa minh Trong trường hợp môi trường là không xác định, cùng một hành động cùa tác tử có thể cho những kết quả khác nhau, thậm chí là kết quả mà tác tử không mong muốn Tính không xác định cùa môi trường, do vậy có thể gây ra nhiều khó khăn cho việc thiết

kế tác tử

■ Có phán đoạn và không phán đoạn Trong môi trường có phân đoạn, hoạt động cùa

tác tử được chia theo thời gian thành từng đoạn riêng biệt, không phụ thuộc vào nhau Hiệu quà hành động trong từng đoạn chi phụ thuộc vào đoạn đó mà không phụ thuộc vào đoạn khác Môi trường có phân đoạn đơn giàn hơn không phân đoạn vì tác từ không cần quan tâm đến tác động đối với các đoạn sau Một ví dụ của môi

16 Tác tử - Công nghệ phần mềm hướng tác tử

trường có phân đoạn là môi trường cho tác tử phân loại email Mồi đoạn tương ứng với việc nhận và phân loại một email

■ Tĩnh và động Nếu môi trường có thề thay đổi trong khi tác tử đang suy tính (lựa

chọn kế hoạch và hành động) thì ta nói đó là môi trường động đối với tác tử M ỏi trường là tĩnh trong trường hợp ngược lại Đối với môi trường tĩnh, tác tử có thế tập trung cho quá trình suy tính và ra quyết định mà không cần quan đến môi trường, cũng như không cần quan tâm đến thời gian Môi trường tĩnh, do vậy, đơn giàn hơn môi trường động từ khía cạnh xây dựng tác tử

■ Rời rạc và liên tục Nếu số lượng cảm nhận và hành động cùa tác từ trong mòi

trường là hữu hạn và được xác định thì môi trường là rời rạc Ví dụ môi trường rời rạc là môi trường cho trò chơi cờ vua - mỗi người chi có một số lượng nước đi hữu hạn Môi trường trong trường hợp người lái xe là liên tục - vị trí, tốc độ xe và vị trí các xe khác được đo bàng nhừng đại lượng liên tục

M ôi trường với đặc điểm khác nhau đòi hỏi tác tử dược thiết kế thích ứng Trường hợp khó nhất là trường hợp môi trường với các đăc điểm không thể tiếp cận, không phân

đoạn, động và liên tục Đối với môi trường phức tạp, tính xác định không cỏ giá trị đáng kể

Trong thực tế, môi trường phức tạp luôn được coi là không xác định do không thể tận dụng được tính xác định cùa nó

Do ứng dụng ngày càng phức tạp, khả năng giãi quyết vấn đề của những tác tử riêng

lè không đáp ứng được yêu cầu đặt ra hoặc tác tử trở nên quá phức tạp Trong trường hợp

đó, hệ đa tác từ là giải pháp thích hợp Hệ đa tác tử là hệ thống bao gồm nhiều tác tứ có khà

năng tương tác với nhau Việc kết hợp nhiều tác tử cho phép tạo ra các hệ thống có những đặc điểm mà các tác tử xét riêng lè không có

Hệ đa tác tử như đối t trọng nghiên cứu của trí tuệ nhân tạo phân tán

Nghiên cứu về hệ đa tác tử có nguồn gốc từ một hướng nghiên cứu cùa trí tuệ nhản

tạo - trí tuệ nhân tạo phán tán Các hệ trí tuệ nhân tạo phân tán trước đây được chia làm hai loại : hệ g iá i quyết vắn đẻ phán tán và hệ đa tác tử Hệ giải quyết vấn đề phân tán bao gồm

Tổng quan về tác từ 17

một số môđun (hay nút) cùng hợp tác với nhau chia sẻ tri thức và nhiệm vụ để tạo ra lời giải Nhiệm vụ ban đầu được chia thành các phần việc con, phần việc con sau đó được giao cho môđun thành phần cùa hệ thống thực hiện Mỗi môđun thực hiện phần việc của minh đồng thời chia «•* với môđun khác tri thức cần thiết cho việc thực hiện công việc Kết quả thực hiên từng môđun sau đó được tổng hợp lại tạo ra lời giải chung Như vậy, giải quyết vấn đề phân tán quan tâm chù yếu tới việc phân rã bài toán, chia sẻ tri thức và tổng hợp kết quả Hệ thống loại này được thiết kế tập trung bởi một người hoặc một tổ chức với

cơ chế tương tác giữa các môđun được xác định từ trước như một phần cùa hệ thống Đặc

điếm quan trọng của giải quyết vấn đề phân tán là các môđun hợp tác với nhau một cách tự

nguyện, mục tiêu của toàn hệ thống là ưu tiên cao nhất

Hình 1.2 Hai thành phản của tri tuệ nhân tạo phản tán trvyèn thống.

Trong khi đó, hệ đa tác tử nghiên cứu hành vi của tâp hợp các tác tử làm việc cùng nhau để giải quyết một nhiệm vụ nào đó Tương tác giữa những tác tử này không biết trước

và chi xác định trong quá trình hệ thống hoạt động Tác tử trong các hệ thống có thể thuộc

về những cá nhân và tổ chức khác nhau với những mục tiêu mâu thuẫn Do vậy việc thiết

kế hệ thống không thể dựa trên đặc điểm hợp tác tự nguyện cùa tác tử như trong trường hợp

trên Quan hệ giữa tác tử chi là p h ổ i hợp chứ không nhất thiết là hợp tác Ngoài ra, nếu như giải quyết vấn đề phân tán được thiết kế theo kiểu trên - xuống, tức là quá trinh phân tích đi

từ tổng thể xuống những thành phần con, thì hệ tác tử trong nhiều trường hợp được xây

dừng theo mô-hlnh dưới - lên Các tác từ tự chù riêng lẻ được trang bị thêm cơ chế liên lạc,

thay đổi cơ chế suy diễn cho phép thực hiện phối hợp để tạo thành hệ đa tác tử

18 Tác từ - Công nghệ phần mềm hướng tác từ

Hiện nay, cả hai hướng nghiên cứu trên được gọi chung là hệ đa tác tử - các hệthống được hình thành từ những thành phần tự chú hoặc bán tự chù với khả năng tương tác

Hệ đa tác từ có các đặc điểm chính sau:

- Thông tin hoặc khả năng giải quyết vấn đề của từng tác tử là hạn chế, không đầy đủ

- Không có sự điều khiển tập trung cho toàn hệ thống

- Dữ liệu được phân tán trên những thành phần khác nhau cùa hệ thống

- Ọuá trình tính toán được thực hiện không đồng bộ

Những ưu điểm chính của hệ đa tác tử bao gồm:

■ Cho phép giải quyết các vấn đề quá phức tạp đối với từng tác tử riêng lẻ, ví dụ những bài toán đòi hỏi tài nguyên tính toán quá lớn, hoặc những vấn đề đòi hỏi phân tán để tránh tác nghẽn và tăng tính ổn định

■ Cho phép tích hợp các hệ thống, chương trình có sẵn Để có thể th ích ứng với sự phát triển công nghệ và yêu cầu thực tế, các hệ thống có sẵn cần được nâng cấp, thay đổi, cần có khả năng tích hợp với các hệ thống mới (có thể không tưcrng thích) Việc sửa đổi hoàn toàn các hệ thống cũ rất tốn kém hoặc thậm chí không thề thực hiện được Hệ đa tác từ cho phép tích hợp các hệ thống cũ bằng cách tạo ra các tác từ bao (wrapper) Các tác từ bàng cơ chế liên lạc cùa minh có thể đóng va.i trò giao diện, cầu nối, cho phép các hệ thống không tương thích tích hợp với nhau

• Cho phép mô hình hoá một cách tự nhiên và trực giác nhiều vấn đề có cấu trúc giống với hệ đa tác tử V í dụ, hệ thống đẩu giá trực tuyến có thể hlnh dung một cách tự nhiên như hệ thống đa tác từ, mỗi tác tử dại diện cho một người mua hoặc bán Một

ví dụ khác là hệ thống điều khiển không lưu với tác tứ là các máy bay và người diều khiển

■ Cho phép giải quyết các vấn đề trong đó thông tin hoặc/và tri thức CÓI tính phân tán Chảng hạn, hệ thống quàn lý sàn xuất bao gồm nhiều công đoạn V iệ c quản lý từng công đoạn đòi hỏi kiến thức riêng vệ công đoạn đó Thay vì tập hợp t r i thức vào một

cơ sở tri thức lớn, từng tác từ có thể sở hữu tri thức chi liên quan đến công đoạn cùamình

Tồng quan về tác tử 19

Các vấn đề liên quan đán hệ đa tác từ

Mặc dù có nhiều ưu điểm, việc thiết kế và cài đặt hệ đa tác tử đặt ra nhiều vấn đềcần giải quyết Các vấn đề thường được nhẳc đến, và cũng là mục đích các nghiên cứu liênquan đến hệ đa tác từ bao gồm:

( I ) Cách biểu diễn, phân rã bài toán, phân chia bài toán con tới các tác từ trong hệ thống cũng như tồng hợp kết quả thành phần

(2) Tổ chức tương tác, liên lạc giữa các tác từ Sử dụng giao thức liên lạc và ngôn ngữgiao tiếp nào, nội dung trao đổi là gì và thời gian liên lạc ra sao

(3) Trong khi từng tác từ ra quyết dịnh và hành động cục bộ vẫn phải đàm bào tính thống nhất, hiệu quà của cả hệ thống

(4) Để có thể hợp tác với nhau, mỗi tác từ phải có thông tin và hình dung nhất định về những tác từ khác

(5) Giải quyết các mâu thuẫn có thể có trong quá trình hoạt động cùa hệ thống

(6) Cân bằng giữa khối lượng tính toán cục bộ và phí tổn cho việc liên lạc giữa các tác

20 Tác tử - Công nghệ phần mềm hướng tác từ

nhau Trên hình 1.3 là một số khoa học hoặc lĩnh vực nghiên cứu liên quan và quan hệ với những đạc điểm của tác tử

5.1 T r í tuệ nhân tạo

Trí tuệ nhân tạo là lĩnh vực nghiên cứu có ảnh hường quan trọng nhất đến sự hình thành và phát triển cùa công nghệ tác tử Trên thực tế, tác tử thông minh được coi như một nhánh nghiên cứu cùa các hệ thống trí tuệ nhân tạo còn hệ đa tác từ là đối tượng nghiên cứu chủ yếu cùa trí tuệ nhân tạo phân tán

Hình 1.3 Tốc từ và các lĩnh vực nghiên cứu Hèn quan.

Khoa học về trí tuệ nhân tạo ra đời khoảng bốn thập kỷ trước với mục tiêu xây dựng những hệ thống tính toán với khả năng làm việc “ thông minh” Trong suốt thời gian tồn tặi

và phát triển của mình, mục tiêu nghiên cứu cũng như quan niệm về khoa học này có nhiều thay đổi, có những lúc không hoàn toàn phù hợp với khả năng khoa học công nghệ và thục

Tổng quan về tác từ 21

tế Một số thành công ban đầu trong việc xây dựng các chương trình tự động chơi trò chơi,

tự động chứng minh định lý, tự động suy diễn gây cảm giác có thể đạt được trí tuệ máy một cách dễ dàng Tuy nhiên, sau những thành công ban đầu, cộng đồng nghiên cứu trí tuệ nhân tạo dần dần nhận ra việc tạo cho máy tính khả năng thực hiện những việc vốn rất dễ với con người là không đơn giàn, thậm chí là không thể thực hiện được trong tương lai gần Nhiều niục tiêu đật ra cho trí tuệ nhân tạo trong thời kỳ đầu không thực hiện được Có thể nhớ lại một ví dụ thất bại trong việc chế tạo máy tính thế hệ 5, máy tính thông minh, cùa Nhật Bản

Mặc dù vậy, các nghiên cứu về trí tuệ nhân tạo có đóng góp rất lớn cho sự phát triển cùa khoa học máy tính nói chung Nhiều ý tường và kỹ thuật được sử dụng trong khoa học máy tính hôm nay đã từng bị coi như như viền vông khi lần đầu được nhắc đến trong khuôn khổ trí tuệ nhân tạo

Lịch sừ hơn 40 năm cùa trí tuệ nhân tạo có thề chia ra làm ba giai đoạn chính Trong giai đoạn đầu tiên, các nghiên cứu chú yếu tập trung vào những bài toán có cấu trúc và dược phát biểu một cách hình thức, rõ ràng Các bài toán này liên quan nhiều đến tư duy và

kỹ năng toán học như chứng minh định lý tự động, chơi trò chơi (cờ vua) Mục tiêu nghiên cứu là tạo ra máy tính với khả năng tư duy tổng quát, cho phép giải một lớp lớn các bài toán Các kỹ thuật được chú trọng đặc biệt là suy diễn và tìm kiếm

Giai đoạn tiếp theo bát đẩu từ việc nhận thức: phần lớn các hệ thống trí tuệ nhân tạo thành công đều là nhừng hệ thống tập trung giãi quyết những vấn đề riêng và tương đối hẹp Các hộ thống này đều chứa đựng rất nhiều tri tức đặc thù Việc sừ dụng các tri thức

dặc thù dẫn tới nhừng hệ thống trí tuệ nhân tạo thực tiễn, có giá trị thương mại: hệ chuyên gia Hệ chuyên gia được xây dựng và sứ dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau: y tế, hoá chất, thăm dò dịa chất.v.v Các kỹ thuật chù yếu sử dụng trong hệ chuyên gia bao gồm biểu diễn tri thức, suy diễn, kỹ nghệ tri thức (knowledge engineering) Ra đời những ngôn ngữ riêng nhằm biểu diễn và xử lý tri thức cho hệ chuyên gia như Lisp, Prolog, những máy tính riêng để chạy những ngôn ngữ này

Giai đoạn cuối cùng là giai đoạn cùa chúng ta hiện nay Từ cuối nhừng năm 80, mục tiêu nghiên cứu cùa trí tuệ nhân tạo là giãi quyết những vấn đề khó đối với máy tính như ngôn ngữ và thị giác máy, xử lý ngôn ngữ tự nhiên, kỹ thuật robot Một hướng nghiên cứu phát triển mạnh và có nhiều ứng dụng thương mại cùa trí tuệ nhân tạo là phát triển các kỹ

22 Tác tử - Công nghệ phẩn mềm hướng tác tử

thuật như mạng nơron nhân tạo, lôgic mờ, thuật toán di truyền cho khai phá tri thức, mô hỉnh hoá, điều khiển thích nghi, biểu diễn và suy diễn với thông tin không chắc chán.v.v Cũng trong giai đoạn này, sự phát triển cùa Internet và xử lý phân tán dẫn đến ý tường xây dựng tác tử

Tác từ, với khả năng hành động tự chù và thông minh, có khả năng hỗ trợ người sử dụng máy tính, chính là sự kết hợp cùa các kỹ thuật trí tuệ nhân tạo - suy diễn, tìm kiếm, biểu diễn tri thức, học tự động Mặt khác, nghiên cứu và xây dựng tác từ cũng chính là mục tiêu cùa trí trí tuệ nhân tạo hiện đại - xây dựng các hệ thống không chí có khả năng suy dien thông minh mà còn có khả năng hành động thông minh và tự chù

Tác tù có p h ả i là t r i tuệ nliân tạo thuần tuý không?

Có một số quan điểm cho rằng tác tử và hệ đa tác từ không phái là hướng nghiên

cứu mới, có mục đích và phương pháp nghiên cứu riêng, chàng qua đó chính là trí tuệ nhân tạo Những ý kiến này rất dễ được nhiều người chấp nhận do tác tử vốn có nguồn gốc từ trí tuệ nhân tạo và sử dụng rất nhiều kỹ thuật từ môn khoa học này Tuy nhiên, tác tử và hệ đa tác tử có một số đặc điểm riêng, cho phép phân biệt với trí tuệ nhân tạo nói chung

Thứ nhất, để xây dựng được hệ tác tư có giá trị sừ dụng thực tế, ta không cần giài quyết tất cả các vấn đề cùa trí tuệ nhân tạo “ Trí tuệ” trong trí tuệ nhân tạo bao gồm nhiều thành phần: suy diễn, nhận mẫu, hiểu và xử lý ngôn ngữ tự nhiên, tự học, tự thích nghi.v.v Mục đích nghiên cứu về tác tử là xây dựng những hệ thống có các tính chất đặc trưng cùa tác từ (tự chú, linh hoạt, cộng đồng) mà không cần sử dụng tất cả thành phần đó cùa trí tuệ nhân tạo V í dụ, hệ trí tuệ nhân tạo thường được trang bị cơ sở tri thức đầy đù và chuyên sau trong một số lĩnh vực, tác tử, ngược lại trong nhiều trường hợp được xây dựng không cần đến bất cứ một cơ sờ tri thức nào Một ví dụ tác từ như vậy là tác tử phàn xạ được trình bày ở chương sau Trên thực tế, kỹ thuật trí tuệ nhân tạo chiếm một tỷ lệ khá thấp trong số các kỹ thuật được sừ dụng để xây dựng các hệ thống tác tử được biết đến Như một tác giả

đã từng nhận xét “ tác từ bao gồm chín mươi chín phần trăm khoa học máy tính và một phần trăm trí tuệ nhân tạo”

Tổng quan về tác tử 23

Thứ hai, các hệ trí tuệ nhân tạo truyền thống thường có mục tiêu không thay đổi, cơ chế suy diễn được xây dựng sẵn để thực hiện mục tiêu này Ngược lại, để đạt được tính tự chú, mục tiêu cùa tác tứ có thề thay đổi tuỳ theo tình hình cụ thể cùa môi trường

Thứ ba, trí tuệ nhân tạo truyền thống không quan tâm đến khía cạnh xã hội hoặc cộng đồng của tác từ Trong thực tế, đây lại là yếu tố quan trọng, ảnh hưởng đến thay đổi về chất cùa hệ thống bao gồm các thực thể tự chù và thông minh

5.2 M ạng máy tính, Internet và intranet

Việc phát triển mạng máy tính nói chung và Internet nói riêng được coi là động lực quan trọng dẫn đến sự hình thành và sử dụng công nghệ tác tử Internet được hình thành như một mạng máy tính cho phép các máy tính trao đổi thông tin với nhau qua những khoảng cách xa Thành công cùa phiên bàn Internet đầu tiên đồng nghĩa với việc giao thức TCP/IP trở thành giao thức chuẩn cho các mạng diện rộng và quyết định sự phát triển nhanh chóng của Internet sau này Tiếp sau email và FTP, sự ra đời của giao thức HTTP, giao thức nền cho Web, biến Internet thành một hệ thống thông tin khổng lồ với hàng tỳ trang Web và nhiều dạng thông tin khác

Cùng với khả năng truy cập và sừ dụng lượng thông tin khổng lồ đó là một vấn đề không kém quan trọng: làm thế nào để khai thác và sứ dụng mạng thông tin hiệu quà Cách truy cập thông tin thông thường nhất là cách duyệt Web bàng trình duyệt rõ ràng không hiệu quả trong biền thông tin khổng lồ và đa dạng trên Internet

Thực tế đó đòi hòi phải có những công cụ giúp người dùng tim kiếm, định hướng, chảt lọc thông tin trên Internet một cách hiệu quả Các công cụ này cần có khả năng tự truy cập thông tin trên mạng, khả năng tự định hướng, khả năng đáp ứng nhu cầu thông tin cá nhân cùa người dùng Để hoàn thành công việc cùa mình, những công cụ này có thể phải hợp tác, liên lạc với những công cụ tương tự hoặc các thành phần khác cùa mạng Với các đặc điểm của mình, tác từ chính là giải pháp phù hợp để xây dựng những công cụ đó

Sự phát triển Internet cũng dẫn đến những thay đồi lớn trong hoạt động kinh doanh

và quản lý doanh nghiệp Internet trở thành nơi trao đổi thông tin, quảng cáo hàng hoá, tim đối tác khách hàng Các giao dịch cũng được thực hiện qua mạng, là cơ sỡ cho các mô hình kinh doanh B2B, B2C Do yêu cầu xử lý thông tin lớn, không phụ thuộc vào không gian

24 Tác tử - Công nghệ phần mềm hướng tác từ

thời gian cùa thương mại điện tử, tác tử có thể đóng vai trò hỗ trợ đẩc lực cho cá nhân và doanh nghiệp trong việc chắt lọc thông tin, đại diện cho các bên mua bán, giám sát giao dịch và các quá trình liên quan, quàn lý luồng thông tin nội bộ Cũng như những người trung gian, môi giới, đại diện (agent thực) cằn thiết cho hoạt động kinh doanh truyền thống, tác từ (agent nhân tạo) là công cụ hữu hiệu cho phép nâng cao hiệu quà kinh doanh điện tử

Tác tử có p liả i là các hệ thống phân tán và song song đơn thuần không?

Do khả năng hoạt động trong môi trường phân tán như những thực thể có trạng thái riêng, có dòng hoạt động riêng cùa tác từ, nhiều ý kiến cho rằng, tác từ không phái là khái niệm mới, hệ tác tữ cũng chi là hệ thống phân tán với các thành phần hoạt động song song hay đồng thời Quả thực, hệ tác tứ là hệ thống xừ lý phân tán với rất nhiều tính chất cùa hệ thống kiểu này Cùng như bất kỳ hệ thống phân tán nào, hệ tác tử sử dụng những kỹ thuật cho phép đồng bộ, tránh bế tắc (deadlock), trao đổi tin mức thấp v.v

Tuy nhiên, hệ tác tứ có nhiều đăc điểm và khá năng riêng mà hệ phân tán thông thường không có, do vậy đòi hòi phương pháp nghiên cứu và cách tiếp cận riêng Thứ nhất, khác với hệ phân tán thông thường, cơ chế phối hợp và đồng bộ cùa hệ tác tử không được xác định từ trước, quan hệ giữa các thành phần trong hệ thống chi được xác định trong thời gian chạy Hệ phân tán truyền thống không có đăc điếm này

Thứ hai, mỗi tác tử có thế có mục đích riêng, hoạt động vi lời ích riêng cùa mình Trong khi đó các thành phần cùa hệ phân tán thông thường dược thiết kế để cộng tác với nhau và có chung một mục tiểu Hệ tắc từ, do vậy cần cố phương pháp phối hợp, dòng bộ, giải quyết mâu thuẫn riêng, dựa trẽn thương lượng và một số cơ chế điều hoà khác

Mục đích chính của công nghệ phần mềm là nghiên cứu kỹ thuật và quy trình phân tích thiết kế cũng như sản xuất phần mềm sao cho giảm thời gian và giá thành dồng thời tăng chất lượng sản phẩm Một trong nhừng nhiệm vụ quan trọng cùa công nghệ phần mềm

là dơn giản hoá việc phân tích thiết kế và xáy dựng những phần mềm phức tạp Phương pháp chủ yếu để giàm tính phức tạp cùa phần mềm là trừu tượng hoá và môđun hoá Kết quà cùa việc sử dụng hai phương pháp này dẫn đến phương pháp phát triển phần mềm

hướng đối tượng.

Tổng quan về tác từ 25

Sự phát triển của công nghệ phần mềm cho phép hiếu sâu săc hơn về các hệ thống phần mềm phức tạp Kết quả nghiên cứu trong lĩnh vực này cho thấy yếu tố có ành hưởng

lớn nhất đến sự phức tạp của phần mềm chính là quan hệ lương tác giữa các phần khác

nhau trong hệ thống Những phần mềm có kiến trúc bao gồm nhiều thành phần động, mỗi thành phần có dòng (thread) thực hiện riêng, tương tác với nhau theo những quy trình phức tạp bao giờ cũng có độ phức tạp lớn hơn nhiều so với những phần mềm chức năng bao gồm đầu vào, đầu ra và một dòng thực hiện duy nhất

Trên thực tế, đa số ứng dụng phần mềm đều là những hệ thống có sự tương tác giữa các thành phần Công nghệ phần mềm trong gần hai thập kỳ qua, do vậy, đã tập trung rất nhiều vào việc nghiên cứu phát triển kỹ thuật và công cụ cho phép mô hình hoá và cài đặt những hệ thống với đặc điếm này

Trong hoàn cảnh như vậy, khái niệm tác tử - nhừng thực thể phần mềm với khả năng hành động tự chù và khả năng tương tác - có thể rất có ích cho công nghệ phần mềm Thay

vì coi phần mềm như hệ thống bao gồm các phần tứ thụ động, mỗi phần tử có trạng thái riêng cùa mình, và thực hiện các thao tác với các phần từ đó, ta có thể coi phần mềm như hệ

thống được tạo thành từ những phần từ (bán) tự chù có khả năng tương tác với nhau Nói

cách khác, thay vì sừ dụng đối tượng làm khái niệm chính để thực hiện trừu tượng và mô đun hoá các hệ thống phần mềm, hệ thống phần mềm sỗ được trừu tượng hoá như hệ đa tác tử

Ilệ thống trong đó tác từ được sir dụng như khái niệm trừu tượng chính được gọi là

hệ dựa tác từ (aeent-based system), cần lưu ý ràng khái niệm tác tử ờ đày có thề chi sử

dụng khi phân tích và thiết kế hệ thống, hệ dựa tác tử không nhất thiết phái được cài đặt dưới dạng các tác tử thực sự Trong các chương sau của sách, thuật ngữ “ hệ tác tử” được dùng cho nhừng hệ thống được cài đặt dưới dạng những tác từ thực sự

Phương pháp phản tích thiết kế phần mềm trong đó tác tử được sừ dụng như khái

niệm trừu tượng chính được gọi là phương pháp phán tích thiết kể hướng tác tứ (agent- oriented analysis and design) Như đã biết, trừu tượng hoá là bò qua các chi tiết phụ và chi

quan tâm đến nhừng chi tiết cốt lồi, quan trọng nhất Ví dụ, khi phân tích thiết kế hướng đổi tượng, ta chi quan tâm xem hệ thống bao gồm các đối tượng nào, các đối tượng tương tác với nhau ra sao Trong trường hợp đơn giản nhất, hệ dựa tác tử có thể chi gồm một tác từ

26 Tác tử - Công nghệ phần mềm hướng tác tù’

duy nhất, nhưng nói chung, các hệ thực tế thường là ứng dụng cùa hệ đa tác từ Khái niệm tác tử cho phép thực hiện trừu tượng hoá ớ mức cao hơn so với đối tượng Nếu hệ tác từ được cài đặt bàng một ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng thì mỗi tác từ thông thưởng được tạo thành từ nhiều nhiều đối tượng

Cũng như khi nói tới bất kỳ một công nghệ nào khác, những câu hòi được đặt ra là vậy công nghệ đó có ưu điểm gì so với những công nghệ khác, tại sao phải sứ dụng cóng nghệ, khi nào nên và khi nào không nên dùng ? Thông thường, một cône nghệ mới được coi là hữu dụng nếu công nghệ đó đáp ứng được ít nhất một trong hai tiêu chí sau: (1) cho phép giải quyết những vấn đề mà những công nghệ đang tồn tại không giải quyết được hoặc cho những giải pháp quá tốn kém; (2) cung cấp giải pháp hiệu quả hơn đối với những vấn

đề đã được giải quyết bởi các công nghệ khác

Hệ thống thông tin có thể có mức độ phức tạp khác nhau Từ quan điểm thiết kế và cài đạt, các hệ thống kiều chức năng là trường hợp đơn giàn nhất Tuy nhiên, rất nhiều hệ thống thông tin hiện đại không thuộc loại này và có độ phức tạp cao hơn nhiều Sự phức tạp

ở đây là kết quả của một số yểu tố: (1) tính mở của hệ thống; (2) cấu trúc phức tạp; (3) yêu cầu hướng người dùng Trong các hệ thống có tính mở, thành phần và cấu trúc hệ thống không được biết trước và có thể thay đổi trong quá trình hoạt động Ví dụ cùa hệ thống loại này là Internet Hệ thống có cấu trúc phức tạp là hệ thống bao gồm nhiều thành phần với

nhiều kiểu quan hệ khác nhau giữa các thành phằn, đòi hòi pliài có cách thiết kế và cài dạt

cho phép giảm độ phức tạp đó Hướng người dùng là yêu cầu hệ thống thích nghi với người

sử dụng, phàn xạ kịp thời cũng như chủ động thoà măn yêu cầu cá nhân của từng đối tượng

sừ dụng

Tác tử và hệ đa tác tử là giài pháp phụ hợp cho hệ thống với những đặc điểm nói trên Cụ thể, tác tử và hệ tác tử có thể cho giải pháp đơn giàn, hiệu quả trong những trường hợp sau:

■ Hệ thống có cấu trúc phức tạp, có thể phân tích thành những thành phần tự chú hoặcbán tự chủ tương tác với nhau

■ Dữ liệu, thông tin, tri thức có tính phân tán và phí tổn để chuyển đổi thành dạng tập

Tổng quan về tác tử 27

trung là tương đối lớn hoặc việc chuyền đổi rất khó khăn

■ Việc thiết kế hoặc xử lý tập trung làm giảm độ tin cậy hoặc tính ổn định của hệ thống

■ Yêu cầu sứ dụng lại và tích hợp vào hệ thống những phần mềm đã có sẵn, có thể không tưong thích với nhau

Tuy nhiên, cần xem xét kỹ việc lựa chọn tác tử kể cả cho trường hợp thoả mãn những điều kiện này Đa số các ứng dụng có sứ dụng tác từ hiện nay đều có thể được xây dựng với các công nghệ khác Việc một ứng dụng có bén đặc điểm như vừa nêu trên không

có nghĩa tác từ là giái pháp đầu tiên và duy nhất cho ứng dụng đó Giãi pháp tác từ chi nên xem xét như một trong những giãi pháp có thể sử dụng trong những trường hợp như vậy Bên cạnh đó, khi lựa chọn giái pháp sừ dụng tác tứ cần chú ý tới những nhược điểm của giải pháp này Cụ thể, tác tứ và hệ đa tác tử không thích hợp khi ứng dụng trong các trường hợp sau

■ Thứ nhất, trong hệ thống thời gian thực hoặc hệ thống trong đó thời gian đáp ứng có

ý nehĩa quan trọníỉ Nói chung, thời gian đáp ứng của hệ tác tử là rất khó xác định trước

• Thứ hai, trong những trường hợp cần có sự điều khiển tập trung và thống nhất, cũng như yêu cầu thoả mãn những ràng buộc chung và tìm giải pháp tối ưu tổng thể Do từng tác từ chỉ có cái nhìn không toàn diện về vấn đề cần giải quyết hoặc một phần tri thức, giải pháp cùa hệ tác từ thường chi là giãi pháp tối ưu cục bộ

• Thứ ba, trong những trường hợp yêu cầu mức độ trách nhiệm cao đối với quyết định

và hành động Sứ dụng tác tứ trong trường hợp này đòi hòi người (hoặc tổ chức) có

độ tin tưởng cao đối với tác từ và dám uỷ thác cho tác tử hành động tự chủ Để có mức độ tin tưởng cần thiết, người sử dụng cần có thời gian theo dõi và làm việc với tác từ đề đảm bào tác tử không vượt quá giới hạn quyền hạn của mình

Có rất nhiều ứng dụng thành công của tác tử và hệ tác từ trong thực tế Các ứng dụng này phong phú về số lượng đồng thời đa dạng về chùng loại Dưới đây, chúng ta sẽ xem xét một số ứng dụng Những ứng dụng được xem xét là những ứng dụng tiêu biểu thể

28 Tác tử - Công nghệ phần mềm hướng tác tử

hiện được ưu điểm cùa giải pháp sứ dụng tác tử được lựa chọn từ những miền ứng dụng khác nhau

7.1 ứng dụng trong quản lý sản xuất

Một ứng dụng tiêu biếu sử dụng tác tử trong quàn lý sàn xuất là hệ thống YA M S [Parunak] Bài toán quản lý sàn xuất có thề mô tá như sau Xưởng sàn xuất hinh thành từ các phân xưởng Mỗi phân xưởng bao gồm nhiều vị trí làm việc (cồ máy, từng công nhàn riêng lẻ) Các vị trí làm việc trng phân xướng tạo thành hệ thống sàn xuất mềm cho phép thực hiện trọn vẹn từng công đoạn như sơn, dập, lấp ráp v.v Nhiệm vụ cùa YAM S là quàn

lý hiệu quả quá trình sản xuất tại những xí nghiệp như vậy Quá trình sàn xuất được đặc trưng bời nhiều tham số thay đổi như dạng và số lượng sán phám, giới hạn thời gian, khả năng cùa máy móc Để đồng bộ và quàn lý quá trình phức tạp như vậy, YA M S được xây dựng dưới dạng các tác từ cộng tác Mỗi xưởng và thành phần cùa xướng được biéu diễn bởi một tác từ Từng tác tử có kế hoạch và khả năng cùa mình Từ tác từ mức trên, công việc được phân chia xuống tác tữ phân xưởng và xuống tới từng vị trí công việc tuỳ thuộc vào khả năng Kết quà thực hiện được báo cáo cho tác tử mức trên để giám sát và có điều chinh nếu cần

Hệ tác tử còn được sứ dụng trong lập kế hoạch sản xuất, hỗ trợ thiết kế sản phẩm, quàn lý robot công nghiệp

7.2 Tác tử quản lý quá trình và luồng công việc (workflow)

Nhiệm vụ cùa hệ thống quản lý quá trình và luồng công việc là đàm báo các phần việc khác nhau cúa một quá trình được thực hiện bới những nhân viên hoặc bộ phận thích hợp vào thời gian cần thiết Ọuá trình ở dây có thề là quá trinh xử lý hồ sơ, quá trình cung tiêu nguyên liệu và sàn phẩm Trong giải pháp sử dụng tác từ, mỗi nhân viên hay bộ phận tương ứng với một tác từ Để thực hiện công việc cùa mình, tác từ thương lượng với nhau

về công việc, yêu cầu và điều kiện thực hiện Ví dụ tiêu biểu của hệ thống thuộc loại này là ADEPT [Jennings 1999] ADEPT là hệ đa tác tứ được xây dựng cho British Telecom (BT) Nhiệm vụ của hệ thống như sau Mồi khi khách hàng yêu cầu cung cấp dịch vụ viễn thông, một loạt bộ phận cùa hãng phải tham gia đánh giá để dưa ra mức giá cho dịch vụ yêu cầu ADEPT mô hình hoá các bộ phận và nhân viên như nhừng tác từ cung cấp dịch vụ đánh

Tổng quan về tác từ 29

giá Để giái quyết công việc của mình, tác tử thương lượng với tác từ khác đế nhận được dịch vụ (đánh giá) do các tác tứ này cung cấp Kết quà thương lượng bao gồm thời gian thực hiện, chất lượng dịch vụ và giá thành của dịch vụ

7.3 Tác tử thu thập và quản lý thông tin

Tác tứ thuộc loại nàv được sừ dụng chù yếu để giải quyết vấn đề dư thừa thông tin, đặc biệt là thông tin trên Internet Do lượng thông tin trên Internet quá lớn và ngày càng tăng lên, người sử dụng thông tin gập khó khăn trong hai vấn đề sau

Lọc thông tin: Hàng ngày mỗi người phái nhận và xử lý lượng lớn thông tin dưới dạng

thư điện từ, tin nhán, các báo điện từ, trong đó chi một phần có nội dung đáng quan tâm Việc lọc ra thông tin cần thiết đòi hỏi thời gian và công sức

Thu thập thông tin: Khi có nhu cầu thông tin cụ thể, người sử dụng khó tim được thông

tin minh cần do lượng thông tin trên mạng quá lớn

Tác từ thông tin là những tác từ được xây dựng dề giải quyết hai vấn đề này Dưới đây là một số hệ thống tác từ thông tin tiêu biểu

Tác tử thông tin cá nhân M AXIM S [Maes 1994] là tác tứ có nhiệm vụ lọc và phân loại thư điện tử Tác tử này có khà năng thực hiện các thao tác gán giá trị ưu tiên, xoá, chuyển tiếp thư, sấp xếp và lưu trữ thư điện từ Điếm đạc biệt là M A X IM S có khà năng tự học cách xử lý thư bàng cách quan sát hành vi của người sừ dụng Trong giai đoạn đầu, tác

tứ ghi lại hành động cùa người sử dụng và thông tin về thư như người gửi, người nhận, tiêu

đề thư và từ khoá Những thông tin này sau đó dược sử dụng để dự đoán hành động khi có thư mới tới Nếu hành động được dự đoán với độ chính xác cao thì tác từ sỗ gợi ý cho người sử dụng hoặc tự động thi hành luôn

Hệ quản lý vốn đầu tư WARREN [Xem jennings 142] là hệ đa tác tử cho phép kết hợp lọc và thu thập thông tin Các tác tử của hệ thống tự dộng theo dõi thông tin trên Internet từ thị trường chứng khoán, thông tin tài chính, báo cáo tình hình công ty để phục

vụ cho việc tăng lợi nhuận đầu tư cùa người sử dụng Tác tử của hệ thống có khả năng phát hiện và cảnh báo người dùng về những sự kiện đáng chú ý trên thị trường tài chinh chứngkhoán

30 Tác tử - Công nghệ phần mềm hướng tác tử

7.4 Tác tử phục vụ thương mại điện tử

Quá trình giao dịch thương mại thường bao gồm một số khâu nhất định Đề giảm thời gian, tăng hiệu quả thưomg mại, một số khâu có thể tự động hoá bàng cách giao quyền

ra quyết định cho tác tử Tác tử thương mại điện từ hiện nay có thể chia thành một số dạng như sau

Tác tù mua hàng bằng cách so sánh (comparison shopping agents) Đây là dạng tác

tử thương mại điện tử đơn giàn nhất Tác từ loại này nhận yêu cầu mua một hàng hoá cụ thể nào đó từ người sử dụng, sau đó tự động thu thập thông tin từ các địa chi bán hàng trực tuyến Trên cơ sờ so sánh thông tin thu được, tác từ sẽ trả về cho người sừ dụng địa chi mua hàng có lợi nhất Tác từ loại này hoạt động hiệu quả đối với những mặt hàng tiêu chuẩn như

đồ điện tử, đĩa CD, sách, trong đó tiêu chuẩn cần quan tâm duy nhất là giá cả

Chợ điện từ và tác từ đau giá Trong hệ thống loại này, tác tử đại diện cho người

bán và người mua Tác tử tự động tìm ra đối tác thích hợp, sau đó thoã thuận điều kiện mua bán hàng hoá thay cho chủ của mình Ví dụ chợ điện tử tiêu biểu là hệ thống Kasbah [Chavez and Maes 1996] Một dạng đặc biệt cùa tác từ loại này là tác tử có khả năng tham gia đấu giá trực tuyến thay mặt người sứ dụng

7.5 Tác tử giao diện

Thông thường trong tương tác giữa người sử dụng và máy tính, giao diện máy tính đóng vai trò thụ động và chi phàn xạ khi có yêu cầu từ người dùng Ví dụ, MS-Word chi thực hiện một thao tác nào đó khi người sử dụng chọn một mục menu hay nháy chuột và biểu tượng tương ứng Tác tử giao diện cho phép thay đổi phương pháp giao tiếp này bằng cách làm cho máy tính trở nên chủ động Căn cứ vào hành động cùa người sử dụng, tác tử giao diện có thể chủ động thực hiện một số thao tác hay đưa ra những gợi ý úng dụng phổ biến nhất cùa tác từ giao diện là tác từ Office Assistant được cung cấp cùng bộ Microsoft Office

7.6 Trò chơi sử dụng tác tử

Tác từ đóng vai trò các nhân vật khác nhau cùa trò chơi có khả năng tự chơi với nhau hoặc chơi với người sử dụng

CHƯƠNG 2

Tác tử thông minh

Có thể xem xét tác tử từ hai góc độ: (1) như một thực thể tự chủ với cơ chể suy

diễn quyết định riêng; (2) như một thầnh viên trong cộng đồng tác tử với các mối quan hệ,

tưong tác với thành viên khác Trong chương này, chủng ta sỗ xem xét tác tử như một thực thể riêng Các vấn đề liên quan đến kiến trúc và tương tác trong hệ đa tác tử sẽ được trình bày trong những chương sau Trước hết, kiến trúc tác từ được xem xét ờ mức độ trừu tượng cao Sau đó, một số kiến trúc cụ thề của tác tử có tính ứng dụng sẽ được trình bày và phân

tích.

Ở mức độ tồng quát, tác tử có kiến trúc như minh họa trên hlnh 2.1 Tác tử nhận thông tin từ môi trường (bao gồm cả thông tin từ tác tử khác) thông qua cơ quan cảm nhận

\'b ír có cơ chế ra quyết định, tác từ lựa chọn hành động cần thực hiện Quá trinh ra quyết

32 Tác từ - Công nghệ phần mềm hướng tác từ

định có thể sừ dụng thông tin về trạng thái bên trong cùa tác từ Trong trường hợp đỏ, tác từ lưu trừ trạng thái dưới dạng những cấu trúc dữ liệu riêng Hành động do cơ chế ra quyết định lựa chọn sau đó được tác tử thực hiện thông qua cơ qua tác động

Hình 2.1 Kiến trúc tác từ.

Cơ chế suy diễn có thể thay đổi cho từng kiểu kiến trúc cụ thể và ành hường tới những thành phần khác Chảng hạn có thế có kiến trúc trong đó quá trình suy diễn không Sừ dụng tới trạng thái bên trong và do vậy tác tử không cần lưu giữ các thông tin này Đối với những tác tử có thêm khả năng khác như học tự động, kiến trúc tác tử có thể có thcm thành phần riêng để thực hiện các chức năng này

2.1 Cảm nhận

Cơ chế càm nhận cho phép tác từ biết được những gi đang diễn ra xung quanh, từ

đó ra quyết định và hành động phù hợp Đối vởi người và động vật, quá trình cảm nhận được thực hiện nhờ những giác quan Đối với tác tử phần cứng (ví dụ robot) cơ quan cảm nhận là các cảm biến, camera hoặc các thiết bị đo khác Trong trường hợp tác tử phần mềm, quá trình cảm nhận có thể diễn ra một cách chủ động bàng cách trao đổi thông điệp với các tác tử khác hoặc thụ động thông qua nhận và xử lý các sự kiện hoặc thông điệp do hệ điều hành gửi tới

M ột yêu cầu quan trọng đối với cơ chế cảm nhận cùa tác tử là khả nãng lọc những

Tác tử thông minh 33

thông tin có ích và liên quan trực tiếp tới tác từ Chảng hạn, đối với tác từ giao diện quen thuộc trong các chương trình của Microsoft office - Office assistant - các sự kiện về di chuyển chuột cùa người dùng thường không quan trọng và có giá trị như việc nháy chuột dúp Đối với tác từ trong các ứng dụng lọc thư điện từ hoặc tin tức, các sự kiện cần cảm nhận bao gồm sự xuất hiện cùa thư mới, mức độ sãn sàng đọc thư của người dùng (người dùng đang bận hay không)

Quá trình cảm nhận có thế mô tà một cách hình thức như sau Gọi p là tập các

hình dung cùa tác tử về trạng thái môi trường Chức năng cảm nhận của tác tử có thể coi như một hàm:

c à m _ n h ậ n : s -> p

cho phép ánh xạ từ trạng thái môi trường vào hình dung cùa tác tử về môi trường

M ột đặc điểm cùa hàm cảm nhận là hình dung về môi trường mà tác tử nhận được

có thể không đầy đủ Bên cạnh đó, nhiều trạng thái khác nhau cùa môi trường có thể được

cảm nhận giống nhau Giả sừ.?! e s và s2e s là hai trạng thái môi trường khác nhau (Ji * s2)

sao cho cám nhận(si) = càm_nhận(s 2 ) Khi đó hai trạng thái môi trường khác nhau được

ánh xạ thành cùng một hình dung cùa tác từ Nói cách khác, tác tử có cùng cảm nhận về những trạng thái môi trường khác nhau Có thể minh họa đặc điểm này cùa quá trình cảm nhận thông qua ví dụ sau Xét một tác từ làm nhiệm vụ quàn lý thư điện tử Già sử ta có hai quan sát như sau:

s = (<x , y>,<-! X , y>,<x y>,<- x,-> y>} = {si,s2,S3,s4}

Trong đó X có nghĩa là sự kiện X xảy ra (có thư mới) và -iX có nghTa là sự kiện X

không xẩy ra (không có thư mới) Ký hiệu tương tự cho y Như vậy, trạng thái í | là trạng thái có thư mới và máy tính có trang bị camera, s2 là trạng thái không có thư mới và máy

34 Tác tử - Công nghệ phần mềm hướng tác tù»

tính có camera

Giả sử tác tử lọc mail chi quan tâm tới sự kiện liên quan đến email và do vậy chi thực hiện được quan sát X Các trạng thái trong đó chi có giá trị cùa V khác nhau được coi là như nhau đối với tác từ Gọi pI và p 2là hai cảm nhận của tác tử cho hai trường hợp cỏ thư mới và không có thư mới Hàm cảm nhận khi đó sẽ có dạng sau:

( P \ nếu í = í | hoặc s = í 3

p 2nếu s = s2hoặc s = s4

Trong trường hợp đó ta ký hiệu Sị m í 3 và s2 — J 4 Đối với tác từ , J | và s 3 là tương đương, s2và 5 4 là tương đương Toàn thể các trạng thái của môi trường khi đó được chia thành các nhóm trạng thái, trạng thái trong mồi nhóm dược coi là tương đối với tác từ Ký hiệu số nhóm tương đương như vậy là |s|, số trạng thái cùa môi trường là |S| Ta có |s| = |S| khi tác từ có thể cảm nhận được tất cả các trạng thái cùa môi trường Ngược lại, nếu 1=1 = I tất cả các trạng thái cùa môi trường đối với tác từ là như nhau

tử hoặc thực hiện một số lời gọi hệ thống (gọi một số hàm cùa hệ điều hành)

3.1 Mỏ hlnh chung

Một cách tổng quát, quá trình ra quyết định cùa tác tử có thể mô tả như sau Già sú thời gian được phân chia thành những thời điểm rời rạc Tại mỗi thời điểm, tác tủphải lựa chọn một hành động từ tập hợp hữu hạn các hành động Nhờ cơ quan càm nhận, tác tử thu được những cồm nhận về môi trường Giả sử tại thời điểm cảm nhận cửa

Tác từ thông minh 35

tác từ về môi trường lần lượt là p ữ, P \ , p2 - , v ớ i p € p , p là tập các càm nhận có thể có

cùa tác tử Tại mỗi thời điểm ti , tất cả những gì tác từ cảm nhận về môi trường cho tới thời điểm đó là chuỗi các càm nhận s, =< Po,/?, ,/?, >

Giả sử tác từ có thể thực hiện một số hành động nhất định Gọi tập hợp các hành

động mà tác tử có thể thực hiện \ầ A = {a,a', }

Tại mỗi thời điểm í , , tác tứ có thề lựa chọn hành động a, € A để thực hiện Tác tử

lựa chợn hành động cụ thể tuỳ thuộc vào chuỗi cảm nhận J, tại thời điềm đó Như vậy, mỗi tác từ được đặc trưng bởi một ánh xạ từ chuồi càm nhận sang hành động

T ác_ c ủ : S -> A

Nói cách khác, bàng cách chi rõ hành động mà tác tử thực hiện với mỗi chuỗi cảm

nhận, ta có thể xác định cơ chế ra quyết định cho một tác từ cụ thể Ánh xạ 5 -> A có thể

cho bằng nhiều cách Cách đơn giản nhất là xây dựng một bàng liệt kê tất cả những chuỗi cam nhận có thể và hành động tương ứng Tuy nhiên, trong đa số trường hợp, kích thước cùa bàng rất lớn (lớn vô hạn) do số lượng chuồi cảm nhận là vô hạn trừ khi ta hạn chế độ díti của chuỗi đó, chẳng hạn bằng cách giới hạn độ dài vòng đời của tác từ Do vậy phương pháp liệt kê bảng hành động là không thực tế do đòi hòi quá nhiều bộ nhớ và thời gian tìm kiếnt trong bàng

Hạn chế nói trên đòi hòi phái có những phương pháp xây dựng hàm ra quyết định khác Có thể sừ dụng quan hệ hàm toán học để biểu diễn ánh xạ trên Trong trường hợp níty, biểu diễn ánh xạ s -► A sẽ gọn hơn rất nhiều Trong những phần sau, ta sẽ làm quen với một số cơ chế ra quyết định đơn giàn hơn dựa trên chuỗi cảm nhận cùa tác tử

3.2 Tác tử phản xạ

Trong nhiều trường hợp, tác tử có thể lựa chọn hành động dựa trên cảm nhặn hiện thời mà không cần quan tâm đến chuỗi cám nhận trước đó Bộ điều nhiệt đơn giản là một tác tử như vậy Dựa trên nhiệt độ đo được tại mỗi thời điếm, trạng thái môi trường được chia thành “ nóng" hoặc “ bình thường" Bộ điều nhiệt quyết định bật lò sưởi nếu nhiệt độ là

“ nóng” và tát lò sưởi nều ngược lại Quyết định này căn cứ trên nhiệt độ hiện thời và không

36 Tác tử - Công nghệ phần mềm hướng tác tử

phụ thuộc vào những thời điểm trước Hành động của tác tử là phàn ứng đối với trạng thái hiện tại cùa môi trường

Tác từ có hành động chi phụ thuộc vào cảm nhận hiện tại và không phụ thuộc vào

càm nhận trong quá khứ gọi là tác tứ phàn xạ (reactive agent hay refỉex agent).

Đối với tác tử phản xạ, ánh xạ s -> Atrở thành ánh xạ từ tập càm nhận vào tập hành động:

Tác_ t ủ : p -> A

Ánh xạ này có thể xác định bởi các quy tắc có dạng “ cảm nhận/hành động” , hay

thường được viết dưới dạng “ nếu cảm nhận p thì hành động a" Hình 2.2 là kiến trúc của

Tác từ thông minh 37

Tác tử phản xạ đặc biệt phù hợp với những môi trường trong đó trạng thái tại thời

điểm t, cung cấp đầy đù thông tin cho tác tứ về toàn bộ trạng thái quá khứ trước thời điếm

M ôi trường như vậy được gọi là môi trường Markov M ôi trường Markov cho phép đom

giản hoá rất nhiều việc ra quyết định của tác từ

3.3 Tác tứ có trạng thái

Trong rất nhiều trường hợp, cảm nhận hiện thời là chưa đù để tác từ ra quyết định phải hành động thế nào Lấy ví dụ một tác từ lái xe Trước khi rẽ, tác từ phải chấc chắn hai diều: thứ nhất, không rẽ vào đường cấm, và thứ hai, đường rẽ không bị xe hoặc người đi bộ càn trở Như vậy, khi quan sát thấy không có người đi bộ càn trở (cảm nhận hiện thời) và quyết định rỗ, lái xe đã dựa vào thông tin có dược từ trước đó (thông qua biển báo hoặc kinh nghiệm từ những lần rẽ trước) là đường rẽ không phải đường cấm M ột trong những lý

do khiến cảm nhận hiện thời không đù để quyết định hành động là do tại mỗi thời điểm cơ quan cảm nhận không thể cung cấp đù toàn bộ thông tin về môi trường xung quanh Đe có hình dung toàn thể về môi trường, tác từ phài sử dụng thông tin từ những cảm nhận trước

đó Thông tin này cho phép phân biệt nhừng trạng thái môi trường khác nhau nhưng lại sinh

ra cùng một cám nhận ờ thời điểm hiện tại

Tác tử có thé ghi lại thông tin về môi trường bằng cách lưu lại chuỗi các cảm nhận cho tới thời điểm hiện tại Tuy nhiên, nếu chuỗi cảm nhận dài thì việc lưu lại là không hiệu

quà Thay vào đó, tác từ duy trì một cấu trúc thông tin gọi là trạng thái bèn trong Trạng

thái bên trong lưu trữ thông tin về mòi trường mà tác tử nhận được và được cập nhật mỗi khi tác tử có cảm nhận mới Việc lựa chọn hành động sẽ dựa trên những thông tin chứa trong trạng thái bên trong của tác từ

Quá trình cảm nhận và ra quyết định sử dụng trạng thái bên trong diễn ra như sau

Gọi / là tập các trạng thái bên trong của tác tử, p là tập các cảm nhận như đã nói ở trên Mỗi khi tác tử có cảm nhận p e p , cám nhận đó sẽ làm thay đổi trạng thái bên trong cùa tác tử

Có thể biểu diễn sự thay đồi trạng thái theo cám nhận qua hàm Cập nhật như sau:

C ậ p _ n h ậ t: / X p - * /

Việc ra quyết định về hành động khi đó được xác định như ánh xạ từ trạng thái sang hành động:

38 Tác tử - Công nghệ phần mềm hướng tác tử

H à n h _ đ ộ n g : / —* A

Sơ đồ cùa tác tử với trạng thái bên tronc được minh hoạ trên hình 2.3

Hoạt động cùa tác tử diễn ra như sau Khới đầu, trạng thái bên trong cùa tác tử là

i() Sau khi quan sát được trạng thái s của môi trường, tác tử có được cảm nhận p về trạng

thái đó Trên cơ sở cảm nhận, trạng thái bên trong được thay đổi và có giá trị mới

c ập_nhật(i0,p) Trạng thái mới của tác tứ được ánh xạ thành hành động tiếp theo Hành_động(Cập_nhật(i0,p)) Chuỗi “ cảm nhân’", “ cập nhật” , “ hành động” tạo thành một

chu kỳ hoạt động cùa tác tử Chu kỳ này được lặp đi lặp lại cho đến khi tác tử chấm dứt hoạt động của mình

Hình 2 3 Tác tử có trạng thải bên trong.

3.4 Tác tứ hành động có mục đích

Thông thường, tác tử được tạo ra đề thực hiện một nhiệm vụ nào đó Đe tác tử thực hiện đúng nhiệm vụ cùa mình, thông tin về trạng thái môi trường là chưa đù Tác tử cần có thông tin về nhiệm vụ, cần biết mục đích hoạt động của minh là gì Cách đơn giàn nhất để tác tử hoạt động có mục đích là xây dựng sẵn chương trình hành động và yêu cầu tác từ hành động theo các bước ghi trong chương trinh đó Tuy nhiên, cách này có một nhược điểm lớn là không mềm dẻo Nếu môi trường thay đổi, không phù hợp với điều kiện được xác định khi xây dựng chương trình, tác tử sỗ không thể thích nghi với thay đồi đó

Để đàm bào tính mềm dẻo, ta chi thông báo cho tác từ mục đích cần đạt được, thay vi cho tác từ biết phải làm thế nào để đạt được mục đích đó

Khác với dạng thứ nhất, ờ dạng mục đích thứ hai, tác tử được yêu cầu tránh một số trạng thái cho trước Lấy ví dụ hệ thống lái tự động cho máy bay Ta có thế hình dung hệ thống này là một tác tứ có nhiệm vụ giữ cho máy bay trong thời gian hành trình không lên quá cao hoặc xuống quá thấp và không đi chệch khói đường bay quy định.

Cùng với thông tin mục đích, tác tử cần biết mỗi hành động cùa mình sỗ cho kết quà ra sao Thông tin mục đích được kết hợp với thông tin về kết quả hành động để lựa chọn hành động cho phép đạt được mục đích (xem hình 2.4) Việc ra quyết định trong trường hợp này khác với ra quyết định theo kiểu phàn xạ ở chỗ nó đòi hỏi thông tin về tương lai: hành động nào sẽ dẫn đến kết quà nào Trong trường hợp phàn xạ, tác tử không cần thông tin loại này vì hành động cho từng tình huống cụ thể đã được tính toán từ trước Ọuá trình ra quyết định dựa trên thông tin về mục đích đòi hỏi khối lượng tính toán lớn hơn

so với phản xạ nhưng lại mềm déo hơn rất nhiều Tác tử có mục đích có thể hoạt động bình thường cả trong những tình huống chưa được tính đến khi thiết kế

Trong những trường hợp đom giản, mục đích có thể đạt được sau một hành động duy nhất Trong đa số trường hợp khác, như trong vl dụ đánh cờ, việc đạt mục đích thường phức tạp hơn và đòi hỏi một chuỗi hành động Ọuá trình ra quyết định khi đó phải sử dụng

các kỹ thuật của trí tuệ nhân tạo như lìm kiềm, lập kế hoạch Trong một phần sau, chúng tôi

sẽ trình bày sơ lược về việc sử dụng nhừng kỹ thuật này cho tác tử Chi tiết về tlm kiếm và lập kế hoạch có thể tìm thấy trong các sách về trí tuệ nhân tạo

Mặc dù có tốc độ ra quyết định chậm hơn so với phản xạ thuần tuý do quá trình lập kế hoạch dòi hỏi thời gian, hành động có đích cho phép ra quyết định mềm dẻo hơn

40 Tác tử - Công nghệ phần mềm hướng tác từ

nhiều Lấy ví dụ tác từ lái xe tự động Quan sát thấy xe đáng trước phanh (đèn phanh sáng), tác từ phản xạ đơn giản tìm luật “ xe trước phanh —> phanh xe mình” và thực hiện phanh xe Trong khi đó, đối với tác tử hành động theo đích, mục đích được quy định là không đâm vào xe đằng trước Từ suy luận ràng xe trước sẽ giảm tốc độ khi phanh, và mô hình về môi trường, hành động cho phép tránh đâm vào xe trước là phanh xe minh Rõ ràng suy luận có đích phức tạp hơn phàn xạ thuần tuý Già sừ xuất hiện tình huống mới: trời mưa, đường trơn Từ mục đích không đâm vào xe trước, tác từ có thể lựa chọn chế độ phanh xe thích họp cho phép chống trơn, trong khi đó, để tác tử phàn xạ có thể hành động thích họp, cằn thay đổi số lượng lớn các luật hành động Tác từ có đích cũng mềm dẻo hơn nhiều trong trường hợp thay đồi đích hành động Có thể ra lệnh cho tác từ lái đến các dịa điểm khấc nhau mà không cần thay đổi cơ chế suy diễn bên trong Đối với tác tử phản xạ, việc sừ dụng các luật lập sẵn chỉ cho phép lái tới một địa điểm duy nhất

Hình 2 4 Tác từ có mục đích.

3.5 Tác tử hành động theo hàm tiện ích

Một phương pháp khác cho phép định hướng hành động của tác từ là sử dụng độ

đo mức độ mong muốn hay hiệu quà các trạng thái Cách thông dụng nhất để đo hiệu quà là

sừ dụng hàm tiện ích (utility) Hàm tiện ích gán cho mỗi trạng thái một giá trị số (tiện ích)

thể hiện mức độ mong muốn, hay mức độ có ích cùa trạng thái đối với tác tử; trạng thái có tiện ích lớn hơn là trạng thái tốt hơn Tác từ có nhiệm vụ lựa chọn hành động để đạt được trạng thái với giá trị tiện ích lớn nhất