基于Em-BDI-VSK逻辑的Agent系统形式化模型的研究

论文摘要

随着人工智能的发展,有关Agent理论和技术的研究和应用引起了人们的高度关注和重视.在Agent的理论研究中,人们常常从较高层次利用基于意向观点的抽象工具来研究和认识主体.除基于意向观点从抽象层次来认识主体和划分认知成分外,还需要一种严格的数学工具把这些认知成分表示出来,并让它们来影响Agent的行为.逻辑工具很好的完成这个目标.针对各种问题和实际应用,人们提出了多种逻辑系统.随着发展的不断深入,出现了将多种逻辑结合起来,或者扩展各种逻辑来表示Agent的方法.纵观以往的Agent研究,集中在理智Agent的构造上.虽有认知型Agent的代表BDI模型表示了其内部的思维状态.但随着生物学和心理学的发展,人们发现情感对于人的推理,规划和学习也有重要的作用.因此,把情感加入Agent中,也越来越受到计算机科学家的关注.把情感加入计算机中,首先,要研究情感的类型：其次,人们希望把情感加入到Agent的体系结构中参与Agent内部推理和决策.人们从心理学和认知学的角度,提出了很多模型.其中,OCC模型被认为更加适合在计算机中实现.更多细节请参看综述2.3.3节.目前,人们在Agent体系中构建情感主要基于BDI和KARO两个主体模型之上.两者都是在构建好的主体形式化系统上分别构建不同的情感,并由情感和其它认知成分相互影响共同决定Agent的决策和行为.本文提出的模型是基于这样的认识：人类自然的行为决策过程不仅受到所处的外部环境和Agent内部思维状态的影响外,还受到当时情感的影响,三方面相互作用共同决定当前Agent的行为选择.因此,该模型试图融合了代表外部环境的VSK逻辑,代表内部思维状态的BDI逻辑以及情感因素.带有情感的Agent形式化模型Em-BDI-VSK融合BDI逻辑和VSK逻辑并加入情感,定义相应的模态算子Em,并采用OCC模型中22种情感中一种最常见和基本的情感Fear做为示例.利用Em-BDI-VSK逻辑,能表示环境中客观真的事物,在环境中可以访问的信息以及Agent借助于感知器能感知到的信息等外部环境,还能表示Agent真正知道的信息（把外化的信息内化自己的知识）,同时能够描述Agent在客观环境中具有的信念、愿望和意图等思维状态和情感,这些因素共同对Agent动作选择产生影响.Em-BDI-VSK逻辑基于时序逻辑从Agent为完成某项任务应具备的能力和权利的角度及其思维以及情感出发,进行动作的选择以及状态的转换.在该模型中,各种信息有着自己的特点,并且各类信息之间互相影响.本模型中,用交互公理来刻划各类信息间的相互关系.在此语义环境解释下,本文构建了该模型的语义框架,并提出了该模型的公理体系,包括BDI逻辑、VSK逻辑、情感算子和时序算子的公理,以及这些模态算子间相互联系的交互公理,并给出了这些公理的合理性解释.最后,给出这个公理体系的有效性证明,进而证明了模型的可靠性和完全性.虽然AI专家对情感一直有兴趣,但在人工智能中未受到足够重视。直到近年来,心理学上认知理论的发展,极大的促进了情感在人工智能中的研究。心理学大量的实验证明,情感并不游离在理智之外,情感对于人的规划、学习和行为也有着重要的作用。为了让agent能更自然更合理的进行行为决策,人们希望在以前理智型agent的基础上加入情感因素,和其它认知成分共同作用于agent的行为决策。本文总结出情感在计算机研究中的两个方面主要问题：一方面是情感表示和情感识别。大多都采用模式识别的方法来研究情感,并结合生理学理论提取相关特征辅肋情感计算机计算和识别情感,通过内部的计算模型还可以利用仿真面部表示出要求的情感。但这种方法也继承了模式识别的一些固有的缺点,并且要找到模式识别中与情感相对应的特征也是该方法的难点所在。在这个方面,已有大量的成果出现,并有些作为产品深入到家庭中。另一方面,把情感引入到主体（agent）体系结构中,让情感参与主体的行为决策过程,更自然合理的模拟人的行为,使决策的制定更自然和更人性化。大多数构造的情感agent体系结构中,多从三个方面来考虑agent的内部决策过程受到的影响。基于实际中的心理学、生理学的相关理论,普遍认为agent的决策受到了来自外部环境、内部思维状态和情感状态三方面的共同影响,大量的模型被提出希望把三方面共同作用决策过程的内部机理表示出来,但正因如此,这些模型也存在实现的复杂性的问题。而对于agent的研究,其内部推理机制还需要一种严格的数学工具把这些认知成分和情感表示出来,并共同影响Agent的行为,其中,逻辑工具很好的完成这个目标。针对各种问题和实际应用,人们提出了多种逻辑系统,如经典命题逻辑、一阶谓词逻辑、模态逻辑、时序逻辑、动态逻辑、模糊逻辑等等。随着发展的不断深入,出现了将多种逻辑结合起来,或者扩展各种逻辑来表示Agent的方法。对情感agent的研究,主要基于心理学的认知理论,其推理过程归纳为各认知成分和情感的相互作用共同决定agent的行为决策。加入情感的agent推理模型,首先要研究情感的类型。心理学上提出了很多模型,主要分为三类：基于外在情感表现形式和基于维度的分类以及前两类的结合。其中,OCC模型是第一个以机器实现为目的的情感分类,因此大多数的情感建模也基于OCC模型来定义情感类型。其次,使用逻辑来表示情感类型。就目前提出的加入情感的逻辑表示中,主要基于两类逻辑进行扩展：BDI逻辑和KARO框架。本文列举了一个基于OCC和KARO的情感评价机制形式化系统来描述逻辑表示情感和情感加入决策制定的推理过程的方法。该方法基于计算机实现为目的,进行情感和各认知成分共同推理获得行为选择和影响决策的过程,为以后的研究起到了一个借鉴的作用。

论文目录

• 基于Em-BDI-VSK逻辑的Agent系统形式化模型的研究
• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 问题提出
• 1.3 研究内容
• 1.4 论文结构安排
• 第2章 Em-BDI-VSK形式化系统
• 2.1 Em-BDI-VSK模型
• Em-BDI-VSK'>2.2 Em-BDI-VSK语言L_Em-BDI-VSK
• 2.2.1 形式系统符号组成说明
• Em-BDI-VSK语义'>2.2.2 L_Em-BDI-VSK语义
• 2.3 Em-BDI-VSK公理体系
• 2.3.1 Em-BDI-VSK公理
• 2.3.2 Em-BDI-VSK公理合理性解释
• 2.3.3 交互公理
• 2.4 Em-BDI-VSK逻辑的基本性质
• 第3章 Em-BDI-VSK模型的可靠性和完全性
• 3.1 公理有效性证明
• 3.2 系统可靠性和完全性证明
• 第4章 结束语
• 4.1 小结
• 4.2 进一步研究工作
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文和研究成果
• 致谢
• 情感Agent综述
• 摘要
• Abstract
• 第1章 情感研究
• 1.1 情感在心理学上的研究
• 1.2 情感的识别
• 第2章 情感建模的发展
• 2.1 按外在情感表现建模
• 2.1.1 面部表情建模
• 2.1.2 语音情感的合成与识别
• 2.1.3 面部和声音的结合
• 2.2 按人内在情感体验而产生的生理信号变化建模
• 2.3 已有的基于情感状态和情感行为评价的建模
• 2.3.1 状态空间法
• 2.3.2 HMM情感建模方法
• 2.3.3 OCC情感建模方法
• 2.4 其它
• 第3章 计算机中的情感研究
• 3.1 情感加入计算机的应用
• 3.2 情感在计算机中的研究
• 3.2.1 情感计算
• 3.2.2 情感与Agent的结合
• 3.3 情感AGENT的体系结构
• 3.3.1 EBDI Agent体系结构
• 3.3.2 Emotional Agent体系结构
• 第4章 逻辑系统
• 4.1 AGENT形式化系统
• 4.1.1 概述
• 4.1.2 模态逻辑
• 4.1.3 时序逻辑
• 4.2 基于KARO和OCC的情感评价机制的AGENT形式化系统
• 4.2.1 语法
• 4.2.2 语义
• 4.2.3 情感的形式化模型
• 4.2.4 情感的性质
• 4.2.5 对思考的影响
• 参考文献
• Research on Formal Model of Emotional Agent based on Em-BDI-VSK logic
• Abstract
• Chapter 1 Introduction
• 1.1 Background and Signification
• 1.2 The motivation of the study
• 1.3 The content
• 1.4 The structure of the thesis
• Chapter 2 Formal system of Em-BDI-VSK
• 2.1 The Em-BDI-VSK mode
• Em-BDI-VSK'>2.2 The Language of Em-BDI-VSK L_Em-BDI-VSK
• 2.2.1 The symbol interpretation
• 2.2.2 The semantics
• 2.3 Axiom system
• 2.3.1 Axiom
• 2.3.2 Rational explanation of axiom
• 2.3.3 Mix axiom
• 2.3.3.1 Mix axiom
• 2.3.3.2 Rational explanation of mix axiom
• 2.4 Basic property of Em-BDI-VSK
• Chapter 3 Reliability and Completeness of Em-BDI-VSK
• 3.1 The proof of effectiveness of axioms
• 3.2 The proof of rationality and completeness
• Chapter 4 Conclusion
• 4.1 Conclusion
• 4.2 Further work for future
• The Summary of Emotional Agent
• Abstract
• Chapter 1 The study of emotion
• 1.1 Emotion in psychological research
• 1.2 Emotional identification
• Chapter 2 The development of Emotional model
• 2.1 Modeling based on external emotional performance
• 2.1.1 Modeling based on facial expression
• 2.1.2 The synthesis and recognition of emotional voice
• 2.1.3 The integration of facial expression and voice
• 2.2 Modeling based on physiological signal arisen from internal emotional experience
• 2.3 Modeling based on the evaluation of emotional state and emotional behavior
• 2.3.1 Modeling emotion based on state space
• 2.3.2 Modeling emotion based on HMM
• 2.3.3 Modeling emotion based on OCC
• 2.4 Others
• Chapter 3 Emotional research in computer science
• 3.1 The application of emotion in computer
• 3.2 Emotional research in computer science
• 3.2.1 Affective computing
• 3.2.2 The integration of emotion and Agent
• 3.3 The architecture of emotional agent
• 3.3.1 The architecture of EBDI agent
• 3.3.1.1 The principle of EBDI agent
• 3.3.1.2 The formal model of EBDI and the process
• 3.3.2 The architecture of Emotional agent
• Chapter 4 Logic emotional system
• 4.1 The formal system of agent
• 4.1.1 Overview
• 4.1.2 Modal logic
• 4.1.3 Temporal logic
• 4.2 The formal agent system based on KARO frame and OCCC's emotional evaluation mechanism
• 4.2.1 Syntax
• 4.2.2 Semantics
• 4.2.3 Aformal model of emotion
• 4.2.4 Properties of emotion
• 4.2.5 Effects of deliberation