Методология проектирования обучающих систем многоагентного типа

Грач Е.Г., Федяев О.И., Жабская Т.Е.

Донецкий национальный технический университет

Существующая технология разработки программного обеспечения не может полностью реализовать все требования проектирования современных комплексных систем. Возникает необходимость использования новых подходов для разработки программного обеспечения. Таким подходов является агентно-ориентированный анализ и проектирование, который может использоваться разработчиками программного обеспечения для более естественного понимания, моделирования и разработки важных классов сложных распределенных систем.

По этой причине агентно-ориентировнный подход является одной из самых видных и привлекательных технологий программирования. Теория агентов, архитектура агентов и многоагентных систем в настоящее время вносят свой вклад во многие области, такие как: информационный поиск, реализация пользовательских интерфейсов, электронной торговли, робототехники, компьютерных игр, образования и обучения социального моделирования.

В основе агентно-ориентировнного подхода лежит термин «агент». Невозможно дать строгое определение понятию «агент», так как формулировка этого термина определяется направлением исследований и разработок, использующих понятие «агент», поставленными перед разработчиками задачами.

В данном случае термин «агент» удобная метафора для реализации таких свойств элементов системы как:

• автономность: агенты работают без непосредственного вмешательства людей или чего-то другого, и имеют некоторый контроль над своими действиями и внутренними состояниями;
• социальная способность: агенты взаимодействуют с другими агентами (в том числе людьми) через некоторый язык коммуникации агента; реакционная способность: агенты реагируют на свою окружающую среду, (которая может быть физическим миром, пользователем, обществом других агентов, интернетом), и своевременно реагирует на изменения, происходящие в системе;
• превентивность: деятельность агентов направлена на достижение определенной цели в системе.

Одной из методологий анализа и проектирования многоагентных систем является Gaia-методология, специально созданная для реализации многоагентных систем, в которых все агенты взаимодействуют для достижения общей глобальной цели и где все элементы системы и связи между ними определены до этапа проектирования и не изменяются во время выполнения. Методология не используется для систем, в которых допускается возможность конфликтов между элементами системы.

Gaia-методология включает в себя этапы анализа и проектирования. Так понятию «агент» на стадии проектирования соответствует понятие «роль». Понятие «роль» является основным понятием на стадии проектирования системы. Gaia-методология базируется на понятии того, что многоагентная система – вычислительная организация, основанная на взаимодействии различных ролей.

Задача стадии анализа - разработать понимание системы и ее структуры (т.е. определить организацию системы). Организация – определение набора ролей системы, находящихся в конкретных отношениях друг с другом и участвующих во взаимодействии. Роль определена четырьмя свойствами: обязанности, полномочия, активность и протоколы. Обязанности определяют функциональность роли. Для того, чтобы выполнять обязанности, роль имеет набор полномочий. Полномочия роли связаны с ее типичным представлением и соответствующими ресурсами, которые могут использоваться при ее выполнении. Активность роли - это действия, связанные с ролью, которые могут быть выполнены ею без взаимодействия с другими ролями. В многоагентных системах неизбежны зависимости и взаимодействие между разными ролями. Такое взаимодействие – основной способ функционирования системы. Протокол – установленный образец взаимодействия. После стадии анализа должна быть полностью детально разработана модель системы, определяющая ключевые роли, их функциональное предназначение, полномочия и обязанности, а также протоколы взаимодействия и активности, которые выполняются ролью.

Цель классического процесса проектирования – преобразовать абстрактные модели, полученные на стадии анализа, в модели достаточно низкого уровня абстракции, чтобы их можно было легко реализовать. Однако не в случае агентно-ориентированного проектирования. Цель в Gaia – преобразовать модели анализа в достаточно низкий уровень абстракции, чтобы для реализации агентов было возможно применение традиционных технологий проектирования.

Процесс проектирования вызывает формирование трех моделей:

• модель агента определяет агентные типы, которые будут составлять систему и экземпляры агентов, которые будут созданы от этих типов;
• модель обслуживания определяет главное обслуживание, которое требуется для реализации роли агента;
• модель знакомств документирует коммуникационные связи между отдельными агентами.

Использование многоагентных обучающих систем в образовательном процессе обладает следующими преимуществами, а именно:

• повышает эффективность обучения, приближая качество обучения к уровню индивидуальных занятий с преподавателем;
• позволяет подстраиваться под индивидуальные особенности каждого студента, такие, как: начальный уровень, темп усвоения информации и обретения навыков, конечная цель обучения и т.п.
• позволяет обеспечить гибкость и комфортность обучения, лучшее восприятие учебного материала за счет использования новых информационных технологий. передача на любые расстояния информации любого объема, вида, хранение ее в памяти компьютера нужное количество времени и т. д.;
• создание активной оперативной обратной связи в ходе диалога с преподавателем или с другими участниками обучающего курса с помощью специальной мультимедийной технологии;
• доступ к различным источникам информации, в том числе к распределенным базам данных, телеконференциям и т. д.
• позволяет обеспечить гибкость и комфортность обучения, лучшее восприятие учебного материала за счет использования новых информационных технологий. систематизацию инфоресурсов, создание больших распределенных баз знаний.