基于图式理论的人工生命行为选择体系结构——评估—权衡结构的研究

摘要

现有人工生命行为选择体系结构在模块化的支持方面和应用重定位方面还存在很大不足，其移植性和鲁棒性还欠佳，除此之外在行为的协调、学习和进化方面也有待改进。这就需要建立新的理论，采用新的方法对行为选择体系结构进行更深入的研究。 本文对国内外现有人工生命行为选择体系结构进行了分析研究，系统地归纳了人工生命行为选择体系结构的研究基础，综述了认知心理学领域的图式理论体系，详细讨论了图式理论与行为选择的关系，同时概括了对人工生命行为选择体系结构研究具有指导意义的神经科学的相关结论。在这些基础上，本文提出了采用慎思/混合范式的一种新的基于图式理论的人工生命行为选择体系结构——评估－权衡结构，并从以下方面对其进行了详尽的阐述： (1)在对现有的人工生命行为选择体系结构评价标准的总结基础上，结合系统工程思想，评估－权衡结构提出了一套在设计理念和技术实现两方面都具有指导意义的新的评价标准。 (2)以图式理论和神经科学的研究结果为指导，将行为按其智能、复杂程度以及在体系结构中功能的不同抽象为两级：慎思决策级行为和表现执行级行为。其中表现执行级行为按不同的粒度分为基元行为和复合行为。 (3)评估－权衡结构首次对行为从内外两方面进行了表示，并在行为的外部表示方面提出了一种新的表示方法——关系图法，在行为的内部表示方面提出了一种新的图式表示法。 (4)在行为编码方面，评估－权衡结构全面分析了传统势场法的不足，通过对传统势场法进行改进，提出并使用了一种新的编码方法——动态势场法。 (5)建立了基于图式理论的慎思层行为选择和行为协调机制——评估－权衡机制以及与之对应的反应层行为选择和行为协调机制，归纳并总结了基于评估－权衡结构的人工生命行为选择系统的设计方法和设计步骤。 (6)开发了自主式足球机器人软件仿真平台，并在此平台上设计了基于评估－权衡结构的足球机器人，得到了比较理想的仿真结果。 本文的最后给出了一种基于知识库的评估－权衡结构的构想，希望能对有兴趣于评估－权衡结构的自学习、自适应、自进化机制的后续研究者有所启发。