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数字地球的进化机制研究

时间:2015-10-02  归属:数字地球导论

  崔晋川,吴少岩、张大力等人对计算机系统的进化机制有过很多研究,现在将他们的观点与数字地球结合起来。

    计算机系统的“进化原理”是借鉴自然界的进化原理,去认识与解决其他科学或工程技术问题的理论,在承认自然规律的特殊性的同时,追求它的普遍的指导作用,自然进化是客观存在的机制,尽管这种机制尚不能用已有的数字工具去解释。但进化既是普遍存在的自然现象,也是朴素的哲学原理,也是科学方法。

    人们经常于不自觉之中使用进化的思维方式去寻求问题的解答。如当考察针对同一目标的多种方案(方法、设计和算法)时,就采用了进化思维方式,包括:

    (a)选择其中的较好方案;(b)综合这些方案的优点;(c)基于现有的方案,局部创新提出新方案。显然这种选择的过程是自然进化过程:自然选择-交配-变异的过程是非常类似的(崔晋川等)。

    不仅进化的思维方式有助于对复杂系统的分析与理解,而且它还可以用计算机进行模拟,因此成为解决复杂问题的有效工具。自然进化是适应过程,优化的行为是从结构的进化中产生的,结构决定功能。生物体在进化过程中面临极其复杂的问题,如混沌、随机、瞬时与非线性等,而生物体在各个结构层次上,如染色体、细胞、器官、个体及群体上都反映出优化的复杂行为。

    数字地球是极其复杂的进化系统,不仅地球在不断的变化或进化,人们对地球的认识也是不断地在进化。数字地球作为信息系统,其组织结构无疑是复杂的,它也有自适应、自组织和自相似的系统特征,以及自变异、自发展和自进化的特征。这种进化的结构,是在一定的过程中产生的。解决复杂的数字地球的方案,或优化的数字地球技术系统的结构,也是逐步完成的,属于进化的过程。数字地球是由无数的、由高速计算机通信网络相连接的、分布于全球范围的Web或ComGIS,它们具有多样性的特征,构成了复杂的数字地球群体。它们之间进行了信息的交换、互操作、互运算,不断地进行更新、淘汰和产生新的结构,如同生命群体的进化。

    数字地球是以Geo-Agent(地学自组织的可进化的智能体)集合为群体的进化系统。Geo-Agent作为数字地球的进化的基本单位(个体)。按数字神经系统的观点,从结构来看,数字地球是Geo-Agents适应性计算机网络;从行为看,数字地球是Geo-Agents知识发现系统。Geo-Agent是一个虚拟实体,它能满足地球空间数据的存取、分析和表达及进行各种要求的处理,它维护一个虚拟的知识库。ceo-Agent从环境(数据源或其他Geo-Agents)接受新的知识时复制自己作为后代,参与竞争,遵循适者生存的规则(崔晋川等)。

    智能Agent一词已在较广泛的领域中使用,在人工智能(Artificial Intelligence)领域,智能Agent通常是指在一定环境下持续自动运行的实体。按照Lane的定义,Intelligent Agent是一个具有控制问题求解机理的计算单元,1990年Yoav Shoham等人更进一步提出了面向智能Agent的程序设计方法(AOP)。通常情况下,一个智能Agent应有以下一些特征:

    ·智能Agent由知识状态和知识处理方法两部分组成;

    ·智能Agent的知识状态被割为若干一致的知识单元;

    ·知识单元是智能Agent自身可以改变的部分,知识处理方法是其自身不可改变的部分;

    ·智能Agent以通信的方式与外界环境建立联系。

    例如:一个通信能Agent具有如下的结构特征,包含:通信管理机、维理控制机、Agent状态栏和Agent知识库。一个智能Agent的内部行为表现为:通信管理机接受外部环境的信息(来自其他Agent的消息与请求),由推理控制机根据这些消息(Message)、请求(Re-quest)、Agent的状态(Status),进行分析、理解、推理后,执行相关的动作(Action),形成Agent的新状态,由此可能引起更进一步的Agent推理活动(如:通知其他Agent的请求结果,向其他Agent发出请求,等等)。必须指明的是:智能Agent活动行为不是被动的,而是主动进行的,Agent的推理控制机每隔一个时间片都要检测通信状态和自身的状态,完成一次推理活动。

    我们认为,“Intelligent Agent”是一个可以自动执行的程序,并且可以感知和适应当前的环境,可移动的Agent具有在机器之间移动的能力,并可以与服务器和其他Agent交互。在GIS领域,一个Agent可以接受本机用户,例如“在A与B之间修路”,这样近似自然语言(当然不可能完全达到)的请求,于是开始自动在网上搜索,并通过与其他Agent交互与合作把相关的信息返回给用户;还可以自动探测根据本机数据、网络环境、其他Agent分布等等的变化调整自身的某些行为,例如搜索顺序等。

    “Intelligent Agent”可以用于执行信息过滤和自动化任务,在GUI界面不适用的情况下在用户目的和计算机功能之间建立有效的桥梁,使界面具有更多直觉和交互功能。

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  • 关键词:数字地球进化机制研究
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