Ｍｕｌｔｉ－Ａｇｅｎｔ技術(shù)在教育資源信息管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

【摘要】網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展迫切需要快速、有效的搜索和提取教育資源。文章通過分析國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，指出國內(nèi)目前存在的問題，結(jié)合教育資源建設(shè)理論和人工智力的發(fā)展，針對目前使用教育資源用戶所面臨的窘?jīng)r，提出了一種基于Multi - Agent的教育資源信息采集分析系統(tǒng)模型，闡明了系統(tǒng)組成、功能及各Agent的結(jié)構(gòu)和工作原理。從而實現(xiàn)教育資源的共享，提高資源利用率，提升教育質(zhì)量。

【關(guān)鍵字】Agent；教育資源；信息分析

【中圖分類號】G40-057 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【論文編號】1009—8097（2008）13—0125—03

引言

教育資源是網(wǎng)絡(luò)教育的基礎(chǔ)，美國在教育資源建設(shè)起步早，建立了美國教育資源信息中心ERIC（Educational Resources Information Center），教育資源搜索聯(lián)盟GEM（The Gateway to Educational Materials）等系統(tǒng)，提供了豐富的教育資源，包括教學(xué)研究，教學(xué)計劃、課件、網(wǎng)絡(luò)課程、教師求職等信息。中國的國家基礎(chǔ)教育資源網(wǎng)和廣東省基礎(chǔ)教育信息資源中心也提供“教學(xué)素材類資源、主題學(xué)習(xí)性資源和網(wǎng)絡(luò)課程資源”。這些資源、服務(wù)的分布性和異構(gòu)性使得教育資源共享在實施階段往往走向混亂。將人工智能技術(shù)應(yīng)用于教育資源信息管理可以實現(xiàn)教育資源的智能化和網(wǎng)絡(luò)化。國家已經(jīng)加大涵蓋各級各類教育的信息資源開發(fā)的力度，北京，上海，廣東等地已經(jīng)投入了大量資金進(jìn)行基礎(chǔ)教育資源庫的建設(shè)。如何將開發(fā)好的教育資源方便有效的利用成為了教育資源管理的一個研究熱點(diǎn)。現(xiàn)代教育資源系統(tǒng)是一個復(fù)雜開放的分布式系統(tǒng)，Multi－Agent是分布式人工智能的新技術(shù)，能使邏輯上和物理上分散的系統(tǒng)并列、協(xié)調(diào)地運(yùn)行得以解決。將Multi－Agent技術(shù)應(yīng)用于教育資源管理中，使得教育資源的共享方式從個人，單個單位共享發(fā)展到網(wǎng)絡(luò)的智能化共享階段。

一般認(rèn)為，Agent 是一種處于一定環(huán)境下包裝的計算機(jī)系統(tǒng)， 為實現(xiàn)設(shè)計的目的它能在那種環(huán)境下靈活地、自主地活動[1]。從建造Agent 的角度出發(fā)， 單個Agent 的結(jié)構(gòu)通常分為思考型Agent、反應(yīng)型Agent 和混合型Agent。MAS （Multi- Agent System）即多Agent 系統(tǒng)產(chǎn)生的最直接的原因是， MAS 的協(xié)作求解問題的能力超過單個Agent， 并且MAS 與已有系統(tǒng)或軟件的互操作、求解數(shù)據(jù)和控制具有分布特性的特點(diǎn)以及提高系統(tǒng)的效率和魯棒性等。多Agent技術(shù)是人工智能的一個重要成果，它由分布在網(wǎng)絡(luò)上的多個自治的Agent通過相互作用組成的智能體系統(tǒng)，具有自治性、交互性、協(xié)調(diào)性、適應(yīng)性等特點(diǎn)，非常適合處理分布異構(gòu)的動態(tài)問題[2]。

在教育資源信息采集中，采用多Agent技術(shù)具有重要意義。本文將多Agent技術(shù)應(yīng)用于教育信息采集系統(tǒng)，使得基于資源的學(xué)習(xí)成為可能。學(xué)生通過對教育資源信息進(jìn)行篩選、分析、綜合，并將其應(yīng)用實際問題的解決中，達(dá)到對知識的深層建構(gòu)，形成信息加工和解決問題的能力。

一 系統(tǒng)架構(gòu)

1 系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)

教育資源信息采集系統(tǒng)從互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫以及各類文檔等信息載體獲取相應(yīng)的信息，并將其存儲在系統(tǒng)信息庫中，并與特定的教育任務(wù)相結(jié)合解決實際問題。本文提出了基于Multi－Agent教育資源采集系統(tǒng)模型如（圖1）所示，包括教育資源信息采集Agent、教育資源信息分析Agent、教育資源信息管理Agent、系統(tǒng)管理Agent和教育資源信息庫組成[3]。

系統(tǒng)管理Agent是整個系統(tǒng)的入口，各類用戶通過它訪問和管理教育資源信息。

信息采集Agent是系統(tǒng)關(guān)鍵所在。只有采集到了足夠的而且是有用的信息，用戶才能夠?qū)@些信息作出適當(dāng)?shù)奶幚韥硗瓿扇蝿?wù)。教育信息資源是動態(tài)變化的，存放教育資源的不同數(shù)據(jù)庫是異構(gòu)，信息采集Agent對特定的任務(wù)進(jìn)行采集提高了信息采集的導(dǎo)引能力[4]。

教育資源信息分析Agent一方面根據(jù)規(guī)則庫分析庫內(nèi)信息，對教育資源信息進(jìn)行規(guī)范化處理。另一方面根據(jù)網(wǎng)絡(luò)用戶對資源的評價對資源設(shè)置等級，并通過教育資源信息管理Agent對教育資源信息庫內(nèi)的資源信息進(jìn)行刪除、修改處理。

信息管理Agent根據(jù)系統(tǒng)管理Agent的要求，將用戶任務(wù)分解成子任務(wù)分配給不同的信息采集Agent和信息分析Agent，并將處理結(jié)果返還系統(tǒng)管理Agent[5]。

教育資源信息庫出于對知識產(chǎn)權(quán)方面考慮，信息庫內(nèi)不保存資源本身。教育資源信息庫按照教育資源類型分類存儲，按照素材分為文本、圖形、音頻、動畫、視頻五個數(shù)據(jù)表，這樣搜索起來效率就很高。每一類別的資源有其屬性，如素材編號、類型、學(xué)科（專業(yè)）、適用對象、適用的年級，來源、URL、內(nèi)容簡介、關(guān)鍵詞、素材編寫時間、素材編著者、素材長度。不同類型的資源屬性也不盡相同，比如圖像素材的屬性還包括分辨率、掃描分辨率、顏色數(shù)等，而視頻素材包括數(shù)據(jù)量、幀數(shù)、關(guān)鍵幀、幀規(guī)格、情感類型、播放時間、采樣頻率等方面屬性。

2 系統(tǒng)工作流程

用戶通過系統(tǒng)管理Agent請求執(zhí)行特定的教育任務(wù)，系統(tǒng)管理Agent將用戶需求任務(wù)交給信息管理Agent。信息管理Agent接收系統(tǒng)管理Agent的指令，將任務(wù)分解成子任務(wù)，分配給相應(yīng)的信息采集agent。信息采集Agent完成單一采集點(diǎn)的信息采集任務(wù)，從信息管理agent處接收采集指令，首先從信息庫中提取數(shù)據(jù)，并按照實現(xiàn)定義好的協(xié)議格式將數(shù)據(jù)打包，并將數(shù)據(jù)傳送到系統(tǒng)管理Agent，再交由信息管理Agent處理。如果本地信息庫中沒有相應(yīng)的信息，則與系統(tǒng)中其他采集Agent通信，協(xié)作完成采集任務(wù)，并將采集回來的信息經(jīng)過信息分析Agent整理存入信息庫中。

系統(tǒng)管理Agent代替了傳統(tǒng)的用戶和數(shù)據(jù)庫直接交互。它不僅有友好的用戶界面接受來自用戶的請求，并且能將用戶的請求轉(zhuǎn)化為Agent能夠識別的命令，并通過學(xué)習(xí)適應(yīng)用戶的習(xí)慣、偏好，在適當(dāng)?shù)臅r候給用戶某些必要的提示，啟發(fā)其順利高效地使用系統(tǒng)。根據(jù)用戶的信息需求， 系統(tǒng)Agent將教育資源的URL、類型、學(xué)科（專業(yè)）、內(nèi)容簡介、關(guān)鍵詞、適用對象、來源等屬性以網(wǎng)頁的形式及時反饋給用戶。信息管理Agent的功能是對教育資源信息庫進(jìn)行添加、刪除、修改、排序和查詢等管理。教育資源信息管理Agent把教育資源信息采集Agent采集到的信息寫入教育資源信息庫，之后通知教育資源信息分析Agent對其進(jìn)行分析，教育資源信息分析Agent根據(jù)規(guī)則庫進(jìn)行分析，并將分析結(jié)果通知信息管理Agent。信息管理Agent起到了教育資源采集Agent、分析Agent和教育資源信息庫之間的橋梁作用。

本系統(tǒng)作為智能化的教育資源信息采集系統(tǒng)，相對于傳統(tǒng)教育資源站點(diǎn)有自身的特點(diǎn)。信息采集Agent是系統(tǒng)關(guān)鍵所在。只有采集到了足夠的而且是有用的信息，用戶才能夠?qū)@些信息作出適當(dāng)?shù)奶幚韥硗瓿扇蝿?wù)。教育信息資源是動態(tài)變化的，存放教育資源的不同數(shù)據(jù)庫是異構(gòu)，信息采集Agent對特定的任務(wù)進(jìn)行采集提高了信息采集的導(dǎo)引能力；信息分析Agent對采集信息進(jìn)行處理，一方面根據(jù)規(guī)則庫分析庫內(nèi)信息，對教育資源信息進(jìn)行規(guī)范化處理。另一方面根據(jù)網(wǎng)絡(luò)用戶對資源的評價對資源設(shè)置等級，并通過教育資源信息管理Agent對教育資源信息庫內(nèi)的資源信息進(jìn)行刪除、修改處理。

二 關(guān)鍵技術(shù)

1 教育資源信息采集Agent

（1） 教育資源信息采集Agent

教育資源信息采集Agent它可自動采集Internet上發(fā)布的文本、圖象、聲音、視頻、動畫等有關(guān)教育資源屬性及其評價的相關(guān)信息，并定期自動更新。它為后繼的教育資源信息分析Agent提供豐富的教育資源信息庫。教育資源信息采集Agent具有自動探測前進(jìn)功能。Agent探測前進(jìn)是指發(fā)現(xiàn)有和知識模塊內(nèi)容相同的信息通過鏈接來搜索未知站點(diǎn)，假設(shè)Internet是一個有向圖，那么Internet上的每一站點(diǎn)內(nèi)的每一網(wǎng)頁就是圖中的一個結(jié)點(diǎn)，網(wǎng)頁中的連接就是有向圖的邊。教育資源信息采集Agent起始抓取頁面看作是該圖的根結(jié)點(diǎn)，利用圖的廣度優(yōu)先遍歷算法采集站點(diǎn)。

（2） 教育資源信息采集Agent的工作原理

信息采集Agent的基本模型由采集器、目標(biāo)模塊、知識模塊、效應(yīng)器、通信機(jī)制和信息處理器組成（如圖2）。教育資源信息采集Agent是思考性Agent，當(dāng)Agent根據(jù)目標(biāo)模塊的任務(wù)被激活時，采集器開始探測和接收外部信息流，信息處理器根據(jù)接收到的通訊原語、知識模塊信息、效應(yīng)器決定是否接受任務(wù)，并激活相應(yīng)的部件。目標(biāo)模塊以任務(wù)表的形式來表示，初始由用戶靜態(tài)建立。知識模塊存放有關(guān)教育資源方面的關(guān)鍵字，如媒體素材、題庫、網(wǎng)絡(luò)課件、案例等。信息處理器根據(jù)采集器探測到的鏈接和知識模塊的信息比較，發(fā)現(xiàn)了有符合的鏈接，信息處理器通過通訊機(jī)制把相關(guān)的信息通知教育資源信息管理Agent寫入教育資源信息庫，同時修改目標(biāo)模塊。效應(yīng)器根據(jù)信息處理器的控制命令執(zhí)行具體的事務(wù)處理。比如信息處理器在進(jìn)行一項任務(wù)的同時又接收到新任務(wù)，可先把任務(wù)放在表中，然后根據(jù)優(yōu)先級進(jìn)行處理。

2 教育資源信息分析Agent

（1） 分析Agent

目前常用的信息過濾方法有如下4種：基于關(guān)鍵詞向量的信息過濾方法;基于文章集的信息過濾方法;多Agent過濾方法和進(jìn)化式信息過濾方法。教育資源信息分析Agent屬于混合型Agent，它是由感知器、效應(yīng)器、通信機(jī)制、信息庫、規(guī)則庫組成。它既能夠快速地響應(yīng)外來信息和感知環(huán)境的變化，又可以對信息進(jìn)行篩選，并將處理的信息排序。

（2） 教育資源信息分析Agent

教育資源信息是以Web文檔形式存在，通常采用VSM（Vector Space Model）作為其特征的表示方法，將信息組織劃分為文檔集合、文檔、標(biāo)引詞三個級別。教育資源信息分析Agent信息庫是資源類型劃分的文檔集合經(jīng)過處理后被設(shè)置成為特征值或特殊符號的集合，具體是把文檔集合（Document）={文本信息，圖像信息，音頻信息，視頻信息，動畫信息}，按照教育資源建設(shè)規(guī)范的要求把文檔集合中每一類文檔的屬性值看作是標(biāo)引詞，教育資源信息的標(biāo)引詞（Key）＝｛標(biāo)題（Title）、創(chuàng)建者（Creator）、主題（Subject）、描述（Description）、出版者（Publisher）、貢獻(xiàn)人（Contributor）、日期（Date）、類型（Type）、格式（Format）、標(biāo)識符（Identifier）、源信息（Source）、語言（Language）、關(guān)聯(lián)（Relation）、覆蓋范圍（Coverage）、權(quán)限（Rights）｝。這樣就把教育資源信息設(shè)置成為一個二維表資源信息文檔（Infor_EDU_Res）＝｛DocKeyi，j｝，i=0，1，，，4，j＝0，1，，，14。Agent信息庫還包括一個資源信息評價表，表內(nèi)包括四個健值評價總數(shù)，好的個數(shù)，中的個數(shù)，差的個數(shù)，信息評價表（Infor_Evalu）＝｛Evalu_Sum， Evalu_Good， Evalu_Nor， Evalu_Bad｝。教育資源信息分析Agent的規(guī)則庫是把教育資源信息采集Agent所采集到的信息和資源信息文檔（Infor_EDU_Res）比較并把得到的健值與教育資源信息分析Agent信息庫的健值進(jìn)行相似度計算，這樣就可以把同一類型的資源信息放在同一個數(shù)據(jù)表里，便于用戶的查詢。然后通過對采集到的信息的評價設(shè)置成特征值對采集到的教育資源信息進(jìn)行排序。

（3） 教育資源信息分析Agent的作用

教育資源信息分析Agent的作用有兩個方面，一方面教育資源信息分析Agent根據(jù)規(guī)則庫分析庫內(nèi)信息，對教育資源信息進(jìn)行規(guī)范化處理。另一方面教育資源信息分析Agent根據(jù)網(wǎng)絡(luò)用戶對資源的評價對資源設(shè)置等級，并通過教育資源信息管理Agent對教育資源信息庫內(nèi)的資源信息進(jìn)行刪除、修改處理。

三 小結(jié)

基于Multi-Agent的教育資源信息采集分析系統(tǒng)充分發(fā)揮了Agent的智能性， 具體說明了各個Agent 的作用以及整個系統(tǒng)模型的運(yùn)行過程，在教育資源信息采集Agent我們采用了探測前進(jìn)，在教育資源信息分析Agent中我們探究了規(guī)則庫的建構(gòu)。從這個教育資源信息采集分析過程中也可以看得出，采集和分析的智能化得到了很大的提高，減少了人工的參與，采集的效率也得到了很大的改善，分析的明確性與有效性也在很大程度上得到了提高。

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