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面向議題關聯(lián)的雙邊多議題協(xié)商模型研究

2011-12-31 00:00:00胡軍,鄧磊,宋穎輝
湖南大學學報·自然科學版 2011年12期

摘 要:在Agent雙邊協(xié)商過程中往往包含對多個議題的協(xié)商.針對以往的基于議程、相似度、案例等協(xié)商方法中大部分都忽略了議題取值之間可能存在的依賴關系,提出一種面向議題關聯(lián)的雙邊多議題協(xié)商模型.首先模型結合了多議題順序協(xié)商思想和局部接受協(xié)商策略;其次引入離線學習機制,對協(xié)商成功的歷史記錄進行分區(qū)離線學習,利用離線學習機制產生的議題關聯(lián)規(guī)則與預測神經網絡實現(xiàn)對關聯(lián)議題可能接受取值的預測;最后模型提出一種基于關聯(lián)預測值的分段時間協(xié)商策略.實驗結果表明,該模型在一定程度上提高了協(xié)商的總體效用值和效率.

關鍵詞:多Agent系統(tǒng);多議題協(xié)商;關聯(lián)規(guī)則;分段時間策略

中圖分類號:TP309 文獻標識碼:A

Research on Interdependence-oriented Bilateral 

Multi-issue Negotiation Model

HU Jun, DENG Lei, SONG Ying-hui

(College of Information Science and Engineering, Hunan Univ, Changsha, Hunan 410082, China)

Abstract:In bilateral negotiation procedures, there often exist a number of issues. Models based on agenda, similarity or cases, ignore in most cases the interdependence of values of each issue. This paper proposes an interdependence-oriented bilateral multi-issue negotiation model. Firstly, the model adopts the thoughts of sequential procedure and local acceptance strategy for multi-issues negotiation. Secondly, it introduces off-line learning mechanism to partition the successful historical records of learning and uses these association rules and neural networks, which are generated from off-line learning to predict the acceptable values of interdependent issues. Lastly, this model presents a segmentation time strategy, which is based on the interdependent predicted value. The experiment results have shown that this model can improve the overall utility and efficiency to some extent.

Key words: multi Agent systems; multi-issue negotiation; association rules;segmentation time strategy



雙邊多議題協(xié)商是多Agent系統(tǒng)的一個重要研究課題,其模型研究以多屬性效用理論[1]為基礎進行展開,傳統(tǒng)模型[2-3]通常忽略議題取值之間可能存在的關聯(lián)依賴性,而在實際協(xié)商過程中,議題取值之間往往存在關聯(lián)依賴性,從而也增加了多議題協(xié)商問題的復雜性.近年來,針對多議題關聯(lián)協(xié)商問題研究者們也提出了一些解決方案,文獻[4]通過引入一種加權平均的近似求解方法來降低議題之間的關聯(lián)依賴度,從而降低效用空間的復雜度,文獻[5]則引入模擬退火方法搜索Pareto最優(yōu)解,雖然文獻[4-5]從一定程度上體現(xiàn)出了議題取值之間的關聯(lián)依賴性,但模型并沒有給出相關的形式化描述.而Robu[6]等人提出基于效用圖的協(xié)商模型,利用效用圖來描述議題之間存在的關聯(lián)關系,但模型中議題取值只能是二元取值0或1,因此很大程度上限制了該模型的實際應用范圍;文獻[7]則通過利用GAI網來描述議題之間存在的依賴性,其中議題可取多值,同時模型通過效用值來度量議題取值之間的依賴程度,但當議題的取值為連續(xù)或取值空間較大時,基于GAI網模型的應用將受到限制.針對基于效用圖和GAI網協(xié)商模型中存在的問題,本文提出一種新穎的面向議題關聯(lián)的雙邊多議題協(xié)商模型.通過對協(xié)商成功的歷史記錄進行分區(qū)離線學習,并利用學習產生的議題關聯(lián)規(guī)則來形式化描述議題取值之間的關聯(lián)依賴性.結合相應的議題關聯(lián)規(guī)則,模型給出了一種基于關聯(lián)預測值的分段時間協(xié)商策略.通過實驗對比分析,驗證了該模型的可行性與有效性,并且該模型從一定程度上提高了協(xié)商總體效用值與效率.

1 雙邊多議題協(xié)商模型

協(xié)商模型主要包括:協(xié)商策略、效用評估機制和協(xié)商協(xié)議等,本文提出的雙邊多議題協(xié)商模型BMINM(Bilateral Multi-Issues Negotiation Model)形式化定義如下:

BMINM=<A, TALL, I, Ev, OLM, S, P>

A:表示協(xié)商Agent集合,假設A={c,s},Agents代表服務方,Agentc代表客戶方.

TALL表示Agent對于所有議題的總協(xié)商時間,如TjALL表示Agentj所對應的總協(xié)商時間,而協(xié)商過程的時間由總協(xié)商時間較短的Agent決定.

I表示協(xié)商議題集合,I=I1,…,In,Iji代表Agentj中第i個議題,I可以定義為四元組: 

I=

其中W表示議題權重值集合,而wji為Agentj中議題i的權重值,wji<1且∑ni=1wji=1;D表示議題取值區(qū)間,Dji={[MinVji,MaxVji]|i∈I,j∈A}則表示Agentj中議題i的協(xié)商取值區(qū)間,其中MinVji表示Agentj對于議題i可接受的最小值,而MaxVji為對應可接受的最大值;X表示Agent的提議值集合,Xji={xji|i∈I,j∈A}為Agentj中議題i的提議值集合,且xji∈Dji,xji表示Agentj對議題i的提議值;T表示協(xié)商時間,Tji表示Agentj所對應議題i的協(xié)商時間Tji=wji*TjALL,且TjALL=∑ni=1Tji .

Ev表示效用評估函數(shù),Evji(xji)為Agentj對議題i的提議值xji進行評估,其中如果評估函數(shù)值關于提議值遞增,定義如下:

Evji(xji)=xji-MinVjiMaxVji-MinVji,i∈I,j∈A(1)

評估函數(shù)值關于提議值遞減,定義如下:

Evji(xji)=MaxVji-xjiMaxVji-MinVji,i∈I,j∈A(2)

而Agent的總體效用計算,定義如下:

Utility=∑ni=1wji*Evjixji.(3)

P表示協(xié)商協(xié)議,協(xié)商采用議價交互方式,過程中Agent可能的取值結果集Res∈{accept,reject,propose,success};accept表示接受當前提議值,議題協(xié)商成功,reject表示拒絕當前提議值,協(xié)商失敗,結束協(xié)商過程;propose表示提出新的提議值,協(xié)商Agent根據各自的協(xié)商策略產生出新的提議值,并利用式(1)或式(2)對提議值進行評估,從而確定相應提議值并與對方進行下一輪協(xié)商;success表示所有議題都協(xié)商成功,協(xié)商成功結束.OLM離線學習機制及S協(xié)商策略在下文中分別進行了詳細敘述.

2 OLM離線學習機制

OLM(Off-line Learning Mechanism)離線學習機制主要目的是為了構建議題關聯(lián)規(guī)則庫和形成較精確的關聯(lián)預測神經網絡結構,利用預測神經網絡來有效預測關聯(lián)議題可能接受的取值.通過利用協(xié)商成功的歷史記錄,本文提出了一種分區(qū)離線學習機制,主要包括兩部分:議題關聯(lián)規(guī)則產生機制與GNN(Genetic Algorithm-Neural Network)算法.下面分別對這兩部分進行描述.

2.1 關聯(lián)規(guī)則產生機制

在多議題協(xié)商過程中,議題與議題之間的取值往往可能存在關聯(lián)依賴性,當某個議題(多個議題)協(xié)商成功后,與之關聯(lián)的議題的取值往往可能屬于某個確定的取值區(qū)間,本文將此區(qū)間定義為關聯(lián)取值子區(qū)間.

假設Δj表示議題集合Ij的子集,即ΔjIj,且議題集合Ij=∪nset=1Δjset;Agentj中議題i的協(xié)商取值子區(qū)間表示為dj,其中sub表示對應議題取值子區(qū)間的標識符,對于djDji,且dj=[min vj,max vj],有Dji=∪nsub=1dj.綜合上述假設,對于Δjs1,Δjs2,Δjs3Ij(s1,s2,s3分別表示議題子集標識符),針對關聯(lián)依賴性的相關性質定義如下:

定義1 關聯(lián)依賴性.假設Δjs2中議題的取值依賴于Δjs1中議題的取值,則稱Δjs2關聯(lián)依賴于Δjs1,即Δjs1|= Δjs2;假設Δjs2中議題的取值不依賴于Δjs1中議題的取值,則Δjs1|≠Δjs2.

a)不相交性.已知Δjs1|=Δjs2,且s1≠s2,則Δjs1∩Δjs2=.

b)分解依賴性.已知Δjs1|=Δjs2,對于Iji'∈ Δjs2,則Δjs1|=Iji′.

c)完全依賴性.已知Δjs1|=Δjs2,對于δs1 Δjs1,且

瘙 綈 (δs1)|=Δjs2,則Δjs2完全依賴于Δjs1.

d)部分依賴性.已知Δjs1|=Δjs2,對于δs1 Δjs1,且(δs1)|=Δjs2,則Δjs2部分依賴于Δjs1;而通過將議題子集Δjs1進一步分解,可將部分依賴轉化為相應的完全依賴.

e)非傳遞依賴性.已知Δjs1|=Δjs2,并且Δjs2 |=Δjs3,而Δjs1|≠Δjs3,則Δjs3非傳遞依賴于Δjs1.

定義2 議題關聯(lián)規(guī)則.已知Δjs1|=Δjs2,Iji∈Δjs1,Iji'∈Δjs2,依據b)的分解依賴性與c)的完全依賴性,對于Δjs1|=Iji′所產生的關聯(lián)規(guī)則γ定義如下:

γjΔji|=Iji′=(∏ni=1dj)→dj.(4)

其中∏ni=1dj=dj<1,sub>∧…∧dj表示議題子集對應的關聯(lián)取值子區(qū)間集合,dj表示Iji′對應的關聯(lián)取值子區(qū)間,n表示議題子集Δjs1中議題的數(shù)量.

假設R表示議題子集之間的關聯(lián)規(guī)則集合,則RjΔs1|=Δs2表示由議題子集Δs1與Δs2所產生的關聯(lián)規(guī)則集合;對于Iji∈Δjs1,Iji′∈Δjs2,結合a)的不相交性,則(Iji)∈Δjs2∧(Iji′)∈Δjs1,排除了議題自身依賴于自身的關聯(lián)性.同時根據定義2中議題關聯(lián)規(guī)則的定義,RjΔs1|=Δs2定義如下:

RjΔjs1|=Δjs2={∪ni′=1γjΔjs1|=Iji′},j∈A(5)

其中n表示Δjs2中議題的數(shù)量.依據e)可知各議題子集之間不存在傳遞依賴性,因此議題關聯(lián)規(guī)則庫即為所有R的并集,定義如下:

Rulesj=∪ρ=nρ=1Rjρ,j∈A,(Δjs|=Δjs')∈ρ(6)

其中s與s’分別表示Agentj中議題子集的標識符.

為實現(xiàn)對關聯(lián)規(guī)則庫的構建,模型采用K-Means算法對協(xié)商成功的歷史記錄進行聚類分析,根據產生的關聯(lián)數(shù)據簇對關聯(lián)議題的取值區(qū)間進行合理劃分并產生出對應的區(qū)間到區(qū)間的關聯(lián)規(guī)則,結合公式(6)完成關聯(lián)規(guī)則庫的構建.其中,K-Means聚類算法使用距離作為相似性評價指標,例如,計算數(shù)據點(v1(1), v2(1),…, vu(1))(u是屬性的個數(shù))與 (v1(2), v2(2),…, vu(2))之間的距離dis,定義如下:

dis(v(1),v(2))=∑ui=1ωi(v(1)i-v(2)i)p1p(7)

式中ω表示屬性的權重.模型采用歐幾里得距離計算方法(p=2),并用絕對誤差標準來進行度量,其定義如下:

ES=∑kj=1∑v∈Cj|v-Centerj|(8)

其中ES表示絕對誤差之和,v表示數(shù)據簇Cj中的具體對象,Centerj表示Cj的中心點.算法采用循環(huán)迭代,直到每個數(shù)據點對象都屬于某一確定的數(shù)據簇且ES不發(fā)生改變或小于指定閾值.

2.2 GNN算法

通過上述關聯(lián)規(guī)則產生機制完成了關聯(lián)規(guī)則庫的構建,從而實現(xiàn)了對關聯(lián)議題可能接受的取值子區(qū)間的預測,為進一步實現(xiàn)對關聯(lián)議題可能接受的最終取值的預測,模型引入GNN算法(神經網絡與遺傳算法相結合[8]).依據神經網絡的特點,對聚類分析所形成的數(shù)據簇分別進行分區(qū)離線學習,得到對應取值子區(qū)間的預測神經網絡,從而實現(xiàn)關聯(lián)議題取值預測功能.在GNS[9](遺傳算法-神經網絡系統(tǒng))中,通過使用基因(GA)串最小化輸出預測誤差來實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化.下面對GNN算法進行詳細描述,神經網絡的3層結構:輸入層I、隱層H和輸出層O,假設各層神經元的個數(shù)分別為Q、M、R,神經網絡結構如圖1所示:

依據圖1,假設vmij表示輸入層第i個神經元和隱層第j個神經元之間的連接權值,wmjk表示隱層第j個神經元和輸出層第k個神經元之間的連接權值,則輸入層與隱層之間的權值矩陣表示如下:

V_MatrixQ,M=vm11…vm1MvmQ1…vmQM

隱層與輸出層之間的權值矩陣表示如下:

W_Matrix[M,R]=wm11…wm1RwmM1…wmMR

假設神經網絡各層的傳遞函數(shù)fθ(θ={I,H,O})為:輸入層為線性函數(shù),隱層為Log-Sigmoid函數(shù),輸出層為Tan-Sigmoid函數(shù);同時對于神經網絡各層結點的輸出計算,定義如下:

Outθk=fθ(∑numj=1Inθjθjk+bθk)(9)

其中num∈Q,M,R;In表示對應結點的輸入矩陣;表示權重矩陣集合,∈{V_Maxtrix,W_Matrix};bθ表示各層的偏置值集合.

結合遺傳算法,通過GA串最小化神經網絡的輸出誤差,其中GA串的適應度函數(shù)f定義如下(TOk表示輸出層O第k個神經元的目標輸出,OutOk為對應的預測輸出):

f=1N1R∑Nn=1∑Rk=1TOkn-OutOkn2(10)

其中N表示訓練模式的數(shù)量.

綜合上述關聯(lián)規(guī)則產生機制與GNN算法,分區(qū)離線學習機制(OLM)算法描述如下:

offlineLearingMechanism(){

samples=getSuccessRecord();//獲取成功歷史記錄

clusters=K-MEANS(sample);//聚類分析

saveRules(clusters);//構建并保存關聯(lián)規(guī)則庫

init(gnn); //初始化GNN算法相關參數(shù)

for each cluster in clusters//分區(qū)離線學習開始

if (存在數(shù)據)

do while(gen

//計算每個基因串關于樣本的適應度值

for each gaStr in GAStrs

//初始化神經網絡相應參數(shù)矩陣值

initNeuralNetworkParam(gaStr);

for each case in cases//循環(huán)簇中每個樣本

//計算當前輸入樣本的預測輸出

outputValues[case]=calPredictOutput(neuralNetwork,gaStr,case);

endfor

//計算適應度值公式(10)

calGaFitness(gaStr,outputValues,cases);

endfor

//收集所有GA串的適應度值

allFitness=collectAllFitness(GAStrs);

//通過選擇、交叉、變異產生下一代種群

generateNewGAStrs(GAStrs,allFitness);

gen++;

enddo//遺傳算法結束

best=getBestGAStr();//獲取最優(yōu)串

saveNeuralNetwork(best);//保存關聯(lián)預測神經網絡

endif

endfor//離線學習結束

}

綜合上述,OLM離線學習機制首先利用K-Means算法對協(xié)商成功的歷史記錄進行離線聚類分析,產生出相應的議題關聯(lián)數(shù)據簇,從而實現(xiàn)對關聯(lián)議題取值區(qū)間的合理劃分,并完成對議題關聯(lián)規(guī)則庫的構建;其次模型結合GNN算法分別對每個數(shù)據簇進行離線學習,形成對應的關聯(lián)預測神經網絡,從而實現(xiàn)對關聯(lián)議題可能接受取值的有效預測.

3 協(xié)商策略

協(xié)商策略是Agent在協(xié)商過程中根據當前可知信息從而確定當前議題提議值的機制,而策略的選擇將直接影響協(xié)商的效率及總體效用值,本文提出一種基于預測值的分段時間依賴策略,同時結合了最終時間點讓步策略.首先,基于預測值的分段時間依賴策略以時間依賴策略為基礎,時間依賴策略[10]的類型主要包括快速型、緩慢型、線性型等;S(Strategy)協(xié)商策略中時間依賴函數(shù)φ(t)定義如下:

φji(t)=λj+(1-λj)(tTji)1Γ(11)

式中 λ為常數(shù),Γ為時間依賴因子,根據Γ的不同取值,3種策略定義如下:Γ>1,為快速型;0<Γ<1,為緩慢型;Γ=1,為線性型.依據式(11)定義的時間依賴函數(shù)φ,Agent在t時刻對議題i的提議值x,定義如下(t≤Tji):

xji(t)=MinVji+φji(t)Dji

MinVji+(1-φji(t))Dji(12)

式中Dji=MaxVji-MinVji為議題i協(xié)商取值區(qū)間的模.依據離線學習產生的議題關聯(lián)規(guī)則庫,假設t<sub>表示議題取值子區(qū)間d<sub>=[min v<sub>,max v<sub>]對應的協(xié)商時間;t表示議題i在對應取值子區(qū)間上的協(xié)商時間,其中Tji=∑constsub=1tj,則tj定義如下:

tj=dj*TjiDji(13)

式中dj=max vj-min vj為議題i對應取值子區(qū)間的模.通過結合離線學習產生的關聯(lián)預測神經網絡,假設對于議題i的關聯(lián)預測值pv存在,由式(11)可得φ(t)的逆函數(shù)φ-1(t),結合式(12)可計算出服務方提議值近似為預測值的預測時間點ζ.因此,基于預測值的分段時間依賴策略定義如下.

Agent在t時刻對議題i的提議值為x,當t≤ζ時:

xsi(t)=min vs+φsi(t)dsmin vs+(1-φsi(t))ds.(14)

當t>ζ時,t′=[0,ts-ζ],同時調整相應的議題取值區(qū)間(xsi(0)=pvsi)和相應的時間依賴因子Γ,提議策略定義如下:

xsi(t′)=min vs+φsi(t′)d′smin vs+(1-φsi(t′))d′s(15)

其中d′s=max v′s-min vs.

在協(xié)商過程中,協(xié)商雙方引入基于最終時間點讓步策略,策略定義如下:假設對于議題i的最后一次提議值為x(Tji),Agent將通知對方當前提議為最后一次提議,對方收到提議值后判斷是否屬于可接受的取值區(qū)間之內,如果屬于則接受最終提議值,否則當前議題協(xié)商失敗,結束協(xié)商.

4 實驗設計與分析

實驗采用Eclipse平臺,通過實驗模擬實現(xiàn)雙邊多議題協(xié)商交互過程,實驗模型包括:基于議程的協(xié)商模型ANM(An Agenda-based Negotiation Model)、基于關聯(lián)規(guī)則的協(xié)商模型ARNM(An Association Rule-based Negotiation Model)和BMINM協(xié)商模型.其中ANM模型采用文獻[3]的思想,利用外生議程與內生議程相結合的方式進行協(xié)商并忽略各議題取值之間存在的依賴性;ARNM模型則在ANM模型基礎上引入前述章節(jié)中的議題關聯(lián)規(guī)則產生機制,采用普通的時間依賴策略(公式(12)),并結合最終時間點讓步策略;BMINM模型則結合OLM離線學習機制與基于預測值的分段時間依賴策略,同時引入最終時間點讓步策略.在實驗過程中,定義UI為模型M1相對于模型M2提高(減少)的協(xié)商效用,結合公式(3)定義如下:

UI=Utility(M1)-Utility(M2)*100%(16)

同時定義EI為模型M1相對于模型M2提高(減少)的協(xié)商效率,定義如下:

EI=(Times(M1)-Times(M2))TALL*100%(17)

其中Times(M1)與Times(M2)分別表示模型M1,M2在協(xié)商過程中的總體協(xié)商交互次數(shù).

實驗主要針對服務方展開討論,假設議題集合I={價格,交付時間,質保時間};各議題的取值連續(xù),對應權重值集合W={0.4,0.2,0.4};取值區(qū)間分別為:價格∈[3 000,4 500],交付時間∈[3,15],質保時間∈[180,720],協(xié)商時間TALL=300.議題基本屬性設置完成后,對OLM離線學習機制的相關參數(shù)進行設置:假設議題子集Δs1={價格},Δs2={交付時間,質保時間},Δs2完全依賴于Δs1,Δs1|=Δs2;同時設置K-Means算法參數(shù)k=10;GNN算法參數(shù)設置如表1所示.

依據表1,對所有參數(shù)設置完成后,服務方對11 000條協(xié)商成功的歷史記錄進行分區(qū)離線學習,

完成議題關聯(lián)規(guī)則庫及相應的關聯(lián)預測神經網絡的構建.取200個客戶請求實例,根據不同類型的協(xié)商策略分別對實驗涉及的3種協(xié)商模型進行實驗,協(xié)商的平均總體效用值與平均總體交互次數(shù)的實驗結果如表2所示.

結合表2分析,基于表中的3種策略,引入了議題關聯(lián)規(guī)則產生機制的ARNM模型相對于ANM模型的平均協(xié)商效用值與協(xié)商效率都得到了明顯提高;而對于引入了基于預測值的分段時間協(xié)商策略的BMINM模型相對于ARNM模型在平均交互次數(shù)變化不大的基礎上平均效用值卻得到了進一步提高;當采用緩慢型協(xié)商策略時,BMINM模型獲取的平均效用值比基于其它兩種策略獲取的平均效用值高,而具體的協(xié)商總體效用對比圖(結合公式(3))和總體交互次數(shù)對比圖如圖2、圖3所示(含50個客戶請求實例).

客戶請求編號

結合表2對3種不同策略類型的樣例實驗結果進行具體分析如下:在平均總體效用值方面(結合公式(16)),BMINM模型相對于ARNM模型分別提高了1.7%,0.9%,2%,相對于ANM模型分別提高了11.4%,15.8%,18.4%;而對于平均協(xié)商效率方面(結合公式(17)),雖然BMINM的協(xié)商效率略低于ARNM模型,但相對于ANM模型分別提高了21.7%,12.7%,8.3%.同時結合圖4,針對實驗給出的測試樣例,當未采用最終時間點讓步策略時,BMINM,ARNM,ANM的協(xié)商成功率分別為92.5%,92.5%,100%,而采用最終時間點讓步策略后,3種模型的協(xié)商成功率均為100%,因此驗證了最終時間點讓步策略的有效性.綜合上述對比實驗,驗證了BMINM模型的可行性與有效性,同時表明采用BMINM模型進行雙邊多議題協(xié)商從一定程度上可提高協(xié)商的總體效用值和協(xié)商效率.

5 總 結

本文提出一種面向議題關聯(lián)的雙邊多議題協(xié)商模型,首先,通過引入OLM離線學習機制完成議題關聯(lián)規(guī)則庫及關聯(lián)預測神經網絡的構建,實現(xiàn)對關聯(lián)議題可能接受取值的有效預測;其次提出一種基于預測值的分段時間協(xié)商策略,最后通過實驗對比分析,驗證了該模型的可行性與有效性.

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