基于黑板的多Agent智能體育訓練管理決策支持系統方案設計研究

馬新錄

（寶雞職業技術學院 陜西 寶雞 721013）

基于黑板的多Agent智能體育訓練管理決策支持系統方案設計研究

馬新錄

（寶雞職業技術學院 陜西 寶雞 721013）

我國多數學校體育訓練管理中存在訓練目的性不強、訓練效果不佳、輔助決策手段落后等問題，針對上述問題創建有效的管理決策支持系統尤為重要。文中基于Agent、DSS的特點，深入分析高校體育管理決策支持系統的需求，提出基于Multi-Agent技術體育訓練管理決策支持系統的總體框架、具體實現方式，運用實例辯證分析該系統的可行性和可靠性，在一定程度上提升體育訓練管理的效果，也為其他類似系統的開發提供重要借鑒。

多Agent；體育訓練管理；決策支持系統；設計

隨著國民生活水平的提高，居民的生活和消費觀念發生著明顯的變化，某些大城市為健康而消費成為提升生活質量的新標志。相關統計數據表明，我國國民身體素質水平呈現逐年降低趨勢，其中，學生群體的身體素質下降程度最為明顯[1]。針對這一情況，國家政府先后出臺一系列措施和方法，但收效甚微。影響國民素質水平的因素較多，制定的體育訓練計劃是否合理、訓練方法是否可行成為關鍵因素之一。同時，各個學校體育老師的水平有一定差異，制定詳細的體育訓練計劃和采用的訓練方法中出現較強的主觀意識性，無法依據學生具體情況開展針對性的訓練，致使學生對體育訓練活動參與積極性不佳，訓練效果不理想，嚴重影響學生的身體健康和全方面發展。早在20世紀70年代，美國的麻省理工大學提出決策支持系統（DSS），把DSS應用與體育鍛煉等領域，在大量實踐中獲得優秀經驗和理想的成果[2]。文中針對體育訓練管理中出現的一系列問題，制定符合學生身體發展的體育訓練計劃和方法，提升學生的整體素質水平。

1 簡述Agent技術和決策支持系統相關概念

決策支持系統（Decision Support Systen，DSS）是指采用計算機技術為主要工具，借助管理科學、控制學等相關理論，與計算機系統檢實施交流操作，有利于管理人員制定科學合理的決策，提高管理決策的可行性和有效性，為使用者創設集合信息、知識等內容為一體的管理環境[3]。

Agent技術能夠在動態環境下自動運行，具較高自治能力的計算機系統，該技術可以感知各類環境下的變化并制定一系列調整方法。在多數Agent研究中，最經典要數關于Agent的弱定義和強定義。每個Agent技術具有如下特性：1）協作性：多Agent之間可以借助復雜的通信機制實現相互協作。如果存在沖突可通過相互協商消除，從而保障各個Agent行為既有局部效應也具有全局效應。由此表明，Agent采用通信機制創建寬松、靈活的結構，相互之間可以通信兵傳遞、繼承智力信息。2）自主性：每一個主體均為該模型的獨立決策者，它們可以感知周圍環境是否發生變化，借助主體之間的消息機制獲取或傳遞信息，產生獨立于其它主體的行為。強定義是指在上述特性基礎上添加知識、責任、目標等精神層面的概念。如何有效解決Agent之間互相協作問題，成為學者在研究Agent過程中經常遇到的問題。運用MAS協作解決問題能力有所提升，能夠為復雜的問題制定最簡便的解決法案干，從而提升該系統的執行能力，實現與已有軟件最有效銜接的效果。

2 設計多Agent體育訓練管理決策支持系統

2.1 系統總體結構

深入分析學生的特點和體育訓練管理相關內容，借助Agent、Multi-Agent等技術創建相應的體育訓練管理決策支持系統，該系統總體框架如圖1所示。

圖1 基于Agent學生體育訓練管理決策系統框架圖

圖1中，界面Agent主要功能是與決策者實現交互狀態，界面Agent能夠主動勘測管理環境的相關信息，掌握決策人員的興趣、愛好、行為習慣等內容。制定決策時，可以為決策用戶提供重要的輔助確保其制定最佳的決策管理系統。

黑板控制Agent是整個體育管理系統的關鍵內容，主要用來控制黑板或與其相關的Agent界面。運用已有的知識庫與Agent之間的關系，將有待解決的問題劃分為多個子問題，隨后劃分至黑板不同層次中，對各個層次內容實施針對性處理，改善Agent之間各種決策信息出現沖突的情況[4-5]。黑板控制Agent結構如圖2所示。

圖2 黑板控制Agent結構簡圖

功能實現Agent主要用來整理由黑板接收到的信息，從而獲取解決問題的目的，針對這些目標進行分割處理，轉移為某個或者多個決策Agent來執行，其功能實現結構如圖3所示。

圖3 功能實現Agent結構簡圖

決策實現Agent功能與該系統的決策者及其各個部門相互對應，從而完成各個系統的決策任務。在Agent各個功能制約下，借助決策Agent各個功能之間的協調效果，制定針對性決策并達到最佳管理效果[6]。

2.2 Agent技術的實現方法

2.2.1 Agent的抽象結構

現階段，基于Agent開發軟件處在快速發展的范疇中，因Agent領域的有關理論研究和應用技術并不成熟，也未組成統一的開發模式[7]。現階段，多數研究者使用面向對象技術方法，研發一系列具備Agent特性的系統，確保經過改裝的Agent獨享具有反應性、自治性的特征。Agent功能實現必須具備知識推理、執行和通訊3個主要模塊，Agent結構關系如圖4所示。通訊模塊主要用于收集由外部或其他Agent傳遞而來的數據信息，并將上述數據信息轉換為Agent容易理解的模式并進行發送操作[8-9]。執行模塊是管理決策系統內部最重要的決策部件之一，依據知識模塊運行方法、行為原則等制定合理的判斷方法，并實時更新知識推理單元的數據信息。知識推理模塊擁有強大的自動更新功能，內部包含Agent具體的行為規范和使用方法，為Agent自主活動提供重要參考[10]。以下為Agent實現過程的抽象描述，假設環境作為任何離散狀態的有限集合E:E{e，e’，···}，Agent具備一個能夠執行動作的清單，從而改變環境狀態AC={a，a’，···}表示有限的動作集合。

圖4 Agent結構簡圖

2.2.2 Agent的行為建模

Agent行為中包含狀態評估、制定決策、規劃等內容、Agent行為建模是指對認知處理中包含的認知過程實施建模。決策制定作為該環節的核心內容，決策制定從不同方法中挑選最佳的方法并執行操作。可以借助效用理論判定執行方案的優劣。根據效用理論相關內容，假定存在n個可以選擇的方案，處于目前狀態下，運用決策方案為Ai，有可能出現的狀態為Sj，每個狀態的效用值為U（Sj），概率為Pj，那么，該決策獲得的期望效用值為：

對比各個方案的不同期望效用值，其中，獲得最大期望效用的方案即為最佳決策A，具體表示為：

2.3 設計Agent系統間的通訊機制

在Multi-Agent設計學生體育訓練管理決策系統，Multi-Agent借助黑板模塊實現對Agent系統的通訊，通信系統具體結構如圖5所示。

圖5 Agent系統檢通訊結構簡圖

基于Multi-Agent設計相應的黑板模塊提供充足的工作范圍，Agent可以實現實時交換數據信息的目的。建設Agent初期，可以在黑板上輸入一系列信息項目上述信息也可以分享給其他Agent模塊使用，且能夠隨時訪問黑板，便于獲取大量有價值的數據信息。Agent通過篩選功能選定自己所需的信息，系統內不同Agent功能不會出現互相通信，每一個Agent具備獨立求解的子問題[11]。

功能Agent可以把某個問題劃分成若干個子問題，使得多數Agent主動參與求解問題這一過程中，可以暫時建立一個聯盟求解問題[12]。當求解問題完成后，借助Agent把上述信息傳送至黑板進行綜合，最后反饋到相對應的Agent界面并傳輸至用戶手中。設計的黑板系統內，Agent由黑板提供的公共區域收集相應的信息，該技術適合容量大、頻率低這類通訊方法，這一設計模式能達到體育訓練管理決策系統所需的通訊方式[13]。

3 系統應用實例

體育訓練管理決策系統內的數據信息主要收集某個學校信息管理系統、文學院體育成績管理系統等，管理模型主要包括預測、回歸等模型，規則庫內設定待測學生身體素質評估要求和規則等內容[14]。體育訓練管理決策制定過程如下：

收集某班60人身體素質數據和達到要求的數據信息，并將其訓練時間設定在某個輸入界面內，例如：制定學生的一周計劃或一個學期計劃訓練。60名 學生身體素質各項信息和達標數據均儲存至數據庫內，時間安排數據存儲至黑板上，從而組成相應的規則，指導學生開展計劃性訓練。其中，界面Agent設計細致的計劃信息并傳送給黑板控制模板，黑板控制模板依據知識庫協作規則把有待解決的問題劃分為身體素質測評、安排訓練時間、制定訓練計劃等子問題，隨后將這些子問題交由相對應功能的Agent進行處理[15]。例如：學生的身體素質測評功能Agent可以劃分為升高、心率、肺活量、視力等小任務，隨之交由相應的決策Agent實施決策支持。每一個功能Agent會將決策Agent功能推測結果反饋至黑板上，黑板在單元內實現匯總，把身高、體重、肺活量、最合理的訓練計劃等子結果匯總數據[16]，運用界面Agent中的固態表格展現給計劃制定者，做出針對性的解釋。

4 結束語

總之，學生體育訓練管理作為決策支持系統全新的應用領域，基于Agent技術制定體育訓練管理決策支持系統，它能夠為學生制定科學合理的體育訓練和管理計劃，在高校體育訓練管理中發揮著重要的作用。

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Study on system design of blackboard support multi Agent intelligent decision based on physical training and management

MA Xin-lu
（Baoji Vocational Technology College，Baoji 721013，China）

The majority of our school physical training and management are the purpose of training is not strong，poor training effect，an assistant decision-making means backward problems.In view of the above questions to create effective management decision support system is very important.In this paper，based on the characteristics of agent，DSS，in-depth analysis of the sports management decision support system of demand，put forward based on multi agent technology，physical training and management decision support system，the overall framework and specific ways.Examples of the use of dialectical analysis of the feasibility and reliability of the system.In a certain extent，improve the effect of physical training and management，but also provide an important reference for development of other similar systems.

Agent；sports training management；decision support system；design

TN99

A

1674－6236（2016）24-0046-03

2015-12-30 稿件編號：201512315

馬新錄（1965—），男，陜西眉縣人，講師。研究方向：體育教育，運動訓練。