Nghiên cứu ứng dụng hệ thống đa tác tử trong quản lý sóng thần ở việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN PHƯƠNG ANH HÙNG CƯỜNG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ĐA TÁC TỬ
TRONG QUẢN LÝ SÓNG THẦN Ở VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN PHƯƠNG ANH HÙNG CƯỜNG
HÀ NỘI, NĂM 2021


NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ĐA TÁC TỬ
TRONG QUẢN LÝ SĨNG THẦN Ở VIỆT NAM

Ngành (chun ngành) : Cơng nghệ thông tin
Mã số: 8480201

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. Lê Nguyễn Tuấn Thành

HÀ NỘI, NĂM 2021


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là Luận văn thạc sĩ của bản thân tôi. Các kết quả trong Luận văn

thạc sĩ này là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình
thức nào.Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi
nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Học viên thực hiện
Chữ ký

Nguyễn Phương Anh Hùng Cường

1


LỜI CÁM ƠN
Lời đầu tiên, em xin chân thành gửi lời cám ơn tới các thầy cô trong trường Đại học
Thủy Lợi nói chung và các thầy cơ giáo trong Khoa Cơng nghệ thơng tin nói riêng,
những người đã nhiệt tình giảng dạy và truyền đạt những kiến thức cần thiết trong suốt
thời gian em học tập tại trường để em có thể hồn thành tốt q trình học tập của mình.
Đặcbiệt,emxingửilờicảmơnchânthànhvàsâusắcđếnTS.LêNguyễnTuấnThành,
ngườiđãtrựctiếphướngdẫntậntìnhchỉbảoemtrongsuốtqtrìnhlàmLuậnvănthạc sĩ.
Dokiếnthứccịnhạnhẹpvàkhảnăngcịnhạnchế,kinhnghiệmthựctếkhơngcónhiều, thời gian có hạn
nên trong Luận văn thạc sĩ cịn nhiều điểm thiếu sót. Kính mong q thầy cơ và các bạn thơng cảm,
đưa ra những góp ý quý báu để Luận văn thạc sĩ của em được hoàn thiệnhơn.
Em xin chân thành cảm ơn!


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁCHÌNHẢNH......................................................................................v
DANH MỤCBẢNGBIỂU............................................................................................vi
DANH MỤC CÁC TỪVIẾTTẮT...............................................................................vii
MỞĐẦU........................................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1

1.1

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐATÁCTỬ......................................3

Giới thiệu về hệ thống đatáctử..........................................................................3

1.1.1

Giới thiệu chung vềtáctử............................................................................3

1.1.2

Khái niệm về hệ đatáctử............................................................................6

1.1.3

Các đặc điểm của hệ đatáctử......................................................................8

1.1.4

Thách thức đối với hệ thống đatáctử..........................................................9

1.1.5

Ứng dụng của hệ thống đatáctử................................................................10

1.2

Phân loại các hệ thống đatáctử........................................................................11

1.2.1

Kiến trúcbêntrong....................................................................................11

1.2.2

Tổ chức tác tửtổngthể..............................................................................13

1.3

Giao tiếp trong các hệ thống đatáctử..............................................................19

1.3.1

Giao tiếpcục bộ........................................................................................19

1.3.2

Bảngđen...................................................................................................20

1.3.3

Ngôn ngữ giao tiếp củatáctử....................................................................21

1.4

Quá trình ra quyết định trong các hệ thống đatáctử........................................24

1.4.1

CânbằngNash...........................................................................................24

1.4.2

Phương pháp loại bỏ lặplại......................................................................24

1.5

Sự phối hợp trong các hệ thống đatáctử..........................................................25

1.5.1

Phối hợp thông quagiaothức....................................................................26

1.5.2

Phối hợp quađồthị....................................................................................27

1.5.3

Phối hợp thơng qua các mơ hìnhniềmtin..................................................28

1.6

Q trình học trong các hệ thống đatáctử.......................................................28

1.6.1

Học tậpchủđộng.......................................................................................29

1.6.2

Học tậpphảnứng.......................................................................................30

1.6.3

Học tập dựa trênhệquả.............................................................................30

1.7

Mơ hình hố và mô phỏng đatáctử..................................................................32


1.7.1

Giới thiệu về mơ hìnhhóa........................................................................32

1.7.2

Giới thiệu vềmơphỏng.............................................................................33

1.7.3

Một số nền tảng mơ hình hóa và mơ phỏng đatáctử.................................34

1.7.4

NềntảngNetLogo......................................................................................36

1.8

Tổngkếtchương...............................................................................................39

CHƯƠNG 2
2.1

MƠ HÌNH HỐ BÀI TỐN SƠ TÁNSĨNGTHẦN.......................40

Bài tốn sơ tánsóngthần..................................................................................40

2.1.1

Khái niệm vềsóngthần.............................................................................40

2.1.2

Thực trạng nghiên cứu sóng thần ởViệtNam...........................................45

2.1.3

Mức độ nguy hiểm sóng thần trong khu vựcbiểnĐơng.............................46

2.1.4

Bài tốn sơ tánsóngthần...........................................................................50

2.2

Khảo sát các mơ hình sơ tán sóng thần đã đượcphát triển...............................51

2.3

Xây dựng mơ hình sơ tán sóng thần ở Đà Nẵng,ViệtNam..............................52

2.3.1

Miêu tả khu vựcnghiêncứu.......................................................................52

2.3.2

Miêu tả cáctáctử.......................................................................................54

2.3.3

Miêu tả sự vận động củasóng thần...........................................................55

2.4

Tổngkếtchương...............................................................................................55

CHƯƠNG 3

MƠ PHỎNG MƠ HÌNH SƠ TÁNSĨNGTHẦN...............................56

3.1

Cài đặtmơhình................................................................................................56

3.2

So sánh các chiến thuật sơ tán cho kháchdulịch.............................................60

3.3

Hiệu quả của việc nhận thức đầy đủ về khu vực bịảnhhưởng.........................63

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNGPHÁTTRIỂN.....................................................................65
TÀI LIỆUTHAMKHẢO.............................................................................................66


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Mơ hình tác tử trí tuệ nhân tạo được đề xuất bởi Russell và Norvig vào
năm1995[2]......................................................................................................................... 3
Hình 1.2 Các khối xây dựng điển hình của một tác tửtựtrị.............................................5
Hình 1.3 Phân loại hệ thống đa tác tử dựa trên các thuộc tính khácnhau[1].................12
Hình 1.4 Kiến trúc tác tử phâncấp[1]...........................................................................13
Hình 1.5 Một ví dụ về “Superholon” với các vòng lồng nhau tương tự như kiến trúc đatác
tử phâncấp[1]....................................................................................................................15
Hình 1.6 Kiến trúc đa tác tử liên minh sử dụng các nhóm chồngchéo[1].....................16
Hình 1.7 Kiến trúc đa tác tử nhóm với chế độ xem một phần các nhómkhác[1]...........18
Hình 1.8 Giao tiếp giữa các táctử[1]............................................................................19
Hình 1.9 Giao tiếp bảng đen giữa các táctử[1].............................................................20
Hình 1.10 Giao tiếp bảng đen sử dụng giao tiếp từ xa giữa các nhóm táctử[1]............21
Hình 1.11 KQML - Cấu trúc ngơn ngữ phânlớp[1]......................................................23
Hình 1.12 Phân loại các cơng cụ, nền tảng mơ hình và mơ phỏng đa táctử[4].............35
Hình 1.13 Cửa sổ hiển thị giao diện của mơ hình một đàn kiến kiếm thức ăn, được
cung cấp sẵn trong thư việncủaNetLogo......................................................................38
Hình 1.14 Cửa sổ hiển thị thơng tin củamơhình...........................................................38
Hình 1.15 Cửa sổ hiển thị mã nguồn củamơhình.........................................................39
Hình 2.1 Vận tốc lan truyền của sóng thần với những độ sâu khácnhau[6]..................41

Hình 2.2 Sóng thần hình thành do động đất ở các đới hútchìm[6]................................42
Hình 2.3 Sóng thần hình thành do trượt lởđất[7]..........................................................42
Hình 2.4 Thiệt hại do thảm hoạ động đất, sóng thần gây ra tại Nhật Bản ngày11/03/2011.
......................................................................................................................................... 44
Hình 2.5 Bản đồ kiến tạo khu vực biển Đơng NamÁ[7]..............................................46
Hình 2.6 Bản đồ địa chấn kiến tạo lãnh thổ ViệtNam[8]..............................................47
Hình 2.7 Sơ đồ phân bố vùng nguồn sóng thần trên BiểnĐơng[9]................................50
Hình 2.8 Mạng lưới đường bộ trong khu vực nghiên cứu được trích xuất
từOpenStreetMap..............................................................................................................53
Hình 2.9 Vị trí các điểm trú ẩn trong khu vựcnghiêncứu...............................................54
Hình 3.1 Giao diện tổng quan mơ hình sơ tán sóng thần tạiĐàNẵng............................56
Hình 3.2 Mơ hình sau khi thiết lậphồnthành...............................................................57
Hình 3.3 Giao diện tham số đầu vào các tác tử con người và phương tiện
giaothơng.59Hình 3.4 Các tùy chọn khác trongmơhình.......................................................59
Hình 3.5 Kết quả chạy mơ hình sơ tán sóng thần tạiĐàNẵng.......................................60
Hình 3.6 Tỷ lệ phần trăm về thương vong của dân bản địa và khách du lịch, theo
thờigianthực..................................................................................................................... 64
Hình 3.7 Tỷ lệ phần trăm đã sơ tán thành công vào địa điểm trú ẩn của dân bản địa
vàkhách du lịch, theo thờigianthực......................................................................................64


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 Thiết lập các điểmtrúẩn................................................................................57
Bảng 3.2 Giá trị cho các tham số đầu vào củamơhình..................................................58
Bảng 3.4 Kết quả mô phỏng với chiến thuật sơ tán theo hiệu ứngđámđông.................61
Bảng 3.5 Kết quả mô phỏng với chiếnthuật“wandering”.............................................62
Bảng 3.6 Kết quả mô phỏng với chiến thuật“followingrescuers/locals”.......................62


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

TÊN VIẾT TẮT

TỪ ĐẨY ĐỦ

NGHĨA TIẾNG VIỆT

MAS

Multi Agent System

Hệ thống đa tác tử

ABM

Agent-based modeling

Mơ hình hóa dựa trên tác tử

ABMS

Agent-based modeling and

Mơ hình hóa và mơ phỏng dựa

simulation

trên tác tử

Least cost distance

Mơ hình khoảng cách chi phí

LCD

tối thiểu
GIS

Geographic information

Hệ thống Thơng tin Địa lý

systems
ACL

Agent Communication

Ngơn ngữ giao tiếp tác tử

Language
KIF

Knowledge Interchange Format

Định dạng trao đổi tri thức

KQML

Knowledge Query and

Ngôn ngữ thao tác và truy vấn

Manipulation Language

tri thức

Foundation for Intelligent

Mơhìnhchotáctửvậtlýthơngminh

FIPA

Physical Agent


MỞ ĐẦU
Hoạt động địa chất của vành đai lửa Thái Bình Dương là ngun nhân chính dẫn đến
hàng loạt vụ sóng thần có sức tàn phá kinh hồng trong lịch sử nhân loại. Tối ngày 22
tháng 12 năm 2018, một trận sóng thần đã xảy ra sau hoạt động của núi lửa Anak
Krakatau. Trận sóng thần xuất hiện sau khi một mảng rộng 0.64 km vng ở sườn tây
namnúilửaAnakKrakatauđổsụpxuốngbiển,gâylởđấtdướibiển. Sóngthầnkếthợp với triều
cường tạo ra những cơn sóng cao 3 m, tấn cơng vùng bờ biển phía nam đảo Sumatra và
phía tây đảo Java. Thảm họa này khiến ít nhất 373 người đã thiệt mạng, 1459 người bị
thương và 128 người vẫn mất tích. Trước đó là trận sóng thần xảy ravàongày28tháng09năm2018,
cũngtạithànhphốDonggalavàPalu,trênđảoTrungSulawesithuộcIndonesiađãliêntụchứngchịuhaitrậnđộngđấtmạnh6,1độRichtervà7,5
độRichterlàmrungchuyểncảkhuvực.Tồnbộvịnhđãbịtấncơngbởisóngthầnvớichiềucaotừ2,2mđến6mvàvàosâutrongđấtliền
khoảng 500m tính từ bờ biển. Sóng thần đã cướp đi sinh mạng của 2073 người, làm 10679 người bị thương và
680nạnnhânmấttích.Nhữngthiệthạivềngườivàtàisảnnàydonhữngtrậnsóngthần gây ra phải mất
nhiều năm mới có thể khắc phụcđược.
Để giảm thiểu thiệt hại gây ra bởi các thảm hoạ thiên nhiên, các nhà nghiên cứu đã đề

xuấtnhiềucáchtiếpcận.Mộttrongsốcáccáchtiếpcậnđượcsửdụngnhiềulàmơhình hố và mơ
phỏng các hệ thống quản lý thiên tai, trong đó hệ thống đa tác tử được sử dụng phổ biến
hơn cả. Hệ thống đa tác tử là một cách tiếp cận mới nhưng có ưu điểm giúp cho mơ hình
hố, mơ phỏng và phân tích nhiều bài tốn phức tạp trong thực tế mà các hệ thống khác
khó có thể làm được. Hệ thống đa tác tử bao gồm tập hợp các tác tử tương tác lẫn nhau và
giao tiếp với môi trường xung quanh nhằm đạt được những mục tiêu của chúng. Khi sử
dụng hệ thống đa tác tử, ta thu được những kết quả mô phỏng của các bài toán phức tạp
trong thực tế một cách hiệu quả hơn. Nhờ các kết quả được cải thiện này, q trình ra
quyết định được hỗ trợ chính xác hơn và cải thiện chất lượng của quản lý khủnghoảng.

1


Quảnlýsóngthầnlàmộtlĩnhvựcbaoquátrộnglớnbaogồmviệclậpkếhoạchchocác
sựkiệnsóngthầncóthểxảyratrongtươnglaigần;liênquanđếnviệcphảnứngvớicác sự kiện tiêu cực
trong và sau khi sóng thần đã ập đến và thực hiện một cuộc sơ tán quy mơ lớn. Mục đích của
nghiên cứu đặt ra là thực hiện sơ tán sau khi sóng thần ập đến. Đây là thành phần quan trọng
trong lĩnh vực quản lý sóngthần.
Mục tiêu của luận văn này gồm có hai phần: nghiên cứu lý thuyết về hệ thống đa tác tử
và áp dụng vào bài tốn sơ tán sóng thần trong thực tế. Phần nghiên cứu lý thuyết bao
gồm: Nghiên cứu các hệ thống đa tác tử hiệncóvà nghiên cứu tiến trình sơ tán sóng thần
trong thực tế ở Việt Nam. Phần thực nghiệm bao gồm: Mơ hình hố sơ tán sóng
thầnsửdụngcơngcụNetLogo,sauđódùngcáckịchbảnkhácnhautiếnhànhmơphỏng
mơhìnhnày.Saukhithựchiệnmơphỏngmơhình,cáckếtquảthuđượctừcáckịchbản thử nghiệm sẽ
mang ra so sánh, phân tích, đánh giá hiệuquả.
Bố cục của luận văn được trình bày trong 3 chương như sau:
Chương 1. Tổng quan về hệ thống đa tác
tửChương 2. Mơ hình hóa bài tốn sơ tán sóng
thầnChương 3. Mơ phỏng mơ hình sơ tán sóng thần

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐA TÁC TỬ
1.1 Giới thiệu về hệ thống đa táctử
1.1.1 Giới thiệu chung về táctử
Đến thời điểm hiện tại, các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực trí tuệ nhân tạo vẫn chưa
thốngnhấtđượcmộtđịnhnghĩachokháiniệm“Táctử”(Agent).Lýdođầutiênvàquan
trọngnhấtchođiềunàylàdotínhphổbiếncủatừ“Agent”khiếnchonókhơngthểđược sở hữu bởi bất cứ
một lĩnh vực cụ thể nào. Thứ hai, các tác tử có thể hiện diện ở nhiều dạng vật chất khác nhau, từ
rơ

bốt

đến

mạng

máy

tính.

Thứ

ba,

ứng

dụng

của

tác

tử

rất

đadạngvàkhơngthểkháiqtđược.Cácnhànghiêncứuđãsửdụngcácthuậtngữnhư “softbots” (tác
tử phần mềm), “knowbots” (tác tử tri thức), “taskbots” (tác tử dựa trên nhiệm vụ) dựa trên
môi trường ứng dụng nơi các tác tử được sử dụng[1].
ĐịnhnghĩavềtáctửđạtđượcsựđồngthuậnlớnnhấtlàcủaRussellvàNorvig.Họđịnh
nghĩatáctửlàmộtthựcthểtựtrịlinhhoạtcókhảnăngnhậnthứcmơitrườngthơngqua
cáccảmbiếnđượckếtnốivớinó.Cáchoạtđộngnàytácđộnglênmơitrườngthơngqua các bộ truyền
động. Định nghĩa này khơng bao gồm tồn bộ phạm vi các đặc điểm mà tác tử phải có. Một hình
ảnh thường được sử dụng để minh hoạ tác tử bằng định nghĩa của Russell và Norvig [2] , được
chỉ ra trongHình 1.1 Mơ hình tác tử trí tuệ nhân tạođược đề xuất bởi Russell và Norvig
vào năm 1995.

Hình 1.1 Mơ hình tác tử trí tuệ nhân tạo được đề xuất bởi Russell và Norvig vào năm
1995 [2].
Đểphânbiệttáctửvớicácđịnhnghĩakháctươngtựvớinó(vídụnhưhệthốngchun
expertsystemsvàbộđiềukhiểnphântán– distributedcontrollers),mộtsốđặc

gia–


điểm quan trọng dưới đây sẽ thể hiện rõ ràng hơn sự khác biệt giữa tác tử và các hệ thống
này.
-

Tình trạng (situatedness):Điều này đề cập đến sự tương tác của một tác tử với mơi

trườngthơngquaviệcsửdụngcáccảmbiếnvàkếtquảcủaviệcchấphànhcáchành
độngmộtcáchcótổchức.Mơitrườngmàtáctửcómặtlàmộtphầnkhơngthểthiếu trong thiết
kế của nó. Tất cả các yếu tố đầu vào đều được nhận trực tiếp do các tác tử tương tác
với môi trường của chúng. Tác tử trực tiếp tác động lên môi trường thơng qua các bộ
truyền động và khơng chỉ đóng vai trị là cố vấn cấp cao. Thuộc tính này giúp phân
biệt nó với các hệ thống chuyên gia – một hệ thống mà các nút quyết định hoặc thực
thể đề xuất các thay đổi thông qua tác tác tử trung gian và không ảnh hưởng trực tiếp
đến môitrường.

-

Quyền tự chủ (autonomy):Đây là đặc trưng quan trọng nhất của tác tử. Tính tự chủ
cóthểđượcđịnhnghĩalàkhảnăngcủamộttáctửlựachọnhànhđộngcủamìnhmột cách độc lập
mà khơng có sự can thiệp từ bên ngoài của các tác tử khác trong mạng đối với trường
hợp hệ thống đa tác tử hoặc sự can thiệp của con người. Tính tự chủ biểu hiện ở chỗ mỗi
tác tử đều có tính tự chủ bên trong và tính tự chủ về hànhđộng.Tínhtựchủbêntrongcónghĩalàmỗitáctử
đềucómộttrạngtháiđộclập,táchbiệtvớicáctáctửkhác,cáctáctửkháckhơngthểcanthiệphaytruynhậpvàotrạngthái này. Tính tự
chủ bên ngồi thể hiện ở chỗ mỗi tác tử này đều có thể tự quyết định
cáchànhđộngcủachínhnó,cáchànhđộngnàycóthểlàhànhđộngđơnlẻhoặcmột
chuỗicáchànhđộngdựatrêntrạngtháihiệnthờicủatáctửnàymàkhơngcósựcan thiệp của
yếu tố mơi trường bên ngồi hay các tác tửkhác.

-

Khả năng suy diễn (inferential capability):Khả năng của một tác tử làm việc trên
cácđặctảcủacácđốitượngtrongmơitrườngnhưsuyluậnmộtđốitượngbằngcách tổng qt hóa
thơng tin. Điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các nội dung liên quan của
thơng tin sẵncó.

-

Khảnăngđápứng(responsiveness):Đặctínhnàycựckỳquantrọngđốivớicácứng dụng thời
gian thực. Tính phản ứng có thể được hiểu là khả năng tác tử có thể nhận biết được mơi
trường xung quanh hay các tác tử thông qua bộ phận cảm cảm biến. Sau đó tác tử dựa trên
nhận biết đó để đáp ứng kịp thời những thay đổi xảy ra trong môi trường mà nó đang hoạt
động. Tính phản ứng được thể hiện rõ nhất ở các táctử


hoạt động trên các mơi trường có tính mở và hay thay đổi như Internet, môi trường
mạng phân tán hay môi trường vật lý. Phản ứng của mỗi một tác tử khi có sự thay
đổitừmơitrườngđốivớimơitrườngmànóđanghoạtđộngđềunhằmmụcđíchthực hiện mục tiêu
của tác tửđó.
-

Tínhchủđộng(pro-activeness):Khimơitrườngcósựthayđổi,mộtchuỗihànhđộng sẽ được xác
định cần thực hiện bởi tác tử trong mơi trường đó chứ khơng chỉ phản ứng lại những thay đổi
này một cách đơn giản. Mỗi tác tử sẽ tự chủ động trong việc khởi động và thực hiện chuỗi hành
động phản ứng này. Điều này nhằm tăng cường các hành động hướng tới mục tiêu thay vì chỉ
phản ứng với một sự thay đổi cụ thể trong môi trường. Tác tử phải có khả năng thích ứng với
bất kỳ thay đổi nào trong môi trường năngđộng.

-

Hành vi xã hội (social behaviour):Mặc dù quyết định của tác tử phải khơng có sự
can thiệp từ bên ngồi, nó vẫn phải có khả năng tương tác với các nguồn bên ngồi
khi phát sinh nhu cầu để đạt được một mục tiêu cụ thể. Nó cũng phải có khả năng
chia sẻ kiến thức này và giúp các tác tử khác giải quyết một vấn đề cụ thể (trường
hợp hệ thống đa tác tử). Mỗi tác tử phải có khả năng học hỏi kinh nghiệm của các
thựcthểgiaotiếpkháccóthểlàconngười,cáctáctửkháctrongmạnghoặcbộđiều khiển thống
kê. Các tác tử ngồi việc hướng tới mục tiêu của riêng mình thì cịn có khả năng tương

tác với các tác tử khác, các hoạt động tương tác này rất đa dạngbaogồmcạnhtranh,phốihợp,
thươnglượng…Sựtươngtácgiữacáctáctửđểhướngtớimụctiêuchungcủahệthống.

Hình 1.2 Các khối xây dựng điển hình của một tác tử tự trị.


Một số thuộc tính khác được liên kết với các tác tử bao gồm tính di động, tính liên tục
theo thời gian, hành vi cộng tác... Dựa trên việc liệu một thực thể máy tính có thể đáp
ứng tất cả hoặc một vài thuộc tính trên, các tác tử có thể được chỉ định thêm là tác tử yếu
hoặc mạnh.
Tuy nhiên, rất khó để xác định đặc tính của các tác tử chỉ dựa trên những đặc tính này.
Nó cũng phải dựa trên sự phức tạp liên quan đến thiết kế, chức năng sẽ được thực hiện và
tính hợp lý được thể hiện.
1.1.2 Khái niệm về hệ đa táctử
Hệthốngđatáctử(MAS)làmộtphầnmởrộngcủacơngnghệtáctửtrongđómộtnhóm
cáctáctửtựtrịđượckếtnốilinhhoạthànhđộngtrongmộtmơitrườngđểđạtđượcmục tiêu chung. Điều
này được thực hiện bằng cách hợp tác hoặc cạnh tranh, chia sẻ hoặc không chia sẻ kiến thức
với nhau.
Hệ thống đa tác tử đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực ứng dụng với các bài
toán thực tế nhờ những lợi ích thiết thực và to lớn nó đã thực hiện được. Trong các hệ
thống lớn, khi sử dụng công nghệ MAS sẽ đem lại một số lợi ích:
-

Việc tính tốn song song và hoạt động không đồng bộ sẽ giúp hệ thống tăng tốc độ
và hiệu quả của các hoạtđộng.

-

Hệthốngsẽbịxuốngcấpkhimộthoặcnhiềutáctửbịlỗi.Dođó,nólàmtăngđộtin cậy và mạnh
mẽ của hệthống.

-

Khả năng mở rộng và tính linh hoạt có nghĩa là có thể thêm các tác tử khi cầnthiết.

-

Cáctáctửriênglẻcóchiphíthấphơnnhiềusovớikiếntrúctậptrung,điềunàygiúp giảm được
chiphí.

-

Tác tử có cấu trúc mơ-đun, điều này khiến cho chúng có thể dễ dàng thay thế khi
được ghép vào trong các hệ thống khác và có thể nâng cấp hệ thống dễ dàng hơn hệ
thống nguyên khối. Từ đó, các tác tử này có khả năng tái sửdụng.

Mặc dù hệ thống đa tác tử có các tính năng có lợi hơn hệ thống tác tử đơn lẻ, nhưng
chúng cũng đưa ra một số hạn chế quan trọng được nhắc đến dưới đây.
-

Môi trường:Trong một hệ thống nhiều tác tử, mỗi tác tử phải dự đoán hành động
củacáctáctửkhácđểquyếtđịnhhànhđộngtốiưusẽhướngtớimụctiêu.Nguyên


nhân là do hành động của một tác tử không chỉ điều chỉnh mơi trường của chính nó
màcịncủacáctáctửlâncận.Vấnđềtrởnênphứctạphơnnữanếumơitrườngbiến đổi liên tục
với kiểu học đồng thời vì kiểu học này có thể dẫn đến hành vi khơng ổn định và có thể
gây ra hỗn loạn. Ngoài ra, mỗi tác tử cần phải phân biệt giữa các tác
độnggâyradocácbiếnthểtrongchínhmơitrườngvàcáchànhđộngcủatáctửkhác.
-

Nhận thức:Trong một hệ thống nhiều tác tử phân tán, mỗi tác tử có khả năng cảm
biến và các tác tử nằm rải rác khắp nơi trong mơi trường nhưng phạm vi phủ sóng
của các cảm biến được kết nối giữa các tác tử bị hạn chế. Điều này giới hạn hoạt
động của từng tác tử trong mơi trường. Do đó, việc đạt được một giải pháp tồncầu
bằng cách này trở nên khó thực hiện và các quyết định dựa trên các quan sát từng phần được thực hiện bởi mỗi
tác tử có thể là khơng tốiưu.

-

Tính trừu tượng:Trong hệ thống đa tác tử, giả định rằng tồn bộ khơng gian hành
động của tác tử được tác tử đó nhận biết và việc ánh xạ khơng gian trạng thái sang
khơng gian hành động có thể được thực hiện bằng kinh nghiệm. Trong hệ thống đa
tác tử, mọi tác tử không trải qua tất cả các trạng thái. Để tạo một bản đồ, nó phải có
khả năng học hỏi kinh nghiệm từ các tác tử khác có khả năng hoặc quyền ra quyết
định tương tự. Bằng cách tạo ra sự liên lạc giữa các tác tử, trong trường hợp các tác
tử hợp tác với các mục tiêu tương tự có thể được thực hiện một cách dễ dàng. Mỗi
tác tử cố gắng tăng cơ hội chiến thắng của chính mình trong trường hợp các tác tử
này có mối tương tác cạnh tranh với nhau, vì vậy chúng sẽ khơng chia sẻ thơng tin.
Dođó,điềucầnthiếtlàphảiđịnhlượngkhốilượngthơngtinđịaphươngvàkhảnăng của tác tử khác
phải được ghi nhận lại để tạo ra một mô hình hiệu quả hơn về mơi trường.

-

Giải quyết xung đột:Xung đột bắt nguồn từ việc thiếu tầm nhìn tồn cục cho mỗi
táctử.Mộttáctửlựachọnmộthànhđộngđểsửađổimộttrạngtháinộibộcụthểcó thể gây ra
ảnh hưởng khơng tốt cho một tác tử khác. Trong trường hợp này, thơng
tinvềcácràngbuộc,sởthíchhànhđộngvàmụctiêuưutiêncủacáctáctửphảiđược chia sẻ giữa
các bên để cải thiện sự hợp tác. Một vấn đề chính là biết khi nào nên truyền đạt thơng tin
này và cho tác tửnào.

-

Suy luận:Có thể dễ dàng rút ra suy luận của một hệ thống đa tác tử bằng cách ánh
xạkhônggiantrạngtháivớikhônggianhànhđộngdựatrêncácphươngphápthử


sai. Tuy nhiên trong hệ thống đa tác tử, điều này rất khó vì mơi trường đang được
sửa đổi bởi nhiều tác tử có thể tương tác với nhau hoặc có thể khơng tương tác với
nhau. Hơn nữa, một hệ thống đa tác tử mà trong đó các tác tử có các mục tiêu khác
nhauvàkhảnăngđadạngđượcgọilàcáctáctửkhơngđồngnhất.Những

táctửnày

cóthểkhơnghợptácvàcạnhtranhvớinhau.Việcxácđịnhmộtcơchếsuyluậnphù hợp với khả
năng của từng tác tử trở nên quan trọng để đạt được giải pháp tối ưu tồncục.
Khơng nhất thiết phải sử dụng hệ thống đa tác tử cho tất cả các ứng dụng. Một số lĩnh
vực ứng dụng cụ thể có thể yêu cầu tương tác với những người hoặc tổ chức khác nhau
có các mục tiêu xung đột hoặc chung có thể sử dụng các lợi thế do hệ thống đa tác tử thể
hiện trong thiết kế của mình.
1.1.3 Cácđặc điểm của hệ đa táctử
MAS có các đặc điểm chính như sau:
-

Lượng thơng tin thiếu sót và khả năng giải quyết vấn đề thiếu sót dẫn tới việc mỗi
tác tử chỉ có một tầm nhìn hạnchế.

-

Khơng có một hệ thống điều khiển tồncục.

-

Dữ liệu khơng tậptrung.

-

Tính tốn khơng đồngbộ.

Những ưu điểm chính của hệ đa tác tử:
-

Đối với từng tác tử riêng lẻ hệ cho phép giải quyết các vấn đề phức tạp của tác tử
này.

-

Việc tích hợp với các hệ thống và các chương trình có trở nên dễ dànghơn.

-

Đối với các vấn đề có cấu trúc tương tự với hệ đa tác tử, việc mơ hình hóa sử dụng
đa tác tử diễn ra một cách tự nhiên và trựcgiác.

-

Đối với các vấn đề mà thơng tin có tính phân tán, hệ đa tác tử có thể giải quyếttốt.

MAS có các hiệu quả đạt được về mặt hiệu năng:
-

Hiệu quả tính tốn (computational efficiency): ưu điểm từ việc tính tốn đồng thời
cùng với chỉ cần truyền những dữ liệu ở mức cao chứ không phải là các dữ liệu ở
mức thấp dẫn tới giảm được việc truyềnthông.


-

Tínhtincậy(reliability):docáctáctửvớicáckhảnăngdưthừahoặcphốihợptương tác thích hợp
mang tính động nên dễ dàng tìm được hoặc thay thế, đảm nhận cơng
việccủanhữngtáctửlỗitạorakhảnăngphụchồituyệtvờicủacácthànhphầntrong đó.

-

Khả năng mở rộng (extensibility): số lượng và khả năng của các tác tử là linh hoạt,
nói cách khác chúng có thể thay đổi nhanhchóng.

-

Mạnhmẽ(robust):vìthơngtinthíchhợpđượctraođổigiữacáctáctửnêntínhkhơng chắc chắn được
chấpnhận.

-

Khảnăngbảotrì(maintainability):dotínhmơ-đuncủathànhphầnnênhệthốngbao gồm nhiều
thành phần dễ bảo trìhơn.

-

Tính đáp ứng (responsiveness): do có tính mơ-đun, khơng cần phải dung đến toàn

bộ hệ thống, các vấn đề vẫn có thể được giải quyết một cách đơnlẻ.

-

Tính uyển chuyển (flexibility): việc tổ chức giải quyết vấn đề hiện tại có thể thích
thích nghi nhanh chóng bởi các tác tử với các khả năng khácnhau.

-

Tái sử dụng (reuse): các chức năng xác định của mỗi tác tử có thể sử dụng lại nhằm
giải quyết các vấn đề khác biệt trong những nhóm tác tử khácnhau.

1.1.4 Tháchthức đối với hệ thống đa tác tử
Ngoài những ưu điểm nổi bật, hệ thống đa tác tử cũng phải đối mặt với khơng ít thách
thức, khó khăn. Dưới đây là một số vấn đề trong thiết kế và cài đặt:
-

Vấnđềbiểudiễn,mơtả,phânchiavàphânbốcác,tổnghợpkếtquảtrongmộtnhóm các tác tử được
thực hiện như thếnào?

-

Khả năng truyền tin và tương tác lẫn nhau giữa các tác tử sẽ sử dụng phương pháp
nào để tạo ra? Ngôn ngữ và giao thức truyền thông nào sẽ được sửdụng?

-

Đối với các hành động và quyết định của tác tử, với mục tiêu tránh những tươngtác
gâyhạithựchiệnnhưthếnào?

-

Cácthứchợptácgiữacáctáctửkhôngđồngnhấtvớikhốilượngtrithứckhácnhau, cách thức
suy luận và biểu diễn hành động, kế hoạch khác nhau như thế nào ? Vấn đề nhận biết
được trạng thái của quá trình phối hợp như thếnào?


-

Trong quá trình phối hợp hành động, những dự định mâu thuẫn giữa một nhóm các
táctửlàmcáchnàođểcóthểnhậnbiếtravàhồhợpgiữacácquanđiểmkhácnhau giữa các tác
tử trong nhóm này xác định thếnào?

-

Vấn đề cân bằng hiệu quả tính tốn cục bộ và truyền thơng, tổng qt hơn là việc
phân bố nguồn lực có hạn một cách hợplý?

-

Đối với các hệ thống đa tác tử trong thực tế, việc kỹ thuật hoá và áp dụng các kỹ
thuật này bằng phương pháp nào? Việc thiết kế nền và phát triển các phương pháp
luận cho MAS được thực hiện như thếnào?

Cũng như nhiều hướng nghiên cứu và công nghệ khác, tác tử khơng phải là một cơng
nghệhaymộthướngnghiêncứuđộclập,hồntồnmới.Táctửđượchìnhthànhtừviệc nghiên cứu
nhiều cơng nghệ khác nhau với nhiều hướng nghiên cứu, đồng thời sửdụngcáckếtquảtừcáchướng
nghiêncứunàyđểxâydựngnênnó.Đểtănghiệuquảcủanhữngứngdụnghiệntạimàkhơngphảinghiêncứuứngdụngmới,táctử
sẽ được sử dụngkếthợpvớicácứngdụngnày,điềunàycịnchophépbổtrợtăngkhảnăngcủacác ứng dụng
đó. Các lĩnh vực nghiên cứu liên quan tới tác tử baogồm:

-

Trí tuệ nhântạo.

-

Mạng máy tính, internet,intranet.

-

Cơng nghệ phầnmềm.

1.1.5 Ứng dụng của hệ thống đa táctử
Các ứng dụng của tác tử và hệ đang tác tử rất đa dạng và phong phú, nhờ đó trong thực tế
đã có rất nhiều các ứng dụng thành cơng của tác tử và hệ tác tử. Giải pháp sử dụng tác tử
trong những môi trường ứng dụng khác nhau có các ứng dụng tiêu biểu thể hiện ưu điểm:
-

Ứng dụng trong quản lý sản xuất: Hệ thống ứng dụng được xây dựng dưới dạngcác
táctửcộngtácvớinhautrongđócácthànhphầncủaxưởngcùngvớimỗixưởngđượcbiểudiễnbởimộttáctử,từngtác
tửcókếhoạchvàkhảnăngcủariêngmình.Từtáctửmứctrênphânchiacáccơngviệcxuốngcáctáctửmứcdướithấp
hơnvàxuốngtớitừngvịtrícơngviệctùythuộcvàkhảnăngcủachúng.TiêubiểucủahệthốngnàylàhệthốngYAMS.
Trongcáclĩnhvựcnhưhỗtrợthiếtkếsảnphẩm,sản


xuấtvàquảnlýrobotcơngnghiệphệtáctửcịnđượcsửdụngnhưmộtbiệnpháptối ưuhơn.
-

Táctửquảnlýluồngcơngviệc(workflow):hệthốngBritishTelecomxâydựngdựa

trên

ADEPT. ADEPT là điển hình cho loại hệ thống mơ hình hóa các bộ phận và nhân viên
như tác tử thương lượng với tác tử khác để giải quyết cơng việc, những tác tử cung cấp
dịch vụ đánhgiá.
-

Táctửthuthậpvàquảnlýthơngtin:Cóhaihệthốngtáctửthơngtintiêubiểu làtác tử lọc và
phân loại thư điện tử được gọi là tác tử thông tin cá nhân MAXIMS và hệ đa tác tử
cho phép lọc và thu thập thông tin được gọi là hệ quản lý vốn đầu tư
WARRE.Táctửthuộcloạinàychủyếuđượcdùngđểgiảiquyếtcácvấnđềdưthừa thông tin.
Thao tác xử lý chủ yếu của loại tác tử này bao gồm sàng lọc và thu thập thôngtin.

-

Tác tử phục vụ thương mại điện tử: Tiêu biểu là hệ thống chợ điện tử Kasbah. Các
loại tác tử bao gồm tác tử đấu giá, tác tử mua hàng và chợ điệntử.

-

Tác tử giao diện: Phổ biến nhất của tác tử giao diện là thành phần được cung cấp
trong bộ ứng dụng của Microsoft Office có tên là tác tử OfficeAssistant.

-

Trị chơi sử dụng táctử.

1.2 Phânloại các hệ thống đa táctử
Việcphânloạihệthốngđatáctửlàmộtcơngviệckhókhănvìnócóthểđượcthựchiện dựa trên một số
thuộc tính khác nhau như kiến trúc, học tập, giao tiếp, phối hợp. Phân loại chung bao gồm

hầu hết các tính năng này được thể hiện trongHình 1.3 Phân loạihệ thống đa tác tử dựa trên
các thuộc tính khác nhau.
1.2.1 Kiến trúc bêntrong
Dựatrênkiếntrúcbêntrongcủacáctáctửcụthểtạothànhhệthốngđatáctử,nócóthể được phân loại
thành hailoại:
-

Cấu trúc đồngnhất

-

Cấu trúc không đồngnhất

Cấu trúc đồng nhất