前言
Preface

多智能體一般專指多智能體系統(tǒng)（Multi-Agent System, MAS）或多智能體技術(shù)（Multi-Agent Technology, MAT）。多智能體系統(tǒng)是分布式人工智能（Distributed Artificial Intelligence, DAI）的一個(gè)重要分支。智能體和多智能體技術(shù)起源于分布式人工智能研究。自20世紀(jì)80年代末以來，該方向成為人工智能領(lǐng)域活躍的研究分支，與數(shù)學(xué)、控制、經(jīng)濟(jì)學(xué)、社會(huì)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域相互借鑒和融合，逐漸成為國際上備受重視的研究領(lǐng)域之一。20世紀(jì)90年代，由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，人工智能出現(xiàn)了新的研究高潮，開始由單智能體研究轉(zhuǎn)向基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的分布式人工智能研究，不僅研究基于同一目標(biāo)的分布式問題，而且研究多個(gè)智能體的多目標(biāo)問題，并將人工智能推向社會(huì)生活的各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。多智能體系統(tǒng)等相關(guān)技術(shù)已日益應(yīng)用于交通控制、智能機(jī)器人、車聯(lián)網(wǎng)、無人飛行器編隊(duì)、多傳感器協(xié)同信息處理、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、電子商務(wù)、Softbot（軟機(jī)器人）、虛擬現(xiàn)實(shí)、健康、娛樂等領(lǐng)域。目前，多智能體技術(shù)已經(jīng)成為一種進(jìn)行復(fù)雜自組織系統(tǒng)分析與模擬的思想方法與工具。未來發(fā)展要實(shí)現(xiàn)通用人工智能，多智能體系統(tǒng)是必須突破的研究方向，因此，這必然會(huì)成為一個(gè)研究重點(diǎn)。可能的研究方向有多智能體間的協(xié)商、交互機(jī)制、集成等。

人工智能（Artificial Intelligence, AI）技術(shù)，除了模擬人類智能之外，還需要模擬自然界、智能城市、智能交通、地理空間智能、人工智能社會(huì)、多智能體網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)智能，這些研究對象都屬于復(fù)雜自組織系統(tǒng)，在多智能體技術(shù)的實(shí)踐上，復(fù)雜自組織系統(tǒng)模型與建模扮演著相當(dāng)重要的角色，模型的形態(tài)或結(jié)構(gòu)可以減少其所呈現(xiàn)現(xiàn)象的復(fù)雜性，讓抽象理論更加容易被理解，并可用來進(jìn)行預(yù)測和推論，當(dāng)然更是科學(xué)教學(xué)與學(xué)習(xí)歷程中相當(dāng)重要的呈現(xiàn)方式與不可或缺的能力。

本書基于Netlogo平臺(tái)講授多智能體技術(shù)。關(guān)于如何學(xué)好多智能體技術(shù)，進(jìn)行人工智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)，我們不得不提及麻省理工學(xué)院（MIT）人工智能實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)辦人之一的西摩爾·帕普特（Seymour Papert）。帕普特就是我們要介紹的與智能體技術(shù)和學(xué)習(xí)相關(guān)的心理學(xué)家、人工智能先驅(qū)者之一。

帕普特一生最大的貢獻(xiàn)是發(fā)明LOGO編程語言和創(chuàng)建教育建構(gòu)主義。

首先，LOGO源自希臘文，原意即為思想。LOGO的原型來自人工智能語言LISP，帕普特修改了LISP的語法，使得它更易于閱讀。LOGO通常被稱作沒有括號的LISP。

帕普特在30多歲的時(shí)候，創(chuàng)建了麻省理工學(xué)院赫赫有名的兩大實(shí)驗(yàn)室：多媒體實(shí)驗(yàn)室以及人工智能實(shí)驗(yàn)室。1963年，帕普特加入麻省理工學(xué)院，與著名人工智能科學(xué)家馬文·明斯基共同研究人工智能。同時(shí)，帕普特還在研究如何借助計(jì)算機(jī)輔助兒童學(xué)習(xí)。在帕普特的帶領(lǐng)下，LOGO語言和繪圖小海龜機(jī)器人先后誕生。通過向海龜發(fā)送命令，用戶可以直觀地學(xué)習(xí)程序的運(yùn)行過程，對初學(xué)者施行寓教于樂的教學(xué)方式。LOGO語言里實(shí)現(xiàn)了可以直接在顯示器上繪制數(shù)字圖形的數(shù)字小海龜。隨著計(jì)算機(jī)行業(yè)的蓬勃發(fā)展，小海龜已經(jīng)不僅存在于LOGO語言和海龜機(jī)器人，小海龜?shù)睦L圖方式已經(jīng)成為一種設(shè)計(jì)思想，“海龜圖形學(xué)”在多種編程語言和科學(xué)研究中都得以應(yīng)用。基于L系統(tǒng)的分形圖形的繪制就使用了小海龜繪圖法，通過更高級的編程語言，能夠繪制出三維的植物生長模擬圖。

另一方面，帕普特發(fā)明的“建構(gòu)主義”教育理論，用來與“教學(xué)主義”對比，學(xué)生可以通過具體的材料而不是抽象的命題來建立知識。帕普特曾經(jīng)出版過一本書，書名為《頭腦風(fēng)暴：孩子、計(jì)算機(jī)與充滿活力的概念》。他在書中系統(tǒng)闡述了自己的教育哲學(xué)——“做中學(xué)”。他創(chuàng)造的LOGO作為一個(gè)工具，以改善兒童思考和解決問題的方式。在他看來，好的教育不是想辦法讓老師教得更好，而是應(yīng)該提供充分的環(huán)境和工具讓學(xué)習(xí)者構(gòu)建自己的知識結(jié)構(gòu)。建構(gòu)主義理論能較好地闡釋知識的本質(zhì)及知識的獲得。在基于建構(gòu)主義的教學(xué)過程中，是以學(xué)生為中心的，教師起著組織者、指導(dǎo)者、幫助者和促進(jìn)者的作用，以充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性，使學(xué)生有效地實(shí)現(xiàn)對知識的意義建構(gòu)。

Netlogo是繼承了LOGO語言的一款編程開發(fā)平臺(tái)，它改進(jìn)了LOGO語言只能控制單一主體的不足，它可以在建模中控制成千上萬的智能體，是一個(gè)多智能體編程環(huán)境，用來研究分散系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制，可以對許多現(xiàn)實(shí)世界中的現(xiàn)象進(jìn)行建模并且觀察研究，例如鳥群、交通、螞蟻以及市場經(jīng)濟(jì)。它被廣大的學(xué)生、教師以及全世界的研究者運(yùn)用。如果說LOGO繼承于人工智能語言LISP，那么LOGO就是代表了人工智能思想，而Netlogo則是模擬分布式人工智能思想平臺(tái)。

綜上所述，Netlogo將帕普特的LOGO編程語言和教育建構(gòu)主義兩大貢獻(xiàn)統(tǒng)一起來，實(shí)現(xiàn)了一種基于建構(gòu)主義思想的多智能體教學(xué)科研的系統(tǒng)平臺(tái)。建模和模擬復(fù)雜系統(tǒng)，離不開實(shí)驗(yàn)，我們沒有人工智能實(shí)驗(yàn)室，怎么辦？我們可以DIY一個(gè)人工智能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，這就是Netlogo平臺(tái)。通過人工智能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的2D/3D虛擬技術(shù)對智能體應(yīng)用的各個(gè)環(huán)節(jié)（如場景的建立、智能體的構(gòu)建以及運(yùn)行仿真）進(jìn)行高度的2D/3D虛擬模擬，這種通過場景模擬、智能體搭建運(yùn)行及可視化編程的方式能夠?yàn)闃?gòu)建多智能體技術(shù)學(xué)習(xí)環(huán)境提供一個(gè)充滿樂趣的有效的教學(xué)及科技創(chuàng)新應(yīng)用平臺(tái)。

本書特別關(guān)注多智能體系統(tǒng)建模及應(yīng)用，討論了自然界和人類社會(huì)大量案例。將問題驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式和計(jì)算思維進(jìn)行整合，以問題為導(dǎo)向規(guī)劃單元內(nèi)容，按案例組織方式編寫。學(xué)生可以通過具體的材料而不是抽象的命題來建立知識，以改善學(xué)生們的思考和解決問題的方式。通過本書的案例，借助Netlogo這個(gè)人工智能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，能夠增加學(xué)習(xí)者解決問題的間接經(jīng)驗(yàn)，支撐學(xué)習(xí)者的記憶，為學(xué)習(xí)者遇到的問題提供參照，提高學(xué)生的認(rèn)知彈性，同時(shí)為學(xué)習(xí)者解決問題的學(xué)習(xí)提供了重要的支撐和示范。通過人工智能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，我們可以為許多自然和社會(huì)現(xiàn)象建立模型，可基于三維仿真技術(shù)快速搭建行業(yè)人工智能應(yīng)用場景，實(shí)現(xiàn)完整的人工智能應(yīng)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。在學(xué)完本書之后，您將對復(fù)雜的自組織系統(tǒng)的概念有一個(gè)基本理解，獲得基本的多智能體建模經(jīng)驗(yàn)。

由于時(shí)間倉促，書中難免存在不妥之處，請讀者原諒，并提出寶貴意見。

作者

2021年3月