异构线性多智能体系统的双向输出同步研究文献综述

文献综述

本课题的现状及发展趋势：智能体是一种可以在环境中“生存”的实体，具有很强的自治性、反应性、主动性、社会性和进化性，它既可以是硬件，也可以是软件，比如人类、恒温器、通信网络等。智能体可以根据自身对环境的感知，按照已有的知识或者通过自主学习，与其他智能体进行沟通和协作，从而完成所设定的目标。一般来说，单个智能体求解问题的能力是十分有限的，但是将多个自治的智能体组合起来协作解决某些问题的能力往往就很强大。多智能体系统（multi-agent system，缩写M.A.S.），是由一个在一个环境中交互的多个智能体组成的计算系统，可以被用在解决分离的智能体以及单层系统难以解决的问题，是一种全新的分布式计算技术。多智能体系统可以将任务分解成许多小的部分，分配给多台计算机进行处理，这样可以节约整体计算时间，大大提高计算效率。在虚拟现实、交通控制、军事、机器人系统等方面具有广泛应用。许多学科的研究人员都开展了多智能体系统的一致性问题的研究，比如多智能体分布式一致性协议、多智能体协作、蜂涌问题、聚集问题等等。目前多智能体系统主要研究两个方面：（1）如何利用该技术建立一个灵活、可扩展的软硬件系统；（2）如何利用该技术进行建模。具体包括以下几部分：有限时间一致性问题研究；领导跟随者一致性研究；基于事件触发机制的控制策略等。多智能体的分布式协调合作能力是多智能体系统的基础，多智能体在非负有向图上的一致性、同步和协调问题已经得到了广泛的研究，实际应用中多智能体在结构和功能上通常存在差异，未来在异构多智能体方面将会有更多的研究。

目前，大多数研究成果都是在智能体间关系为合作或友好的情况下进行的，智能体间的信息交换拓扑用非负图来表示。然而在现实生活和自然界中，多智能体系统中个体并不总是存在合作和友好的关系，在很多情况中会出现相互竞争的关系，比如总统选举。基于上述现象，有的学者提出用符号图（sighed graph，图中边的权值既有正值也有负值）来描述智能体之间的关系。权值如果是正的，那么智能体之间就是友好合作的关系；如果权值是负的，那么表示智能体之间的关系是竞争与对抗的。在实际应用中，为了更好地满足现实的要求，很多学者开始关注异构多智能体系统输出同步的问题。异构多智能体系统是指系统中智能体的动态描述不再是一样的，动态方程和空间维数不同。对于更具挑战性的异构系统的控制问题，一些学者将经典的输出调节理论应用到异构系统的控制上，并成功解决了异构多智能体系统输出同步问题。Altifini最先提出研究双向同步的问题，通过设计合适的分布式双向同步控制率，在符号图强连通且结构平衡情况下，一阶积分器组成的多智能体系统可以呈现双向同步。系统的双向同步是指整个系统中的智能体最终分成两组，每个小组内部智能体的内部某些状态都渐进达到某种一致，不同小组的最终状态则收敛到模值相同而符号完全相反的状态。这一研究方向的提出具有开放性意义。有些学者提出，对含有一个生成树且结构平衡的符号图进行分析，利用双向同步和常规一致性的转换关系，来处理多输入多输出线性系统的双向同步。然而基于符号图的多智能系统的双向同步问题研究都是针对同构多智能体系统，对于异构线性多智能体系统基于有向符号图的双向同步问题具有很重要的理论价值。基于有向符号图的多智能体系统对控制领域和人类社会有重要的实用性意义，由于符号图对应的邻接矩阵不再是非负矩阵，基于非负定义的拉普拉斯矩阵不再满足行和为零的性质，因此很多基于非负图的研究成果和分析工具将不再适应，这是研究有向符号图的一大难点。

本课题的价值：本课题的研究价值在于其研究异构多智能体双向输出同步的问题，在现实生活中，一个系统中的智能体不可能都具有相同的动力特性，甚至空间维度也可能不同，也就是说智能体系统可能是异构的。比如，在军事通信网络的高级协作任务中，参与的智能体可以是无人飞行器、无人地面飞行器和无人水下飞行器。此外，异构多智能体系统可以完成许多同构多智能体系统不能完成的事情。所以研究异构多智能体间的合作与竞争关系就十分重要，未来在交通控制、电力控制和军事作战等方面将会有很大的实际应用价值。

参考文献：

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