Constraint-Based Agents

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出版者:
作者:Alexander Nareyek
出品人:
页数:200
译者:
出版时间:2001-8
价格:486.01元
装帧:
isbn号码:9783540422587
丛书系列:
图书标签:
  • 人工智能
  • 约束满足
  • 智能体
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  • 多智能体系统
  • 逻辑推理
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具体描述

Autonomous agents have become a vibrant research and development topic in recent years attracting activity and attention from various areas. The basic agent concept incorporates proactive autonomous units with goal-directed-behaviour and communication capabilities. The book focuses on autonomous agents that can act in a goal directed manner under real time constraints and incomplete knowledge, being situated in a dynamic environment where resources may be restricted. To satisfy such complex requirements, the author improves, combines, and applies results from areas like planning, constraint programming, and local search. The formal framework developed is evaluated by application to the field of computer games, which fit the problem context very well since most of them are played in real time and provide a highly interactive environment where environmental situations are changing rapidly.

《智能体行为的约束视角》 在复杂多变的现实世界中,个体智能体的决策与行为并非随心所欲,而是受到各种内在与外在因素的深刻影响与制约。本书《智能体行为的约束视角》深入探讨了这一核心议题,旨在为理解、建模和设计智能体系统提供一种全新的、基于约束的框架。我们不再将智能体视为拥有无限自由度的抽象实体,而是视其为在特定规则、资源、目标或环境限制下进行交互和决策的系统。 本书的出发点在于承认智能体行为的边界。这些边界既可以是显性的、明确定义的规则,例如在多人游戏中的出界惩罚、机器人手臂的运动范围限制,又可以是隐性的、由环境动态或个体能力所决定的约束,比如信息不完整性、有限的计算资源、社会规范的潜在影响,甚至是伦理道德的考量。理解并有效利用这些约束,是实现智能体鲁棒性、效率和可解释性的关键。 全书围绕“约束”这一概念展开,从多个维度进行剖析。首先,我们建立了一个形式化的框架,用于描述不同类型的约束,包括但不限于: 状态约束 (State Constraints): 限制智能体可能达到的状态空间,例如机器人不能穿墙,或者某个变量的取值范围。 动作约束 (Action Constraints): 限制智能体能够执行的动作,例如在特定情境下某些动作是被禁止的,或者某些动作需要满足特定条件才能触发。 目标约束 (Goal Constraints): 影响智能体目标设定的方式,或者要求目标必须满足某些条件,例如“在保证安全的前提下最大化收益”。 资源约束 (Resource Constraints): 限制智能体可用的计算能力、内存、能量、时间等资源,这直接影响其决策算法的设计和性能。 环境约束 (Environmental Constraints): 由智能体所处的外部环境所施加的限制,例如物理定律、通信延迟、其他智能体的存在和行为。 通信约束 (Communication Constraints): 限制智能体之间信息传递的模式、带宽、延迟和准确性。 伦理与社会约束 (Ethical and Social Constraints): 随着人工智能在社会中扮演越来越重要的角色,对智能体的行为提出公平性、透明性、隐私保护等要求。 在理解了约束的多样性之后,本书进一步探讨了如何将这些约束融入智能体的决策和规划过程中。我们引入了一系列先进的建模技术和算法,例如: 基于约束满足问题 (CSP) 的方法: 将智能体的决策问题转化为求解一组约束条件的问题,这在离散决策场景下尤为有效。 基于优化的方法: 将约束转化为优化问题的软约束或硬约束,通过求解优化模型来寻找满足约束的最优解。这包括线性规划、整数规划、二次规划等经典方法,以及更复杂的非线性优化技术。 基于规划与搜索的方法: 在智能体的规划过程中,显式地考虑并利用约束来剪枝搜索空间,提高搜索效率,确保生成规划的可行性。例如,利用约束逻辑编程 (CLP) 来增强规划能力。 基于模型预测控制 (MPC) 的方法: 针对动态系统,MPC通过在一个有限的预测时域内进行优化来决定控制策略,同时考虑系统动态和各种约束,并滚动优化。 机器学习与约束的结合: 探索如何利用机器学习技术来学习或推断约束,以及如何在机器学习模型中显式地嵌入约束,例如使用约束层 (constraint layers) 来约束神经网络的输出,或者利用强化学习在满足约束的环境中进行学习。 本书的重点之一在于如何量化和评估约束对智能体行为的影响。我们讨论了各种度量标准,用于评估智能体在满足约束条件下的性能,以及在存在约束时如何调整其策略以达到最佳的折衷。这包括可行性、效率、鲁棒性、公平性等方面的评估。 在应用层面,本书提供了丰富的案例研究,展示了约束视角在各个领域的实际价值,包括: 机器人学: 路径规划、运动控制、多机器人协调,以及安全性和操作范围的约束。 自动驾驶: 交通规则、车辆动力学、传感器限制以及与其他道路使用者的交互。 供应链管理: 生产能力、库存水平、运输限制和需求波动。 智能电网: 能源供需平衡、设备限制和电价波动。 游戏AI: 规则遵循、资源管理和玩家策略的响应。 推荐系统: 用户偏好、多样性需求和业务规则。 医疗健康: 患者状况、治疗方案的限制和伦理规范。 《智能体行为的约束视角》不仅为研究者提供了坚实的理论基础和先进的工具,也为工程师和开发者提供了解决实际问题的思路和方法。通过将约束的理念贯穿于智能体系统的设计始终,我们可以构建出更加智能、可靠、高效且负责任的下一代AI系统。本书鼓励读者超越传统的智能体模型,深入理解并善于利用“约束”这一无处不在的力量,以解锁智能体能力的更大潜力。 本书适合于计算机科学、人工智能、机器人学、运筹学、自动化控制等领域的学生、研究人员和从业人员。无论您是希望深入理解智能体决策的理论基础,还是希望在实际应用中构建更优化的智能体系统,本书都将为您提供宝贵的洞见和实用的指导。

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读后感

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用户评价

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老实说,这本书的**叙事节奏**非常独特,它不是那种快节奏、抓人眼球的商业书籍,而更像是一篇结构严谨的、充满思辨性的学术漫谈。我尤其对其中关于**Agent的意图建模**的部分产生了浓厚兴趣。作者并没有采用主流的基于效用最大化的方法,而是采取了一种更偏向于**公理化方法论**的视角,探讨智能体如何通过自我反思和对外部世界约束的理解来形成其“目标”或“意图”。这种对“智能”的解构,非常有哲学意味。例如,书中对**“一致性约束”**的探讨,区分了局部最优与全局稳定之间的微妙关系。在设计需要长期协作的分布式系统中,如何确保每个智能体在各自优化局部目标的同时,不会破坏整体的系统约束,是至关重要的难题。这本书提供了一种**基于公理的反事实推理框架**来评估决策的鲁棒性。虽然有些读者可能会觉得其中关于**模态逻辑**的引入略显冗长,但我认为正是这些严谨的逻辑基础,保证了后续算法推导的无懈可击。它迫使我重新审视自己过去对“智能”的片面理解。

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我是在一个偶然的机会下接触到这本书的,当时我正在为我们公司的**智能调度系统**的瓶颈问题苦恼不已。市面上的优化算法书籍大多侧重于介绍各种求解器(Solver)的API调用,讲的都是“如何用”而不是“为什么这样解”。《约束驱动的智能体》恰恰填补了这一空白。它极其细腻地分析了**约束的本质**——它不仅是限制,更是定义解空间的边界条件。书中关于**时间窗约束(Time Windows)**和**资源依赖性约束(Resource Dependencies)**的讨论,简直是为我们处理物流路径优化量身定做的。作者通过一系列精心设计的**逻辑编程范式**,展示了如何将现实世界中那些模糊不清的需求(比如“尽量快但不能超过下午五点送达”)转化为机器可以理解和执行的精确逻辑语句。更让我印象深刻的是,它探讨了**不确定性下的约束满足问题(CSP with Uncertainty)**,引入了**概率约束**的概念。这对于我们应对突发的交通拥堵或设备故障至关重要。坦白说,读这本书的过程就像是进行一场智力上的攀登,每攻克一个章节,视野都开阔了一层,它提供的不是现成的工具,而是构建工具的**元知识**。

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这本书给我的整体感受是,它在**“约束”**这个词的定义上进行了极大的拓宽和深化。它不仅仅是将约束视为简单的边界条件,而是将其视为**智能体存在的基础结构**。我特别欣赏作者在探讨**学习范式**时所采取的立场:学习不应是盲目的模式匹配,而应是**在既有约束框架内,对未知约束的有效探索和推断**。书中对比了**强化学习(RL)**在处理稀疏奖励和高维动作空间时的固有缺陷,并提出了如何利用**约束驱动的先验知识**来指导策略网络的训练,从而显著减少探索的必要性。这种将符号推理的严谨性与连接主义的学习能力相结合的尝试,是非常有洞察力的。它告诉我们,真正的智能体设计,需要的是一种平衡——既要有遵循规则的纪律性,又要有在规则边界内灵活变通的创造力。阅读完毕后,我感觉自己对如何设计一个真正“负责任”的AI系统,有了更深刻、更负责任的理解。

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这本**《约束驱动的智能体》**,恕我直言,初看书名时,我着实对它抱有一些偏见,认为它可能是一部晦涩难懂、充满数学公式和晦涩术语的学术专著。然而,当我真正沉下心来阅读,尤其是那些关于**多目标优化与非完全信息博弈**的章节时,我发现自己完全被它所构建的逻辑框架所吸引。作者在探讨如何让智能体在资源受限、信息不完全的环境下做出“最优”决策时,没有止步于经典的博弈论模型,而是巧妙地引入了**形式化验证**的思想。这种跨学科的融合令人耳目一新。它不是简单地告诉你“应该怎么做”,而是深入剖析了“为什么在特定约束下,这种行为模式是必然的”。特别是书中对**动态规划**在处理大规模状态空间时的局限性,以及如何通过引入**启发式搜索与可满足性模(SMT)求解器**来有效剪枝的论述,显示了作者深厚的理论功底和丰富的工程实践经验。我特别欣赏其中一个案例,涉及到自动驾驶场景中,如何在保证安全(硬约束)的同时,最大化燃油效率(软约束),作者用一套清晰的**分层优化算法**将其解耦,使得复杂的现实问题变得条理分明。这本书无疑是为那些不满足于停留在概念层面,而渴望理解底层机制的专业人士准备的,它要求读者具备一定的数理基础,但回报是极高的心智上的愉悦和解决复杂问题的能力。

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从工程实践的角度来看,《约束驱动的智能体》是一本极具**前瞻性**的指南。我关注的重点在于**可解释性(XAI)**和**约束的动态演化**。在许多高风险决策领域,如医疗诊断辅助或金融监管,仅仅给出结果是远远不够的,我们必须知道“为什么是这个结果”。书中关于**约束传播的可视化**和**导致冲突的最小约束集**的识别方法,提供了一个强大的诊断工具。我曾用书中的方法论,成功地回溯并定位了我们旧有调度系统中一个隐藏的、由于约束冲突导致的死锁问题。作者并没有停留在理论层面,而是附带了大量的**伪代码示例**,虽然没有提供完整的开源代码包,但其清晰的逻辑流使得将其映射到C++或Python等主流语言中变得相对容易。这本书的价值在于它提供了一种**系统思考复杂约束网络**的方法论,而不是一套即插即用的软件。对于希望构建下一代自主系统的工程师而言,它无疑是绕不开的一道坎,需要投入时间去消化其严谨的结构。

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