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面向主体的软件工程

/agent-oriented software engineering/
条目作者毛新军

毛新军

最后更新 2022-12-23
浏览 139
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借助主体的理论和技术,并依此为基础提出了一系列的模型、原则、方法、语言和工具来支持软件系统开发、运行和维护,代表了一类新颖的软件工程范型。

英文名称
agent-oriented software engineering
所属学科
计算机科学技术
提出者
N.R.詹宁斯、M.伍德里奇

面向主体软件工程认为软件系统是由多个具有自主行为能力的软件主体所构成,这些主体高度自治、独立运行且相互对等,不存在集中控制节点,采用发散的方式进行管理,不同主体之间通过交互来开展合作、协商和竞争,从而来解决问题及实现系统目标。

面向主体软件工程的思想来自人工智能领域。早在20世纪90年代初期,人工智能领域开始关注具有自主和理性行为能力的智能主体(intelligent agent),探索如何通过多个智能主体之间的交互与合作来解决复杂的问题,从而产生了智能主体和多主体系统(intelligent agent and multi-agent system)这一研究方向,开展了诸如主体的自主和理性行为决策理论、主体的软件体系结构、面向主体程序设计及其语言、主体通信语言等方面的研究,提出了主体的BDI理论和体系结构、Agent-0程序设计语言、FIPA ACL主体通信语言等代表性的研究成果,并在诸多领域(如工业控制、通信、航空、电子商务等)取得了一系列成功应用。随着智能主体和多主体系统研究的不断深入以及应用的不断拓展,人们希望能够从一些特定的应用案例和具体的开发实践中抽取出一般性的、具有普遍意义的思想、原理、规则、方法、过程和模型,提供普遍适用的系统方法学以指导软件系统开发。在此背景下,人工智能领域的学者N.R.詹宁斯(‪Nick R.Jennings)和M.伍德里奇(Michael Wooldridge)将智能主体和多主体系统的概念、思想、理论和技术引入到软件工程领域,提出了基于主体软件工程的概念和思想,从而开启了面向主体软件工程的研究与实践。

面向主体软件工程为软件系统的开发、管理和控制软件系统的复杂度提供了新的抽象和模型,为支持软件系统的自主运行和演化提供了有效的关键技术,并为复杂软件系统的分析、设计和实现提供了工程化的开发方法学。面向主体软件工程的研究涉及以下几个方面的内容,具有非常明显的多学科交叉研究特点:①面向主体的需求工程,借助于多主体系统的抽象、概念和思想来理解和认识软件系统及其功能性和非功能性需求,并对系统及其需求进行建模和分析,代表性成果包括i*、Tropos、KAOS等。②面向主体的开发方法学,利用多主体系统的抽象、思想和技术,提供结构化的开发步骤和良定义的建模语言,对软件系统进行建模、分析、设计和实现,代表性成果包括:MaSE、Massive、Prometheus、Tropos、Gaia、AALAADIN、ODAM等等。③面向主体的建模语言,利用多主体系统的抽象、概念和思想,提供图形化的语言来对软件系统进行建模和分析,代表性成果包括:AUML,MAS-ML和AML等。④面向主体的程序设计,将软件系统视为是多主体系统,借助多主体系统的理论和技术,研究支持软件系统构造和实现的程序设计思想和语言,代表性成果包括:AGENT-0、JAL、April、SLABSp等等。⑤结构和设计模式,研究多主体软件系统的构成要素以和它们之间的关系,以及支持多主体软件系统构造的模式,代表性的结构和模式包括: structure-in-5模式、平坦模式、金字塔模式等等。⑥面向主体的模型驱动开发,研究如何将模型驱动体系结构技术与面向主体软件工程相结合,实现基于主体的软件建模以及模型转换,以提高面向主体软件工程的开发效率和质量。⑦面向主体的软件测试,研究支持对多主体软件系统进行软件测试、发现故障和缺陷的方法与技术。⑧面向主体的CASE工具与环境,提供软件工具集或者平台,为多主体系统的开发、部署、运行和维护提供自动或半自动的支持,代表性的成果包括:AgentTool,AgentBuilder、Zeus、JADE和JACK等等。

面向主体软件工程适合于具有异构、分布、发散、自主、自治、协同等特点的软件系统的开发,其应用覆盖了诸多领域,包括航空航天、游戏娱乐、国防军事、电子商务、能源电力、医疗健康、机器人和无人设备、电信通讯、交通运输、生产物流等等。其研究和实践不仅受到学术界和工业界的高度关注和重视,一些政府和组织(如美国、欧盟、NASA、DRAPA、OMG、ISO等)积极投入该方面的研究,并开展了诸如技术标准化、教育培训、宣传推广等方面的工作。

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