Параллельное и распределенное программирование на С++ - Хьюз Камерон

• посредством чего должно происходить взаимодействие;

• кому нужно взаимодействовать;

• когда должно происходить взаимодействие;

• какой формат должно иметь взаимодействие.

Ответы на эти вопросы должны быть изначально заложены в проект агентов. Теперь осталось лишь определиться с физической реализацией взаимодействия агентов. Для этого можно воспользоваться библиотеками, которые поддерживают параллелизм. Наконец, что касается проблем синхронизации, то с ними можно легко справиться, поскольку именно логическое обоснование агента сообщает ему, когда он может и должен выполнять действия. Следовательно, сложные вопросы синхронизации сводятся к простым вопросам сотрудничества. Благодаря этому упрощается и задача разработчика в целом. Теперь рассмотрим базовую структуру агента и возможности его реализации в С++.

Реализация агентов в С++

Рассмотрим упрощенный вариант предыдущего примера агента и продемонстрируем, как его можно реализовать в С++. Цель этого агента — составлять график отпусков и выполнять подготовку к поездкам владельца компании ABC Auto Repair Company. В компании работают десятки служащих, и поэтому у хозяина нет времени заботиться о проведении своего очередного отпуска. Кроме того, если хозяин не получит определенного объема прибыли, об отпуске не может быть и речи. Поэтому владельцу компании хотелось бы, чтобы агент распланировал его отпуска равномерно по всему голу при условии процветания фирмы. По мнению владельца компании, главное, чтобы агент работал автоматически, т.е. после инсталляции на компьютере о нем можно было не беспокоиться. Когда агент определит, что подошло время для отпуска, он должен предъявить план проведения отпуска, забронировать места в отеле и проездные билеты, а затем по электронной почте представить хозяину маршрут. Владелец должен побеспокоиться только о формировании задания для агента. Он должен указать, куда желает отправиться и какой объем прибыли необходимо получить, чтобы запланированная поездка состоялась. Теперь рассмотрим, как можно спроектировать такой агент. Вспомним, что рациональный компонент (см. рис. 12.1) класса агента состоит из когнитивных структур данных и методов рассуждений (стратегий логического вывода). Когнитивные структуры данных (CDS) позволяют хранить убеждения, предположения, знания, заблуждения, факты и пр. Для доступа к этим когнитивным структурам данных в процессе решения проблемы и выполнения задач класс агента использует стратегии логического вывода. Для реализации CDS-структур данных и методов построения рассуждений можно использовать ряд контейнерных классов и алгоритмов, которые содержатся в стандартной библиотеке С++.

Типы данных предположений и структуры убеждений

Этот агент обладает убеждениями о показателях авторемонтной мастерской. Убеждения составляют информацию о том, сколько клиентов обслуживается в час, какова загрузка ремонтных секций в день и общий объем продаж (запчастей и услуг) за некоторый период времени. Кроме того, агент знает, что владелец фирмы любит путешествовать только автобусами. Поэтому агент хранит информацию об автобусных маршрутах, которые могут для отпускника оказаться привлекательными. В программе, насыщенной математическими вычислениями, используются в основном целочисленные значения и числа с плавающей точкой. В графических программах участвуют пиксели, линии, цвета, геометрические фигуры и пр. В агентно-ориентированной программе основными типами данных являются предположения, правила, утверждения, литералы и строки. Для построения типов данных, свойственных агентно-ориентированному программированию, мы будем опираться на объектно-ориентированную поддержку, прелусмотренную в С++. Итак, рассмотрим объявление класса предположения (листинг 12.1).

// Листинг 12.1. Объявление класса предположения

template<class C> class proposition {

//...

protected:

list<C> UniverseOfDiscourse;

bool TruthValue; public-virtual bool operator()(void) = О;

bool operator&&(proposition &X);

bool operator||(proposition &X);

bool operator||(bool X);

bool operator&&(bool X);

operator void*();

bool operator!(void);

bool possible(proposition &X);

bool necessary(proposition &X);

void universe(list<C> &X);

//.. .

};

Предположение представляет собой утверждение, тема (предмет) которого подтверждается или отрицается предикатом. Предположение может принять значение ИСТИНА или ЛОЖЬ. Предположение можно использовать для фиксации одного убеждения, которое есть у агента. Кроме того, в качестве предположения может быть представлена некоторая другая информация, которая предлагается агенту и которую агент необязательно воспринимает как убеждение. Для представления предположений используется когнитивный тип данных, который должен быть таким же функциональным в агентно-ориентированной программе, как целочисленные и вещественные типы данных в математических программах. Поэтому, чтобы обеспечить некоторые основные операторы, применимые к предположениям, мы используем C++-средства перегрузки операторов. В табл. 12.4 показано, как такие операторы преобразуются в логические.

Класс proposition (см. листинг 12.1) представляет собой упрощенную версию (с сокращённым набором функциональных возможностей). Назначение этого класса— сделать использование типа данных proposition таким же простым и естественным, как использование любого другого С++-типа данных. Обратите внимание на слелующее объявление в классе proposition: virtual bool operator()(void) = 0;

Таблица 12.4. Преобразование операторов влогические

Пользовательские C++onepamopы   Распространенныелогические операторы

&&^

||v

!~

possible ♦

necessary □

Это объявление чисто виртуального метода. Если в классе объявлен чисто виртуальный метод, это означает, что данный класс — абстрактный, и из него нельзя создавать объекты, поскольку в нем отсутствует определение этого метода. Метод лишь объявлен, но не определен. Абстрактные классы используются для определения стратегий и являются своего рода проектами производных классов. Производный класс должен определить все виртуальные функции, которые он наслелует от абстрактного класса. В данном случае класс proposition используется для определения минимального набора возможностей, которыми может обладать класс-потомок. Необходимо также отметить еще одну важную особенность класса proposition (см. листинг 12.1): это шаблонный класс. Он содержит такой член данных: list<C> UniverseOfDiscourse;

Этот член данных предполагается использовать для хранения значения предметной области, к которой относится предположение. В логике область рассуждения содержит все легальные сущности, которые могут рассматриваться при обсуждении. Здесь мы используем контейнер list. Поскольку в общем случае темы обсуждения могут быть самыми разными, мы используем контейнерный класс. Список UniverseOfDiscourse мы объявляем защищенным (protected), а не закрытым (private), чтобы к нему могли получить доступ все потомки класса proposition. Классу proposition также «знакомы» такие понятия модальной логики, как логическая необходимость и вероятность, которые весьма полезны в агентно-ориентированном программировании. Модальнал логика позволяет агенгу различать такие определения, как «вероятно, ИСТИНА» и «несомненно, ИСТИНА». Основные операторы, используемые для выражения логической необходимости и вероятности, перечислены в табл. 12.4. Мы определяем эти методы только в описательных целях; их реализация выходит за рамки рассмотрения в этой книге. Но они являются частью классов предположений, которые мы успешно применяем на практике. Чтобы сделать класс proposition «годным к употреблению», выведем из него новый класс и назовем его trip_announcement. Класс trip_announcement представляет собой утверждение о существовании автобусного маршрута из некоторого исходного пункта (отправления) в пункт назначения. Например, предположим, что существует автобусный маршрут из Детройта в Толедо. Эта информация позволяет сформулировать высказывание, которое может быть либо истинным, либо ложным. Если бы нас интересовало, когда это высказывание истинно или ложно, мы бы воспользовались понятиями временной логики. Временняя логика— это логика времени. Агенты также применяют обоснования, зависящие от времени. Но в данном случае все предположения относятся к текущему времени. Это утверждение декларирует, что в данное вре м я существует автобусный м аршрут из Детройта в Толедо. Агент должен «у м еть» удостовериться в этом и либо «довериться» это м у факту, либо отвергнуть его как ложное высказывание. Теперь м ожно расс м отреть объявление класса trip_armouncement, представленное в листинге 12.2.