基于黑板的多Agent智能体育训练管理决策支持系统方案设计研究

马新录

（宝鸡职业技术学院 陕西 宝鸡 721013）

基于黑板的多Agent智能体育训练管理决策支持系统方案设计研究

马新录

（宝鸡职业技术学院 陕西 宝鸡 721013）

我国多数学校体育训练管理中存在训练目的性不强、训练效果不佳、辅助决策手段落后等问题，针对上述问题创建有效的管理决策支持系统尤为重要。文中基于Agent、DSS的特点，深入分析高校体育管理决策支持系统的需求，提出基于Multi-Agent技术体育训练管理决策支持系统的总体框架、具体实现方式，运用实例辩证分析该系统的可行性和可靠性，在一定程度上提升体育训练管理的效果，也为其他类似系统的开发提供重要借鉴。

多Agent；体育训练管理；决策支持系统；设计

随着国民生活水平的提高，居民的生活和消费观念发生着明显的变化，某些大城市为健康而消费成为提升生活质量的新标志。相关统计数据表明，我国国民身体素质水平呈现逐年降低趋势，其中，学生群体的身体素质下降程度最为明显[1]。针对这一情况，国家政府先后出台一系列措施和方法，但收效甚微。影响国民素质水平的因素较多，制定的体育训练计划是否合理、训练方法是否可行成为关键因素之一。同时，各个学校体育老师的水平有一定差异，制定详细的体育训练计划和采用的训练方法中出现较强的主观意识性，无法依据学生具体情况开展针对性的训练，致使学生对体育训练活动参与积极性不佳，训练效果不理想，严重影响学生的身体健康和全方面发展。早在20世纪70年代，美国的麻省理工大学提出决策支持系统（DSS），把DSS应用与体育锻炼等领域，在大量实践中获得优秀经验和理想的成果[2]。文中针对体育训练管理中出现的一系列问题，制定符合学生身体发展的体育训练计划和方法，提升学生的整体素质水平。

1 简述Agent技术和决策支持系统相关概念

决策支持系统（Decision Support Systen，DSS）是指采用计算机技术为主要工具，借助管理科学、控制学等相关理论，与计算机系统检实施交流操作，有利于管理人员制定科学合理的决策，提高管理决策的可行性和有效性，为使用者创设集合信息、知识等内容为一体的管理环境[3]。

Agent技术能够在动态环境下自动运行，具较高自治能力的计算机系统，该技术可以感知各类环境下的变化并制定一系列调整方法。在多数Agent研究中，最经典要数关于Agent的弱定义和强定义。每个Agent技术具有如下特性：1）协作性：多Agent之间可以借助复杂的通信机制实现相互协作。如果存在冲突可通过相互协商消除，从而保障各个Agent行为既有局部效应也具有全局效应。由此表明，Agent采用通信机制创建宽松、灵活的结构，相互之间可以通信兵传递、继承智力信息。2）自主性：每一个主体均为该模型的独立决策者，它们可以感知周围环境是否发生变化，借助主体之间的消息机制获取或传递信息，产生独立于其它主体的行为。强定义是指在上述特性基础上添加知识、责任、目标等精神层面的概念。如何有效解决Agent之间互相协作问题，成为学者在研究Agent过程中经常遇到的问题。运用MAS协作解决问题能力有所提升，能够为复杂的问题制定最简便的解决法案干，从而提升该系统的执行能力，实现与已有软件最有效衔接的效果。

2 设计多Agent体育训练管理决策支持系统

2.1 系统总体结构

深入分析学生的特点和体育训练管理相关内容，借助Agent、Multi-Agent等技术创建相应的体育训练管理决策支持系统，该系统总体框架如图1所示。

图1 基于Agent学生体育训练管理决策系统框架图

图1中，界面Agent主要功能是与决策者实现交互状态，界面Agent能够主动勘测管理环境的相关信息，掌握决策人员的兴趣、爱好、行为习惯等内容。制定决策时，可以为决策用户提供重要的辅助确保其制定最佳的决策管理系统。

黑板控制Agent是整个体育管理系统的关键内容，主要用来控制黑板或与其相关的Agent界面。运用已有的知识库与Agent之间的关系，将有待解决的问题划分为多个子问题，随后划分至黑板不同层次中，对各个层次内容实施针对性处理，改善Agent之间各种决策信息出现冲突的情况[4-5]。黑板控制Agent结构如图2所示。

图2 黑板控制Agent结构简图

功能实现Agent主要用来整理由黑板接收到的信息，从而获取解决问题的目的，针对这些目标进行分割处理，转移为某个或者多个决策Agent来执行，其功能实现结构如图3所示。

图3 功能实现Agent结构简图

决策实现Agent功能与该系统的决策者及其各个部门相互对应，从而完成各个系统的决策任务。在Agent各个功能制约下，借助决策Agent各个功能之间的协调效果，制定针对性决策并达到最佳管理效果[6]。

2.2 Agent技术的实现方法

2.2.1 Agent的抽象结构

现阶段，基于Agent开发软件处在快速发展的范畴中，因Agent领域的有关理论研究和应用技术并不成熟，也未组成统一的开发模式[7]。现阶段，多数研究者使用面向对象技术方法，研发一系列具备Agent特性的系统，确保经过改装的Agent独享具有反应性、自治性的特征。Agent功能实现必须具备知识推理、执行和通讯3个主要模块，Agent结构关系如图4所示。通讯模块主要用于收集由外部或其他Agent传递而来的数据信息，并将上述数据信息转换为Agent容易理解的模式并进行发送操作[8-9]。执行模块是管理决策系统内部最重要的决策部件之一，依据知识模块运行方法、行为原则等制定合理的判断方法，并实时更新知识推理单元的数据信息。知识推理模块拥有强大的自动更新功能，内部包含Agent具体的行为规范和使用方法，为Agent自主活动提供重要参考[10]。以下为Agent实现过程的抽象描述，假设环境作为任何离散状态的有限集合E:E{e，e’，···}，Agent具备一个能够执行动作的清单，从而改变环境状态AC={a，a’，···}表示有限的动作集合。

图4 Agent结构简图

2.2.2 Agent的行为建模

Agent行为中包含状态评估、制定决策、规划等内容、Agent行为建模是指对认知处理中包含的认知过程实施建模。决策制定作为该环节的核心内容，决策制定从不同方法中挑选最佳的方法并执行操作。可以借助效用理论判定执行方案的优劣。根据效用理论相关内容，假定存在n个可以选择的方案，处于目前状态下，运用决策方案为Ai，有可能出现的状态为Sj，每个状态的效用值为U（Sj），概率为Pj，那么，该决策获得的期望效用值为：

对比各个方案的不同期望效用值，其中，获得最大期望效用的方案即为最佳决策A，具体表示为：

2.3 设计Agent系统间的通讯机制

在Multi-Agent设计学生体育训练管理决策系统，Multi-Agent借助黑板模块实现对Agent系统的通讯，通信系统具体结构如图5所示。

图5 Agent系统检通讯结构简图

基于Multi-Agent设计相应的黑板模块提供充足的工作范围，Agent可以实现实时交换数据信息的目的。建设Agent初期，可以在黑板上输入一系列信息项目上述信息也可以分享给其他Agent模块使用，且能够随时访问黑板，便于获取大量有价值的数据信息。Agent通过筛选功能选定自己所需的信息，系统内不同Agent功能不会出现互相通信，每一个Agent具备独立求解的子问题[11]。

功能Agent可以把某个问题划分成若干个子问题，使得多数Agent主动参与求解问题这一过程中，可以暂时建立一个联盟求解问题[12]。当求解问题完成后，借助Agent把上述信息传送至黑板进行综合，最后反馈到相对应的Agent界面并传输至用户手中。设计的黑板系统内，Agent由黑板提供的公共区域收集相应的信息，该技术适合容量大、频率低这类通讯方法，这一设计模式能达到体育训练管理决策系统所需的通讯方式[13]。

3 系统应用实例

体育训练管理决策系统内的数据信息主要收集某个学校信息管理系统、文学院体育成绩管理系统等，管理模型主要包括预测、回归等模型，规则库内设定待测学生身体素质评估要求和规则等内容[14]。体育训练管理决策制定过程如下：

收集某班60人身体素质数据和达到要求的数据信息，并将其训练时间设定在某个输入界面内，例如：制定学生的一周计划或一个学期计划训练。60名 学生身体素质各项信息和达标数据均储存至数据库内，时间安排数据存储至黑板上，从而组成相应的规则，指导学生开展计划性训练。其中，界面Agent设计细致的计划信息并传送给黑板控制模板，黑板控制模板依据知识库协作规则把有待解决的问题划分为身体素质测评、安排训练时间、制定训练计划等子问题，随后将这些子问题交由相对应功能的Agent进行处理[15]。例如：学生的身体素质测评功能Agent可以划分为升高、心率、肺活量、视力等小任务，随之交由相应的决策Agent实施决策支持。每一个功能Agent会将决策Agent功能推测结果反馈至黑板上，黑板在单元内实现汇总，把身高、体重、肺活量、最合理的训练计划等子结果汇总数据[16]，运用界面Agent中的固态表格展现给计划制定者，做出针对性的解释。

4 结束语

总之，学生体育训练管理作为决策支持系统全新的应用领域，基于Agent技术制定体育训练管理决策支持系统，它能够为学生制定科学合理的体育训练和管理计划，在高校体育训练管理中发挥着重要的作用。

[1]高大伟.关于体育训练档案综合管理的思考[J].黑龙江档案，2012，13（6）:51.

[2]乐建军.我国竞技体育训练创新研究[J].当代体育科技，2013，3（28）:56-57.

[3]来绍洁.基于智能手机的体育训练信息管理系统设计[J].电子设计工程，2015，23（17）:68-70.

[4]张维.基于Agent的智能体育训练管理系统研究与应用[J].电子设计工程，2014，22（22）:42-44，48.

[5]李孟贤，梅泽元.高校军事体育训练对学生心理影响的研究[J].当代体育科技，2015，5（5）:44-45.

[6]汪选合.阳光体育运动“军事体育训练+个性教学模式”探索[J].考试周刊，2013，53（98）:116-117.

[7]石岩，叶冬清，屈子路，等.经验分析在体育训练指导中数据挖掘的应用[J].科技创新导报，2015，12（5）:44.

[8]周战伟，吴贻刚，文静，等.上海市青少年业余体育训练运动风险管理机制[J].上海体育学院学报，2015，39（4）:77-81.

[9]赵东胜，邢思杰.推行军事体育训练与人事管理挂钩政策[J].军事体育学报，2015，34（2）:35-36.

[10]孙婷.关于业余体育训练档案的管理与实施探索[J].新教育时代电子杂志:教师版，2015，25（18）:168-168.

[11]马超俊.基于Multi-Agent的体育训练管理决策系统研究[J].陕西教育:高教版，2014，19（11）:60，69.

[12]杨峚.加强体育训练中对运动员非智力因素的培养[J].太原城市职业技术学院学报，2013，15（7）:178-179.

[13]张冰.网络境遇下的体育训练与体育教师的知识管理[J].内蒙古师范大学学报：教育科学版，2014，27（5）:142-144.

[14]王洪利，牛杰冠，刘远祥，等.应用ISO9000建构体育训练基地质量管理体系的研究[J].山东体育科技，2013，35（6）:29-32.

[15]谢科，李琪.基于Multi-Agent的大学生体育训练管理决策系统研究与设计[J].计算机与数字工程，2013，41（7）:1103-1105，1128.

[16]张维.基于Agent的智能体育训练管理系统研究与应用[J].电子设计工程，2014,22(22):42-44.

Study on system design of blackboard support multi Agent intelligent decision based on physical training and management

MA Xin-lu
（Baoji Vocational Technology College，Baoji 721013，China）

The majority of our school physical training and management are the purpose of training is not strong，poor training effect，an assistant decision-making means backward problems.In view of the above questions to create effective management decision support system is very important.In this paper，based on the characteristics of agent，DSS，in-depth analysis of the sports management decision support system of demand，put forward based on multi agent technology，physical training and management decision support system，the overall framework and specific ways.Examples of the use of dialectical analysis of the feasibility and reliability of the system.In a certain extent，improve the effect of physical training and management，but also provide an important reference for development of other similar systems.

Agent；sports training management；decision support system；design

TN99

A

1674－6236（2016）24-0046-03

2015-12-30 稿件编号：201512315

马新录（1965—），男，陕西眉县人，讲师。研究方向：体育教育，运动训练。