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1 第４２卷第１期２０１５年１月四川师范大学学报社会科学版ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｉｃｈｕａｎＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＳｏｃｉａｌＳｃｉｅｎｃｅｓＥｄｉｔｉｏｎＶｏｌ４２Ｎｏ１Ｊａｎｕａｒｙ２０１５信念愿望意图理论及其形式化研究林颖１张晓君２１宁德师范学院经济管理系福建宁德３５２１００２四川师范大学政治教育学院成都６１００６６摘要从Ｂｒａｔｍａｎ１９８７的信念愿望意图理论出发考察了该理论在逻辑中的形式化比如Ｃｏｈｅｎ和Ｌｅｖｅｓｑｕｅ１９９０的ＢＤＩ逻辑Ｂｒａｔｍａｎ认为信念愿望和意图在人的行为中扮演着重要的作用意图不仅仅是一个愿望而且是主体不会轻易放弃的承诺意图具有惯性而且是进一步实际推理的一个输入为了对信念愿望和意图加以区分他引入了前态度的概念Ｃｏｈｅｎ和Ｌｅｖｅｓｑｕｅ１９９０的ＢＤＩ逻辑给出了Ｂｒａｔｍａｎ１９８７的信念愿望意图理论的形式语义行动时间信念和偏好在此逻辑中占据着重要地位关键词信念愿望意图偏好ＢＤＩ逻辑中图分类号Ｂ８１５３文献标志码Ａ文章编号１０００５３１５２０１５０１０００５０５做知识级分析的系统称为主体Ａｇｅｎｔ比如行动愿望简称ＢＡＤ理论该理论认为经济预人具有智能的高级动物和仿人机器人均可视为Ａ测与主体的信念行动和愿望的意向性解释有物智能和机器智能的统一模型２在理性主体的当时情况下如果采取行动ａ就能够实现愿望ｄｇｅｎｔ１主体强调理性作用是描述人类智能动设计过程中信念Ｂｅｌｉｅｆ愿望Ｄｅｓｉｒｅ或目标和意图Ｉｎｔｅｎｔｉｏｎ ① 所扮演的作用哲学界和人工智能界的学者已经有了深刻的认识大多数哲学理论认关４如果任一主体ｘ的愿望是ｄ并且ｘ相信在那么ｘ就会采取行动ａ一Ｂｒａｔｍａｎ的信念愿望意图理论Ｂｒａｔｍａｎ１９８７从民俗心理学理论的角度解释为意图可以化归成信念和愿望而Ｂｒａｔｍａｎ了信念愿望和意图是如何影响人类的行为决策和要而不同的作用并提出了意图规划理论ｐｌａｎｎｉｎｇ到人工主体时就导致了面向主体的新的计算范例１９８７坚信在实际推理的过程中意图扮演着重ｔｈｅｏｒｙｏｆｉｎｔｅｎｔｉｏｎ把意图看作是行为的部分规划认为在社会生产实际中这些规划支持我们的日常活动随着时间的推移进行动态推理这为ＢＤＩＢｅｌｉｅｆＤｅｓｉｒｅＩｎｔｅｎｔｉｏｎ简称ＢＤＩ逻辑的形成和发３展奠定了坚实的哲学基础并对人工智能产生了广泛的影响在经济学方法论领域与信念愿望意图ＢＤＩ理论十分相似的有Ａ罗森伯格提出的信念推理当人工智能领域的学者把他的理论实际应用的程序设计技术的诞生信念和愿望在影响人类行为决策和推理的过程中起着重要的作用Ｄｅｎｎｅｔｔ１９８７５认为作为理性主体的实体的行为选择似乎受其信念和愿望的操控为了更为全面地理解人类实际行为推理Ｂｒａｔｍａｎ认为有必要引入意图这一概念意图不仅仅是一个单纯的愿望而且还包含了主体不会很快收稿日期２０１４１００８基金项目教育部人文社会科学研究规划项目基于ＢＤＩ信念愿望和意图逻辑的慎思Ａｇｅｎｔ的行为决策研究１３ＹＪＡ７２０４０００１作者简介林颖１９６３女福建福清人宁德师范学院经济管理系教授主要研究现代逻辑等张晓君１９７０女四川南充人逻辑学博士四川师范大学政治教育学院副研究员主要研究现代逻辑５

2 四川师范大学学报 ( 社会科学版 ) 放弃的承诺 ( commitment) 例如, 一个主体的愿望是 : 能够在北京大学做报告, 这仅仅是一个单纯的愿望, 她不一定为了这个愿望而采取实际的措施, 可能她受限于自身的条件 ( 比如她连大学都没有上过 )但如果一个主体有了明天要在北京大学做报告的意图, 这就不仅仅是个单纯的愿望, 她会采取实际的措施, 并制定计划来实现这个意图 ( 比如 : 取消其他计划, 或者确保笔记本已经装在包里 ), 除非特殊或意外情况发生, 导致她取消这个意图, 不然她明天将在北京大学做报告 Bratman 把注意力集中在面向未来的意图, 这类意图有别于面向当前的意图面向未来的意图伴随着主体的行动, 更确切地说, 伴随主体的意图行动 (intentional actions) 为了对信念愿望和意图加以区分,Bratman 引入了前态度 ( pre attitude) 的概念前态度就是对主体行动起激励作用的心智态度愿望和意图都是前态度, 而信念则常常不是意图是对行为进行控制的前态度, 而通常的愿望仅仅对行动有着潜在的影响涉及未来导向意图的承诺意愿大小, 则是由意图的行为控制特性决定的, 作为行为控制的一个前态度, 意图常常涉及到对行动的一个特别承诺, 而通常的愿望则没有 [6] 除了把意图等同于行为控制的前态度外,Brat man 认为意图还具有别的性质 : 意图具有惯性 (iner tia), 而且是进一步实际推理的一个输入意图的惯性是指, 意图抵制对其进行再思考, 一旦一个意图形成 ( 而且对行动的承诺也已经形成 ), 意图通常会保持其完整性直到行动时间到来即 : 意图具有稳定性或惯性意图会对进一步的行动决策和推理产生影响, 意图的精炼 ( 对更具体行动的意图 ) 也会起作用 [6] 例如, 一个主体有了明天到北京大学做报告的意图后, 可以形成开车去北京大学做报告这样更为具体的意图有了这第二个意图后, 考虑去北京大学的火车时刻表就不再合理, 但在第一个意图之后, 这么考虑则是合理的这就导致我们把意图看成是, 不同于信念和愿望的独特的心智状态先前的意图和计划决定了待选项是否通过意图的这一特性就要求意图和信念具有一致性 : 意图是相对主体相信为真的世界而言的 Bratman 认为, 意图与计划 ( plans) 具有内在联系 : 计划就是意图它们都具有意图的特性 : 它们抵制对其进行再思考具有惯性 ; 它们都是行为的操控者, 而不仅仅是行为的影响者 ; 它们都为进一步的实际推理和规划 (planning) 提供关键输入但与简单意图相比, 它们显得更为复杂 : 从不完全的意义看, 简单意图仅仅是意图和计划的典型部分典型情况是, 主体有做某件事情的部分计划, 之后再考虑计划的细节意图和计划具有等级结构 : 关于目的的计划嵌套了关于手段的计划和初始步骤, 更一般的意图则嵌套了更具体的意图 [6] 总之,Bratman 认为, 面向未来的意图具有如下特点 :(1) 意图是更高级别的计划 ;(2) 意图引起深思并激发计划, 意图常常会导致对更高级别的计划的精炼, 从而得到更加具体的计划 ;(3) 意图伴随着为实现该意图的承诺 ;(4) 仅仅在如下几种情况下, 主体才会放弃其意图 : 意图已经实现, 她相信该意图不可能实现, 为了有利于另一个意图 [5]41-43 Bratman 的信念 - 愿望 - 意图理论仅仅是个半形式化系统, 此理论给出了信念愿望和意图这些基本概念, 并说明了它们之间的关系, 但并没有给出它们的形式语义之后有多位学者在对其进行形式化的基础上, 得到了相应的信念 - 愿望 - 意图逻辑其中, 代表性的主要有 : 基于线性时态逻辑的 Cohen 和 Levesque(1990) [7] 的 BDI 逻辑基于分支时间时态逻辑的 Rao 和 Georgeff(1991) [8] 的 BDI 逻辑 [9] 基于动态逻辑的 KARO 逻辑框架以及基于务必做到 (seeing to it that) 逻辑的 BDI 逻辑 [10][11] Cohen 和 Levesque 以及 Rao 和 Georgeff 这两篇论文因为其极高的引用率, 分别于 2006 年和 2007 年获得了 IPAAMAS 奖自主 ( autonomous) 主体和多主体系统的影响文章奖限于篇幅, 本文只讨论 Cohen 和 Levesque(1990) 的 BDI 逻辑, 并重点论述其对时间和行动的处理二 Cohen 和 Levesque 对时间和行动的处理 Cohen 和 Levesque ( 1990 ) 试图实现 Bratman (1987) 的哲学分析模型, 他们以线性时态逻辑和可能世界语义学为基础, 研究了信念目标持续目标意图以及理性的逻辑表达和演算在 Bratman 的意图理论中, 信念愿望时间和行动都扮演着重要的作用, 因此, 该理论的逻辑分析就会涉及到对信念逻辑愿望逻辑时间逻辑和行动逻辑的融合信念时间和行动在 Cohen 和 Levesque(1990) 的逻辑中占据着基础地位, 但对愿望的概念有所忽视 [6] : 他们的逻辑是基于现实偏好 6

3 林颖张晓君信念 - 愿望 - 意图理论及其形式化研究 (realistic preference) 这一概念之上的现实偏好是指, 主体根据其信念对其可实现性进行了过滤的愿望因此, 信念蕴涵现实偏好 : 如果主体相信 φ 为真, 那么她也必须偏好 φ 为真虽然在未来某个时刻, 主体可能偏好 φ 为假这样, 就使得意图的概念可以化归成信念现实偏好时间和行动的概念即, 可以根据后面四个概念来定义意图的概念 [6] Cohen 和 Levesque(1990) 的逻辑是命题动态逻辑 (Propositional Dynamic Logic) 的线性版本线性命题动态逻辑的语义允许解释线性时态逻辑 (Line ar-time Temporal Logic) 1. 标准的命题动态逻辑标准的命题动态逻辑不是关于行动而是关于事件 (event) 的逻辑, 它有一个原子事件名称的集合 E Cohen 和 Levesque 把主体添加其中, 并提供了 Agent 版本的命题动态逻辑令 T 是主体的集合,i j 等表示主体, 且 i j T 那么, 原子行动就是 E T 的元素原子行动记作 :i:e, 其中, 原子事件 e E, 且 i T 通过使用模态算子 Possα( 其中 α 是一个行动 ) 原子公式原子行动, 就可以表示命题动态逻辑语言中的公式 Possαφ 的意思是存在行动 α 的一个可能执行, 且执行行动 α 之后 φ 为真这一意思的确立, 就允许标准的命题动态逻辑存在行动 α 的几个可能执行, 从而可对不确定性行动进行表示和推理 [6] 而存在量词 Possα 是作用在行动 α 的执行上, 其对偶模态算子是全称量词 Afterα 而且 Afterαφ def Possɑ φ 当 φ 为真 ( 用表示 ) 时,Possα 的意思是 α 是可以执行的 ; 而当 φ 为假 ( 用表示 ) 时,Afterα 的意思是 α 是不可以执行的命题动态逻辑的语义是建立在转换系统 ( tran sition systems) 之上的, 其中原子行动 i:e 被解释成边 (edges) 的集合 [6] 这种转换系统是一个偶对 (couple) W, R, 其中 W 是一个非空的可能世界的集合,R 把每个行动 α 映射到相对于可能世界的一个可及关系 Rα W W 上从可能世界 w 到被行动 α 标记的可能世界 u 的边的意思是 : 在 w 中执行行动 α,u 是当行动 α 被执行后的一个可能输出结果的世界所有这些 α 边组成的集合就是解释行动 α 的可及关系 Rα 把命题变元的集合 Φ 中的原子公式 p, 映射到它们的执行 V( p) W( 即映射到 p 在其中为真的世界 V(p) 的集合中 ) 的一个赋值 V, 与一个转换系统一起, 就构成了一个命题动态逻辑模型 W, R, V 此模型可以对公式指派真值特别地, 如果存在 Rα 中的一个偶对 w, w, 使得 φ 在世界 w 中为真 : M, w Possαφ, 当且仅当存在 u W, 使得 wrαu 且 M, u φ 那么我们就说,Possα 在世界 w 中为真因此, 公式 Possαφ 是表示能力 ( ability) 的弱概念, 即 : 行动 α 可能出现, 之后 φ 可以为真 2. 线性的命题动态逻辑或许是 Cohen 和 Levesque(1990) 首次采用命题动态逻辑, 对实际主体进行建模, 其模态词是在线性 (linear) 命题动态逻辑中解释的在这种模型中, 对每个可能世界 w 而言, 最多存在一个与 w 时间相关的后继世界 u 连接 w 与 u 的可及关系可能被几个原子行动标记更形式化地说, 如果对每个可能世界 w W 而言, w, u 1 R α1 且 w, u 2 R α2, 而且有 u 1 = u 2, 那么我们就说, 转换系统 W, R, V 是线性的从可能世界 w 到被行动 α 标记的可能世界 u 的边的意思是 : 在 w 中执行行动 α,u 是当行动 α 被执行后的输出结果的世界这就允许我们可以同时执行两个不同的行动, 但它们必须导致相同的结果世界线性命题动态逻辑的模型属于线性转换系统类 [6] 我们用 Happαφ 表示实际行动模态算子, 意思是 : 行动 α 将要被执行, 之后 φ 为真而前面的弱概念 Possαφ 则是表示可能行动的模态算子正如 After α 是 Poss α 的对偶一样, 我们把 IfHappα 定义成模态算子 Happ α 的对偶, 并规定 : IfHapp α Happα φ Happαφ 表示行动 α 是可执行的, 之后 φ 为真 ;IfHappαφ 表示, 如果行动 α 是可执行的, 那么之后 φ 为真, 因此, 前者蕴涵后者 Happ α 的真值条件是 : M, w Happ α φ, 当且仅当存在 u W, 使得 wr α u 且 M, u φ 这与 Poss α 的真值条件几乎一样只不过为了更好地适应这种模型的线性, 我们改变了模态算子的名称而已线性命题动态逻辑模型具有这样的公理模式 : (Happ i:e Happ j:e φ) Happ i:e φ 除了原子事件, 命题也有诸如序列和非确定性 7

4 四川师范大学学报 ( 社会科学版 ) 复合 ( sequential and nondeterministic composition) 测试和迭代等复合事件 Cohen 和 Levesque 逻辑有时间算子 : eventual ly ( 最终终于, 用表示 ) henceforth ( 从今以后, 用表示 ) until ( 直到才, 用表示 ) 这些算子可以在线性命题动态逻辑的模型中作各种解释 [6]5 例如, 我们可以给出算子 eventually 这样的真值条件 : M, w φ, 当且仅当存在一个整数 n, 并存在 w 1,,w n W, 使得 w 1 = w, 对某个 α k, w k, w k+1 R αk 且 M, w n φ 把事件 e 上的算子存在与动态算子 Happ i:e 进行融合, 可以表示行动上的存在量词, 其真值条件为 : M, w ehapp i:e φ, 当且仅当存在 e E,u W, 使得 w, u R i:e 且 M, u φ 三 Cohen 和 Levesque 对信念和偏好的处理 Cohen 和 Levesque(1990) 对信念的定义的论述遵循了通常的标准, 而对偏好的论述则利用了强现实偏好这一有些特别的概念 1. 信念对每个主体 i 而言, 可以用 B 表示信念模态算子 ; 这些算子的逻辑就是标准的信念 KD45 模态逻辑如果把可及关系 Bel i 添加到线性命题动态逻辑中, 就可以解释这些算子 [6] 世界 Bel i ( w) = { u: w, u Bel i } 的集合是指, 在世界 w 中对主体 i 而言可能的世界集合, 这些世界与主体在 w 中的信念一致 KD45 中的可及关系满足持续性 ( seriality) 传递性和欧几里得性 (Euclideanity): (1) 持续性 : 对每个 w W, 至少存在一个 u W, 使得 w, u Bel i (2) 传递性 : 如果 w, u Bel i 且 u, v Bel i, 那么 w, v Bel i (3) 欧几里得性 : 如果 w, u Bel i 且 w, v Bel i, 那么 u, v Bel i 效 : BBφ 这些约束条件使得公理 D 公理 4 和公理 5 有 (4) 信念的一致性公理 D: Bφ B φ (5) 正内省 (positive introspection) 公理 4: Bφ (6) 负内省 (negative introspection) 公理 5: Bφ B Bφ 2. 偏好 Cohen 和 Levesque 认为, 意图就是特别强烈的现实偏好强现实偏好是指, 对一个主体而言的可能的世界中, 存在主体偏好的一个子集对每个主体 i 而言, 可以用 P i 表示偏好模态算子, 公式 P i φ 的意思是主体 i 选择 φ 为真从信念逻辑蕴涵偏好这一意义来看, 这一偏好概念具有强现实性从语义上讲, 可以用可及关系 Pref i 使得 Pref i Bel i 来表示强现实偏好即 : 一个与主体 i 的偏好一致的世界, 不能够与主体的信念相冲突 [6] 换句话说, 在世界 w 中, 主体只能够在其可能认知到的世界中选择其偏好世界四好逻辑 Cohen 和 Levesque 的行动时间信念和偏行动时间信念和偏好逻辑语义框架是一个四元组 M = W, R, Bel, Pref, 其中 :W 是一个非空的可能世界的集合 ;R: (T E) W W 把行动 α 映射到可及关系 R α 上 ;Bel:T W W 把主体 i 映射到可及关系 Bel i 上 ;Pref:T W W 把主体 i 映射到可及关系 Pref i 上这一框架满足这样的约束条件 :Bel i 具有持续性传递性和欧几里得性 ; 对每个 i T 而言,Pref i Bel i 与通常一样, 在框架中添加把原子公式 p 映射到它们的执行 V(p) W 中的赋值 V:Φ 2 w, 就得到框架 M = W, R, Bel, Pref 对应的模型, 此框架的有效性和可满足性的定义如常 [6] 1. 意图的定义 Cohen 和 Levesque (1990) 通过定义级联 ( cas cade) 的方式定义了一个意图模态算子 [6] : (1) 如果主体 i 偏好 φ 将最终为真, 并相信 φ 目前为假, 那么 φ 就是主体 i 的达成性目标 ( a chievement goal), 记作 AG i, 即有定义 : AG i P i Fφ B α (2) 如果主体 i 有一个要达成的目标 φ, 并且将坚持这一目标直到 φ 要么被实现, 要么被相信成不能实现, 那么 φ 就是主体 i 的持续性目标 (persistent goal), 记作 PG i, 即有定义 : PG i (AG i φ) (Bφ B( ( φ))) AG i φ (3) 如果主体 i 有一个持续性目标 φ, 并且相信通过她的行动能够达到 φ, 那么我们就说, 主体 i 有意图 φ( 记作 Iφ) 这就要求通过融合算子 ( fused operator) 对事件进行量化的方式对 i 的行动进行量 8

5 林颖张晓君信念 - 愿望 - 意图理论及其形式化研究化, 即 :Iφ def PG i φ B ehapp i:e φ 2. 意图的一些有效原则和无效原则 Cohen 和 Levesque(1990) 的结果保证了几个我们想要的性质, 并避免了不想要的性质 [6] 比如 : (1) 主体 i 意图 φ, 逻辑蕴涵主体 i 相信 φ, 即 :Iφ Bφ;(2) 公式模式 B( φ ψ) ( Iφ Iψ) 无效, 即 : 主体 i 意图 φ, 并且 i 相信 φ 蕴涵 ψ, 并不能逻辑蕴涵 i 意图 ψ 这一性质很重要例如 : 主体 i 想去拔牙, 并相信拔牙会引起牙疼, 但主体 i 肯定不想去挨疼 3. 持续性目标的简化定义 Cohen 和 Levesque 最初的定义, 允许主体为了某些更重要的目标, 而放弃一个持续性目标其简 [6] 化定义是 :PG i φ = def AG i φ ( AG i φ) ( Bφ BG φ ψ) 其中 ψ 表示其他原因的未指定条件综上所述,BDI 逻辑的基本概念来源于 Bratman 的信念 - 意图 - 愿望理论该理论认为信念愿望和意图在影响人类行为决策和推理的过程中起着重要的作用 ; 并把注意力集中在伴随着主体行动的面向未来的意图其特点是 : 意图是更高级别的计划 ; 意图引起深思并激发规划 ; 意图伴随着为实现该意图的承诺 ; 引入对主体行动起激励作用的前态度, 可以对信念愿望和意图加以区分 ; 意图具有惯性, 而且是进一步实际推理的一个输入 Cohen 和 Levesque (1990) 试图实现 Bratman(1987) 的哲学分析模型 : 以线性时序逻辑和可能世界语义学为基础, 使用信念现实偏好时间和行动的概念, 通过定义级联的方式定义了意图模态算子, 研究了信念目标持续目标意图以及理性的逻辑表达和演算 ; 其逻辑是命题动态逻辑的线性版本他们的工作为后续 BDI 逻辑及其扩展逻辑的发展奠定了坚实的基础注释 : 1 这里需要说明的是 : 虽然在心灵哲学和语言哲学等领域中,intention 多译为意向, 但在人工智能领域,intention 多译为意图参考文献 : [1] 张晓君, 郝一江. 基于行动逻辑的智能主体行为表征研究 [J]. 重庆理工大学学报 ( 社会科学版 ),2013,(1): [2] 张晓君. 等级 BDI 逻辑 : 关于行为表征的柔性逻辑 [J]. 哲学动态,2013,(1): [3] BRATMAN M E. Intentions, Plans, and Practical Reason [ M].Harvard University Press, [4] 陈群, 桂起权. 经济学究竟是严密自然科学还是行为科学 A. 罗森伯格经济学哲学思想解读 [J]. 经济评论,2011,(5):5 11. [5]DENNETT D C. The Intentional Stance [M]. Cambridge, Mass.: MIT Press, [6]MEYER J J. Ch et al. BDI logics[eb / OL].[ ]. http: / / / docs / vakken / iag / jj.bdi. [7] COHEN P R, LEVESQUE H. Intention is choice with commitment[ J]. Artificial Intelligence, 1990,(3): [8] RAO A S, GEORGEFF M P. Modeling rational agents within a BDI architecture [ C] / / Proceedings of the 2nd International Conference on Principles of Knowledge Representation and Reasoning [9]VAN LINDER B, et al. Actions that make you change your mind[c] / / LAUX A, WANSING H(eds.). Knowledge and Belief in Philosophy and Artificial Intelligence [10] CHELLAS B F. On bring it about[ J]. Journal of Philosophical Logic, 1995,24: [11]HORTY J F. Agency and Deontic Logic [M]. Oxford University Press, [ 责任编辑 : 张卉 ] 9

机器任务学习和协同

机器任务学习和协同机器人任务学习和协同工作 Guy Hoffman MIT Media Laboratory guy@media.mit.edu Andrea Lockerd MIT Media Laboratory alockred@media.mit.edu 概要 2. 研究方法在这篇论文中, 我们阐述了我们对人造机器人协同性学习以及