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对优化方法和多准则/跨学科设计工具 VKI 系列讲座2004 年 11 月 15-19集体和复杂的系统设计一、 Kroo斯坦福大学，美国1.摘要集体是最大化系统性能，通过本地目标追求的自我激励代理商的组。本文涉及集体设计的两个方面: 优化设计中的集体和工程设计本身，多个个人或团队设计大规模的系统部件的集体使用的应用。示例来自航空工程，发达的模型，在许多相关学科其中可用于分析和优化的完整系统。设计的飞机，涉及许多个人或组织和编队飞行的鹅，例如，共享许多类似的功能。在每种情况下，个人必须决定采取的行动，必须受益系统作为一个整体，尽管要求他们本地行事，并不能立即确定他们的行动对整个系统的效果。示例演示了如何多层次分布式优化可用于实现最佳系统性能的同时侧重于本地的自由度和如何采取类似的做法导致最优 V 形雁群的甚至当个别鸟只致力善用自己本地的目标。这些想法的附加应用程序显示如何集体可能提供新的工程解决方案，以航空航天设计中的问题。2.介绍航空中的有趣问题的各种涉及多个代理，必须作为一个组来完成一些任务的相互作用。这些代理可能无人的飞行器相互合作，有哪些信誉好的足球投注网站一组行为必须实现所需的响应，音乐会的控制传动器或一个团队的工作整体系统设计问题的某些部分的设计专家。事实上这种类型是问题的共同在整个自然与社会，从昆虫殖民地和分布式企业组织为国家经济体。而且虽然个别车辆或控制器设计技术发达，设计策略和工具优化的多智能体系统通常原始的和启发式，尽管这些系统在工程和社会中的重要性。在本文中，我们考虑多智能体系统，一组个人自我激励设法使整个系统的性能最大化的集体的一种特殊类型。本文描述了新兴理论的集体、 他们的设计和他们在航空工程中的应用方法。航空系统的发展重点的个别车辆，然后有时组装成一支舰队，成为空中运输系统，例如设计。随着这些系统的复杂性，但是，这种方法在系统设计变得更困难而且非最佳。新理论的集体行为，更好地认识的应急系统属性和多智能体系统设计的新办法答应显著改变的航空系统正在开发的方式。是否感兴趣的系统涉及网络 （飞机或数据数据包的路由），由多个学科的设计团队，一个复杂的系统的分布式的设计或协调多个空气车辆的性能增强或空中交通管理、 多智能体系统可以应用于创建的系统，其性能可能大大超过特设的系统科学的聚合系统。设计或复杂的多智能体系统的控制是性能的困难的因为重要的系统方面可能是性能的应急系统的属性。虽然做了许多工作领域的复杂系统理论的系统级应急行为所产生的本地规则简单很多例子是知名 [1，2]，我们感兴趣不在有趣的系统动力学，而在优化急诊的行为。系统设计的两个传统的做法是在这些情况下，有问题的因为问题分解成更容易处理子系统设计问题未命中应急系统属性，而集中的优化是不可行，因为问题的复杂性。集中的优化方法或分层问题的分解，相对于一个集体是个别代理商寻求与其他人同时选择增加自己本地的实用程序的操作的代理交互时将本地的实用程序，最大限度地优化的分布式系统。作为一种分布式的优化问题制订允许使用的机器学习、 统计、 多智能体系统和博弈论的技术。新兴领域的 集体或集体智慧利用了这些相关的字段中的结果、 用品设计一个集体，框架和由自治区火星车已应用于多种分布式的优化问题，包括网络路由，计算资源分配和数据收集。[3-5]. 集体的字段中存在的两个基本问题。预测系统、 其均衡点，系统性能 （全球实用程序） 生成动态构成正的问题。这可能是使用模拟 （虚构播放） 来完成，实验，或在某些情况下，概率或聚合理论。集体的逆问题通常是更困难的问题和重点目前的讨论。问题是要确定个别代理商本地实用程序与他们使用选择最大化他们的公用事业机构，这样的操作的策略整体的系统实用程序处于最大化状态。3.集体的理论基础在集体的设计过程中，代理选择操作 （从变量空间的值），并在一些基于系统目标的方法获得奖励，必须根据。这些奖励然后由代理使用来确定他们的下一个选择的行动。代理也不能提高其奖励通过更改操作时，该进程将达到平衡。集体的逆问题是 meta 设计问题的一种，和中心左右两个基本问题：1.如何不会一个选择本地实用程序为个别代理商，在实行时分布式的系统，就所需的系统性能吗？2.哪些战略应遵守高效地导致的个别代理商增加当地的公共设施吗？3.1.本地或私营实用程序在某些系统中，由系统本身的字符指定本地实用程序功能的选择。因此在经济体系中，代理是自我兴趣与他们自己，有时未知的目标。这些可能受激励政策和机制设计领域密切相关问题的实用程序选择的集体，但限制性更强。集体设计的情况下，我们可自由选择代理商寻求最大限度的实用程序功能。这种选择并不明显，不过，和选择不当会导致非常低效或执行不当的集体。理论的集体由.沃尔普特和肿瘤侵袭 [6] 和更近的概率描述集体理论 [7] 提供一些正式的注意事项，协助这种选择。这以下