第42 卷第1 期
2015 年1 月
四川师范大学学报(社会科学版)
Journal of Sichuan Normal University (Social Sciences Edition)
Vol.42,No.1
January,2015
信念-愿望-意图理论及其形式化研究
1
林ꢀ 颖,张晓君
2
(
1. 宁德师范学院经济管理系,福建宁德352100;2. 四川师范大学政治教育学院,成都610066)
ꢀ
ꢀ 摘要:从Bratman (1987) 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
Levesque (1990)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Levesque (1990)的BDI 逻辑给出了Bratman (1987)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:B815.3ꢀ 文献标志码:Aꢀ 文章编号:1000⁃5315(2015)01⁃0005⁃05
ꢀ
ꢀ 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
[
1]
[4]
gent) 。 主体强调理性作用,是描述人类智能、动
关
。 如果任一主体x 的愿望是d,并且x 相信“在
[
2]
物智能和机器智能的统一模型。 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d”,
那么x 就会采取行动a。
设计过程中,信念(Belief)、愿望(Desire,或目标)和
①
意图(Intention )所扮演的作用,哲学界和人工智能
一ꢀ Bratman 的信念-愿望-意图理论
界的学者已经有了深刻的认识。 大多数哲学理论认
为,意图可以化归成信念和愿望。 而Bratman
Bratman(1987)从民俗心理学理论的角度,解释
了信念、愿望和意图是如何影响人类的行为决策和
推理。 当人工智能领域的学者把他的理论实际应用
到人工主体时,就导致了面向主体的新的计算范例
的程序设计技术的诞生。
(
1987)坚信,在实际推理的过程中,意图扮演着重
要而不同的作用,并提出了意图规划理论(planning
theory of intention),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
信念和愿望在影响人类行为决策和推理的过程
[5]
中起着重要的作用。 Dennett(1987) 认为,作为理
[
3]
活动随着时间的推移进行动态推理。 这为BDI
(
Belief-Desire-Intention,简称BDI)逻辑的形成和发
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
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
收稿日期:2014⁃10⁃08
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
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
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
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。
[
6]
图则嵌套了更具体的意图
。
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
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
[
5]41-43
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
不可能实现,为了有利于另一个意图
。
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
[
6]
[7]
Levesque(1990) 的BDI 逻辑、基于分支时间时态
特别承诺,而通常的愿望则没有
。
[
8]473-484
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
逻辑的Rao 和Georgeff(1991)
基于动态逻辑的KARO 逻辑框架
的BDI 逻辑、
[
9]103-146
以及基于
[
10][11]
务必做到(seeing to it that)逻辑的BDI 逻辑
。
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。
[
6]
作用。 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。
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
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
[
6]
望的概念有所忽视:他们的逻辑是基于现实偏好
6
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
世界V(p)的集合中)的一个赋值V,与一个转换系
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。
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
[
6]
即,可以根据后面四个概念来定义意图的概念
。
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)。
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
1
.标准的命题动态逻辑
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, u1〉∈Rα1 且〈w, u2 〉∈Rα2 ,而且
有u1 =u2,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
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
果世界。 线性命题动态逻辑的模型属于线性转换系
[
6]
[6]
表示和推理
。
统类
。
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
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
Afterα 是Possα 的对偶一样,我们把IfHappα 定义成
模态算子Happα 的对偶, 并规定: IfHappαφ ꢁ def
¬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。 Happα 的真值
条件是:
ꢁ
def¬Possɑ¬φ。 当φ 为真(用“ꢂ”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
[
6]
“
(
边(edges)”的集合。 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。
M, w ⊧Happαφ, 当且仅当存在u ∈ W, 使得
wRαu 且M, u⊧φ。
这与Possα 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:
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
(Happi:eꢂ∧Happj:e′φ)→Happi:eφ
除了原子事件,命题也有诸如序列和非确定性
7
四川师范大学学报(社会科学版)
复合(sequential and nondeterministic composition)、
→B¬Bφ
2.偏好
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
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Pi 表示偏好模态算子,公式Piφ
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Prefi 使得Prefi ⊆Beli 来表
示强现实偏好。 即:一个与主体i 的偏好一致的世
[
6]5
解释。 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
w1,…,wn ∈W,使得w1 =w, 对某个αk,〈wk, wk+1 〉
[
6]
∈
Rαk 且M, wn⊧φ。
界,不能够与主体的信念相冲突。 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。
把事件e 上的算子存在∃与动态算子Happi:e
进行融合,可以表示行动上的存在量词,其真值条件
为:
四ꢀ Cohen 和Levesque 的行动、时间、信念和偏
好逻辑
M, w⊧∃eHappi:e φ,当且仅当存在e∈E,u∈
W,使得〈w, u〉∈ Ri:e且M, u⊧φ。
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Rα 上;Bel:T→W×W 把主体i 映射到可
及关系Beli 上;Pref:T→W×W 把主体i 映射到可及
关系Prefi 上。 这一框架满足这样的约束条件:Beli
具有持续性、传递性和欧几里得性;对每个i∈T 而
言,Prefi ⊆Beli。 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
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Beli 添加到线性命题动态逻
[
6]
w
辑中,就可以解释这些算子。 世界Beli(w)= {u:
→2 , 就得到框架M=〈W, R, Bel, Pref〉对应的模
[
6]
〈
w, u〉∈Beli}的集合是指,在世界w 中对主体i 而
型,此框架的有效性和可满足性的定义如常
1.意图的定义
。
言可能的世界集合,这些世界与主体在w 中的信念
一致。
Cohen 和Levesque(1990) 通过定义级联(cas⁃
[
6]
KD45 中的可及关系满足持续性(seriality)、传
递性和欧几里得性(Euclideanity):
cade)的方式定义了一个意图模态算子
:
(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AGi, 即有定义: AGiφ ꢁdef
PiFφ∧B¬α。
(
1)持续性:对每个w∈W,至少存在一个u∈
W,使得〈w, u〉∈Beli。
(
2) 传递性:如果〈w, u〉 ∈Beli 且〈u, v〉 ∈
Beli,那么〈w, v〉∈Beli。
(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PGi, 即有定义: PGiφ ꢁdef AGiφ ∧
(AGiφ)∪(Bφ∨B(▽(¬φ)))。
(
3)欧几里得性:如果〈w, u〉∈Beli 且〈w, v〉
∈
Beli,那么〈u, v〉∈Beli。
这些约束条件使得公理D、公理4 和公理5 有
效:
(
(
4)信念的一致性公理D: Bφ→¬B¬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
5)正内省(positive introspection)公理4: Bφ→
BBφ
(
6)负内省(negative introspection)公理5: ¬Bφ
8
林ꢀ 颖ꢀ 张晓君ꢀ 信念-愿望-意图理论及其形式化研究
化,即:Iφꢁdef PGiφ∧B◇∃eHappi:eφ。
.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
综上所述,BDI 逻辑的基本概念来源于Bratman
2
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。
[
6]
们想要的性质,并避免了不想要的性质。 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:PGiφ =def AGiφ∧(AGiφ)∪(Bφ∨BG
¬
φ∨ψ)。 其中ψ 表示其他原因的未指定条件。
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”。
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责任编辑:张ꢀ 卉]
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