JaKtA：纯Kotlin中的BDI面向代理编程

# JaKtA：纯 Kotlin 中的 BDI 面向代理编程 ## 1. 引言 如今，多范式编程语言越来越受欢迎，因为它们允许开发者为每个任务选择最合适的范式。常见的是，我们会看到面向对象编程（OOP）和函数式编程（FP）的结合，例如 OCaml 在函数式范式基础上增加了面向对象特性；Java 从版本 8 开始通过 lambda 表达式和流 API 在 OOP 之上支持一些函数式抽象；Scala 从设计之初就兼顾了 OOP 和 FP。 然而，目前主流编程语言中还没有原生支持面向代理编程范式（AOP），特别是信念 - 愿望 - 意图（BDI）模型。虽然有一些独立的编程语言，如 Jason、Astra 和 Goal 等支持 BDI 代理编程，但使用和维护这些独立语言可能会有负担，因为它们通常需要开发和维护大量工具，这可能导致生态系统发展缓慢，阻碍其广泛应用。 为了解决 BDI 语言在主流编程中的可用性和工具支持问题，我们可以利用现代编程语言中构建内部领域特定语言（DSL）的趋势。内部 DSL 是精心设计的 API，它将特定问题的抽象融入到一种语法中，让用户能依赖宿主语言的工具和生态系统，还能根据需要透明地使用其他范式的抽象。受 Jason AOP 语言的启发，我们推出了 Jason 风格的 Kotlin 代理（JaKtA），这是一个 Kotlin 内部 DSL，旨在将 BDI 代理无缝集成到主流编程语言中，为 Kotlin 增加 AOP 范式，同时保留其工具链、库以及 OOP/FP 抽象。 ## 2. 背景 这项工作基于两个支柱：DSL 工程（特别是 Kotlin 内部 DSL）和 BDI 代理编程。下面我们将简要介绍它们。 ### 2.1 DSL 工程 DSL 是专门针对特定领域的编程语言，它将领域模型实体及其交互作为一级抽象。实际上，每种语言在某种程度上都是特定领域的，其特定领域就是该语言所基于的范式。例如，Agent Speak 语言（ASL）可以看作是对 BDI 代理领域进行建模的 DSL。 从技术角度看，DSL 可分为两大类： - 外部 DSL：独立存在，有自己的自定义语法和编译器/解释器。 - 内部 DSL：嵌入在宿主语言中，依赖宿主语言的语法和语义特性。从宿主语言的角度看，内部 DSL 与普通库并无区别，它们的区别通常由其用途决定。 理论上，内部 DSL 可以在任何语言中实现，但实际上，宿主语言的语法灵活性直接影响内部 DSL 的易用性。因此，一些现代语言，如 Scala、Kotlin 和 Ruby，提供了专门用于构建内部 DSL 的语法特性。不过，这些特性虽然简化了内部 DSL 的采用，但由于仍受宿主语言语法的限制，其表达能力不如外部 DSL。 选择内部还是外部 DSL 取决于权衡：内部 DSL 语法灵活性有限，可能导致语言表达能力较弱，但它继承了宿主语言的以下优势： - 工具：如 IDE 支持、构建系统、代码检查器、调试器、性能分析器等，减少了维护负担。 - 库：减少了对特定解决方案的需求。 - 抽象：允许 DSL 与其他范式结合使用。这些方面还可能降低熟悉宿主语言的开发者的学习曲线，有利于更广泛的采用。 ### 2.2 BDI 范式和编程语言 哲学家 Michael Bratman 通过“信念、愿望、意图”（BDI）框架描述了人类的实践推理，以此解释未来导向的决策制定。后来，该框架通过模态逻辑形式化，并转化为计算代理的抽象语义：AgentSpeak(L)。计算代理是自主实体，处于它们可以感知和影响的环境中，通过环境直接或间接交互。 基于过程推理系统（PRS）的 BDI 代理经典实现有四个主要抽象： - 信念：构成代理认知记忆的一组事实和规则。 - 愿望：代理想要实现、测试或维护的世界状态的一组目标（可能是部分描述）。 - 意图：代理当前承诺执行的一组任务。 - 计划：代表代理程序记忆的一组配方。 以下是几种常见 BDI 代理编程语言的实用特性比较： | 特性 | JaKtA | Jason | Spade - BDI | Phidias | Astra | JACK | Jadex | Goal | | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | | DSL 类型 | 内部 | 外部 | 两者皆有 | 内部 | 外部 | 外部 | 外部 | 外部 | | 宿主语法 | Kotlin | AgentSpeak(L) 扩展 | Python | Python | 自定义 Java 扩展 | 自定义 Java 扩展 | XML Java 注解 | 自定义 Prolog 扩展 | | 执行平台 | JVM | JVM | Python | Python | JVM | JVM | JVM | JVM | | 直接互操作性 | 任何 JVM 语言 | 任何 JVM 语言 | Python | Python | 任何 JVM 语言 | 任何 JVM 语言 | 任何 JVM 语言 | SWI - Prolog | | 范式融合 | ✓ | × | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | × | ✓ | | 类型安全 | ✓ | × | × | × | ✓ | ✓ | ✓ | × | | 重用机制 | 任何 Kotlin 机制 | 文件包含，扩展动作 | 任何 Python 机制 | 任何 Python 机制 | 代理扩展，可重用计划 | 可重用计划、信念、目标和代理 | 选择性文件包含 | 可重用计划、信念、目标和代理 | | 逻辑编程 | ✓