基本介紹
- 中文名：行為樹
- 外文名：Behavior tree
- 本質：圖形建模語言
簡介,重要性,工程過程,發展歷史,套用領域,
簡介
大規模系統的大量自然語言要求中的細節量導致短期記憶過載並且可能形成障礙，阻止任何人對系統進行深入，準確和全面的理解需要。此外，由於使用自然語言，可能存在許多與需求信息相關的模糊，別名，不一致，冗餘和不完整問題。這進一步增加了不確定性和複雜性。一般來說，最多只有少數人能夠很好地理解系統或情況的某些部分，但除了對整體的表面理解之外，沒有人能夠理解 - 即系統的詳細集成行為。
行為樹表示（藉助於組合樹表示，解決了具有大量需求的別名和其他辭彙問題），允許人們避免短期記憶體過載並產生深入，準確，整體的系統表示需要所有利益相關者都能理解，因為它嚴格使用原始要求的辭彙。因為行為樹表示法使用形式語義，所以對於任何給定的示例，它已經是，或者可以是可執行的。
重要性
單一和複合或集成的行為樹形式在系統和軟體工程中的行為樹套用中都很重要。
需求行為樹：最初，個體需求行為樹（RBT）用於通過嚴格的，保留意圖和保留辭彙的翻譯過程捕獲每個單獨的自然語言需求中的所有行為片段。翻譯過程可以發現原始自然語言要求中的一系列缺陷。
集成行為樹：由於一組需求意味著系統的集成行為，因此可以組合所有單獨的需求行為樹來構建集成行為樹（IBT），該行為樹提供系統緊急集成行為的單一整體視圖。這使得系統的綜合行為能夠超出其要求。有助於描述這一過程的類比是從一組隨機排列的拼圖拼圖過渡到將每個拼圖放在適當的位置。當我們這樣做時，我們會在其預期的上下文中看到每條信息，我們會看到整個信息片段以及整體的新興屬性。
將所有要求轉換為行為樹（RBTs）類似於將拼圖遊戲的所有部分隨機分布在桌子上-直到我們將所有部分放在一起我們無法看到緊急圖片以及是否有任何部分丟失或做不合適。構建集成行為樹（IBT）允許我們這樣做。
工程過程
1、使用的表示-（關鍵）
行為樹提供了一種增加對複雜系統的共同理解的工具。組合樹在整個過程中的作用是提供一種克服與系統的大量要求相關的不完全知識的工具。
2、使用的過程 - （關鍵）
BEHAVIOR ENGINEERING使用行為樹來控制複雜性，同時增加對複雜系統的共同理解。對複雜系統的共享，整體理解，因為它集成了需求，顯示了需求所隱含的系統的緊急行為。
發展歷史
行為樹及其在系統和軟體工程中的套用概念最初由Dromey 開發，並於2001年首次發表了一些關鍵思想。關於這項工作的早期出版物使用術語“遺傳軟體工程”和“遺傳設計”來描述行為樹的套用。最初使用遺傳這個詞的原因是因為基因集，拼圖拼圖集和表示為行為樹的要求集似乎共享幾個關鍵屬性：
1、它們包含足夠的信息作為一個集合，允許它們組成 - 使用行為樹，這允許系統根據其要求構建
2、將這些部件放在一起的順序並不重要 - 有了這些要求，這有助於應對複雜性。
3、當集合中的所有成員組合在一起時，最終的集成實體展示了一組重要的緊急屬性。
對於行為樹，重要的緊急屬性包括
1、需求所暗示的系統的集成行為。
2、需求中提到的每個組件的連貫行為。
在另一種情況下，這些遺傳相似性最初由Woolfson拼寫,（A. Woolfson，Living Without Genes，Flamingo， 2000）
使用遺傳一詞的進一步權重來自十八世紀的思想家Giambattista Vico，他說：“理解某些東西，而不僅僅是能夠描述它，或將其分析成它的組成部分，就是要理解它是如何產生的 - 它的起源，它的成長......真正的理解永遠是遺傳的。儘管存在這些合理的遺傳相似性，但人們認為這種強調導致了遺傳算法概念的混淆。因此，引入術語行為工程來描述利用行為樹來構建系統的過程。術語“行為工程”以前曾用於人工智慧 - 機器人研究的專業領域。它的用途包括更廣泛的嚴格形式化和整合大型系統建模所需的大量行為和組合要求。
套用領域
多年來，行為樹建模可以並且已經套用於各種套用。一些主要套用領域如下所述。
大型系統
對具有大量自然語言要求的大規模系統進行建模一直是試驗行為樹和整體行為工程過程的主要關注點。對該方法進行這些評估和試驗涉及與澳大利亞的許多行業合作夥伴和政府部門合作。所研究的系統包括大量的防禦系統，企業系統，運輸系統，信息系統，衛生系統和具有嚴格安全要求的複雜控制系統。這些研究的結果都是商業上的信心。然而，Raytheon Australia的廣泛行業發展的結果將在下面的工業部分中介紹。所有這些工作一直表明的是，通過翻譯需求並創建動態和靜態的需求綜合視圖，早期發現了大量主要缺陷，超出了當前行業最佳實踐所發現的缺陷。
嵌入式系統
設計未能滿足系統要求可能導致進度和成本超支。如果還存在嚴重的可靠性問題，那么不滿足系統要求就會產生危及生命的後果。但是，在方法中，確保滿足要求通常會在測試和調試周期中延遲到開發過程的後期。這項工作描述了系統開發方法，行為工程如何用於開發嵌入式系統的軟體。結果是模型驅動的開發方法，可以創建滿足其需求的嵌入式系統軟體，這是套用開發過程的結果。
硬體 - 軟體系統
許多大型系統由相互依賴的軟體和硬體組成。軟體和硬體的不同性質意味著它們通常使用不同的方法單獨建模。由於與硬體/軟體互動的不兼容假設，這可能隨後導致集成問題。通過將行為樹與Modelica，數學建模方法相結合，可以克服這些問題。環境和硬體組件使用Modelica建模，並與使用行為樹的可執行軟體模型集成。
基於角色的訪問控制
為確保正確實施複雜的訪問控制要求，經驗證和驗證的要求必須與系統的其餘部分有效集成。在開發過程的早期驗證和驗證系統也很重要。已經開發出一種基於角色的綜合訪問控制模型。該模型基於圖形行為樹表示法，可以通過模擬驗證，也可以使用模型檢查器進行驗證。使用此模型，可以從一開始就將訪問控制要求與系統的其餘部分集成在一起，因為：使用單個表示法來表示訪問控制和功能要求;可以採用系統的，漸進的方法來構建正式的行為樹規範;並且可以模擬和模型檢查規範。使用具有分散式訪問控制要求的案例研究評估了該模型的有效性。
生物系統
由於行為樹描述了複雜的行為，因此它們可用於描述一系列不限於基於計算機的系統。在生物學背景下，BT可用於將研究論文中描述的生物學功能的程式性解釋拼湊在一起，將論文視為如上所述的需求檔案。這有助於構建一個比唯讀的更具體的過程描述，也可以作為比較替代論文中競爭理論的基礎。在正在進行的研究中，行為樹符號被用於開發恐懼條件下大鼠的腦功能模型。
遊戲AI建模
主要文章：行為樹（人工智慧，機器人和控制）雖然BT在電腦遊戲中對人工智慧建模很受歡迎，例如Halo 和Spore，這些類型的樹與本頁描述的樹非常不同，並且更接近於層次有限狀態的組合機器或決策樹。足球運動員建模也是BT的成功套用。
