定义

基于模型的智能体是一种智能系统，它通过维护环境的内部模型来在环境中运行。与仅对即时刺激做出反应的纯粹反应式智能体不同，基于模型的智能体构建和更新一个关于世界如何运作的表征——包括其动态、状态转换和行动的潜在结果。这个内部模型支持主动规划和复杂的决策制定。

为什么它很重要

在复杂、动态或部分可观测的环境中，简单的基于规则的系统会失效。基于模型的智能体至关重要，因为它们能够实现预见性。通过基于其内部模型模拟潜在的未来，它们可以选择能导向长期目标的行动，而不仅仅是优化下一个即时奖励。这种能力推动了先进人工智能应用中的真正自主性。

工作原理

基于模型的智能体的操作周期通常涉及几个相互关联的组件：

• 感知 (Perception): 智能体观察外部环境的当前状态。
• 建模/状态估计 (Modeling/State Estimation): 它利用此观测来更新其内部世界模型，完善对环境当前状态和动态的理解。
• 规划 (Planning): 利用世界模型，智能体运行模拟或搜索（例如，使用蒙特卡洛树搜索）来预测各种行动的后果。
• 行动选择 (Action Selection): 它选择规划模块预测能使智能体最接近其目标的行动。
• 执行 (Execution): 该行动在真实环境中执行，然后循环重复。

常见用例

在需要战略思维的场景中部署基于模型的智能体：

• 机器人技术 (Robotics): 在未知或变化中的物理空间中进行自主导航和操作。
• 游戏人工智能 (Game AI): 创建表现出超越简单模式匹配的深度战略规划的对手。
• 资源管理 (Resource Management): 通过对未来需求和约束进行建模来优化复杂的供应链或能源电网。
• 自动驾驶汽车 (Autonomous Vehicles): 预测其他智能体（行人、其他汽车）的行为，以确保安全的路径规划。

主要优势

• 主动决策制定 (Proactive Decision Making): 能够提前规划数步，减轻未来风险。
• 处理不确定性 (Handling Uncertainty): 内部模型允许智能体对未知变量和概率进行推理。
• 数据效率 (Data Efficiency): 在某些架构中，模型允许智能体从更少的真实世界交互中学习复杂行为。

挑战

• 模型准确性 (Model Accuracy): 智能体的性能从根本上受限于其内部世界模型的准确性。不准确的模型会导致规划缺陷。
• 计算负载 (Computational Load): 在模型内维护和运行复杂模拟需要大量的计算资源。
• 状态空间爆炸 (State Space Explosion): 对于高度复杂的环境，可能的状态数量会变得计算上难以处理。

相关概念

该概念与强化学习（RL），特别是基于模型的强化学习（Model-Based RL），以及蒙特卡洛树搜索（MCTS）等规划算法有很大重叠。它与纯粹的反应式智能体不同之处在于它融入了记忆和预测能力。