主体和多主体系统已经成为人工智能和计算机科学的一个重要的研究方向,并已经广泛应用到很多领域之中。主体的知识表示和推理、心智成分模型以及内部运行机制等是主体研究的重要内容,目前尚存在着诸多理论问题与实现技术上的困难。主体可以看成是处于动态环境下具有自主性、反应性、自发性和社会能力的一个动态系统。本文在行动推理的框架内,吸收意向理论合理成分,重点从主体动态系统的表示及其变化规律的刻画来研究主体和多主体系统,形成了以状态演算为核心的主体和多主体系统的理论模型和实现方法。本文的主要工作和创新点有:(1)提出了状态演算。状态演算基于公理集合论,引入正、负流集合来定义状态,克服了流演算在状态表示上的固有缺陷,给出了基于不完全状态的知识表示方法,避免了一般用模态逻辑表示知识在实现上的困难,给出了状态演算的公理系统和前推推理机制,证明了状态知识更新公理为表示和推理框架问题给出了一种自然有效的解决方案,实现了状态演算执行器STEX。状态演算为建立动态系统模型,特别是主体和多主体系统模型提供了理论和实现基础。(2)提出了并发状态演算。在状态演算的基础上,并发状态演算引入主体同步动作及其前提条件公理和状态知识更新公理,通过定义动作合效应的一致性来解决同步并发带来的动作冲突问题,给出了主体动作表达式的语法和语义,尤其是提出了一个包含相依赖同步并发、不相依赖同步并发和交替并发的并发语义模型,建立了一个由状态、能力、意图和反应等认知部件有机构成的主体模型。在此基础上提出并实现了一种面向主体并发程序设计语言ConSTEX。(3)提出了联合状态演算。在并发状态演算的基础上,联合状态演算引入联合状态、联合情景、同步动作及其前提条件公理和状态知识更新公理,给出了联合动作表达式的语法和语义,通过动作合效应的一致性来解决多主体同步并发带来的动作冲突问题,提出了一个较为完整的多主体并发语义模型,引入了通信动作,提出了一种请求/服务合作模型,从而建立了一个由状态、能力、意图、反应、通信和协作等认知部件有机构成的主体模型,以及由这些主体构成的多主体系统模型,在此基础上提出并实现了一种面向多主体并发程序设计语言MConSTEX。联合状态演算基于“向下兼容”的思想,实现了微观和宏观两个层次上对主体描述的统一,吸收了对象的封装性思想,使刻画的主体模型具有封装性,这使得利用模块化的方法刻画多主体系统模型、实现多主体系统成为可能。(4)作为状态演算在智能虚拟人中的应用,给出了一种智能虚拟人建模的“推理-表现”结构模式,设计并实现了一种多个智能虚拟人协作行为描述语言IVHCBDL。IVHCBDL能够较好地描述多个智能虚拟人在动态环境下通过自主更新内部状态、外部事件反应、通信与合作、以及面向目标行动推理和动态规划而实现的协作行为。