همکاری و هماهنگی بین عاملها

آزمایشگاه سیستمهای هوشمند www.ceit.aut.ac.ir/islab

2

رئوس مطالب

حل مساله بصورت توزیع شده بطور مشارکتیپیوستگی و هماهنگی

اشتراک وظیفه و اشتراک نتیجهتجزیه مسالهحل زیرمسالهترکیب راه حلاشتراک وظیفه پروتکلContract Netاشتراک نتیجه

ترکیب اشتراک وظیفه و اشتراک نتیجه: سیستمFELINEرسیدگی به ناسازگاری


3

رئوس مطالب )ادامه(

هماهنگیبرنامه ریزی سراسری جزئیهماهنگی از طریق مقاصد مشترک

JPGهماهنگی از طریق مدلسازی متقابلهماهنگی از طریق هنجارها و قوانین اجتماعی


4

کارکردن با یکدیگر

بار دیگر تفاوت بین سیستم چندعامله و سیستم توزیعشده را خاطرنشان می کنیم:

( عاملها دارای نفع شخصیself-interested.هستند )( در عاملها اتخاذ تصمیم و همکاریcollaboration و هماهنگی )

(coordination بصورت پویا و )صورت می گیرد، در در زمان اجرا انجام در زمان طراحیصورتی که در سیستم های توزیعی سنتی

می شود.


5

حل مساله بصورت توزیع شده بطور مشارکتی

(CDPS)زیرمجموعه ای از سیستم های توزیعی سنتی

( برخالف نفع شخصیMAS در این مورد )فرض نیک خواهی (benevolence assumption وجود دارد، به این معنی که تنها چیزی )

که مهم است هدف کلی می باشد و هیچ تقابل و تضادی وجود ندارد.

CDPS:به بررسی موارد زیر سروکار دارد تقسیم مسالهتوزیع زیرمسالهترکیب نتیجه( بهینه سازی پیوستگیcoherenceحل کننده ی مساله )بهینه سازی هماهنگی حل کننده ی مساله


6

CDPS)ادامه(

.تمامی این جنبه ها برای همکاری عاملها نیز صدق می کندتوزیع بطور خاص جالب توجه است: MASآنچه که در

زیرمساله جنبه های دیگرCDPS:

.هیچ کنترل سراسری و ذخیره سازی سراسری داده وجود نداردبنابراین هیچ حل کننده ی مساله )عامل( ای اطالعات کافی برای

حل کامل مساله را ندارد..کنترل و داده توزیع شده است( ارتباط از محاسبهcomputation کندتر انجام می شود. در نتیجه )

موارد زیر مورد نیاز است:( اتصال سستloose couplingبین حل کننده های مساله ))پروتکل های کارا )که سربار ارتباطی زیادی نداشته باشند( مسائل باید ماژوالر و درشتcoarse grained.باشند )


7

پیوستگی و هماهنگی

فرض کنید یک مجموعه از عاملها را به منظور حل مسالهپیاده سازی کرده ایم. چگونه می توان موفقیت یا شکست

این پیاده سازی را ارزیابی کرد؟:دو معیار باید در نظر گرفته شود

پیوستگیهماهنگی


8

پیوستگی

به این معنی است که ”چگونه یکMAS بصورت یک واحد در یک بعد از ارزیابی عمل می کند؟“. پیوستگی را می

توان براساس معیارهای زیر سنجید:کیفیت راه حلکاربرد منبع( وضوح مفهومیconceptual clarityعمل )( تنزل اجراperformance degradation در صورتی که خرابی پیش )

بینی نشده ای رخ دهد.


9

هماهنگی

یعنی این که عاملها تا چه میزان می توانند از فعالیت های( اجتناب کنند و تا چه حد می توانند extraneousفرعی )

فعالیت های خود را سنکرون کنند و در یک امتداد قرار ؟ (alignدهند )

:هماهنگی ضعیف است اگر عاملها در حین تالش برای رسیدن به هدف مشترک، زیرهدفهای

(.clobberیکدیگر را شکست دهند )( ارتباطات بسیار زیاد باشد و نیاز به ارتباط صریحexplicit ،باشد )

به دلیل (mutual predictabilityبه این معنی که پیش بینی متقابل )نداشتن مدلهای خوبی از یکدیگر وجود نداشته باشد.

وجود تقابل بین عاملها، به این معنی که عاملها بصورت مخرب درکار هم مداخله کنند و مانع همدیگر شوند.


10

اشتراک وظیفه و اشتراک نتیجه( task sharing and result sharing)

سه مرحله یCDPSتجزیه مسالهحل زیرمسالهترکیب راه حل

تجزیه (1مساله

حل (2زیرمساله

ترکیب (2جواب


11

تجزیه مساله(Problem Decomposition)

بطور تکراری مساله را بصورت سلسله مراتبی به زیرمسائلکوچکتر تجزیه می کند تا این که عامل بتواند آنها را حل کند.

سطوح مختلف تجزیه یعنی سطوح مختلف انتزاع:موضوعات مهم

( دانه ای بودنgranularity تجزیه. مثال سیستم )ACTOR مساله را آنقدر تجزیه می کند تا این که زیرمسائل به سطح دستورات زبان برنامه

( است. در نتیجه fine grainedنویسی برسند، بنابراین خیلی دانه ریز )ترکیب و مدیریت مسائل، سربار زیادی دارد و عمال مزایای تجزیه را از

بین می برد.چگونه تجزیه را انجام دهیم؟

تجزیه منفرد: مساله توسط تنها یک عامل تجزیه شود، بنابراین آن عامل بایدتخصص و دانش کافی را برای این کار داشته باشد.

تجزیه جمعی: چند عامل با همکاری و استفاده از دانش یکدیگر مساله راتجزیه کنند.

( قابلیتcompetence هر عامل باید معلوم باشد. یعنی آیا می تواند )زیرمساله را حل کند یا نه


12

حل زیرمساله(Sub-problem Solution)

در این مرحله، تک تک زیرمسائل شناسایی شده در مرحلهقبل، حل می شوند. این مرحله معموال شامل اشتراک

اطالعات بین عاملها می باشد. یعنی یک عامل اگر اطالعاتی دارد که برای عامل دیگر مفید است، می تواند

آن را در اختیارش بگذارد.


13

ترکیب راه حل(Solution Synthesis)

در این مرحله، جوابهای مسائل منفرد، در یک جواب واحدیکپارچه می شوند. همانند مرحله اول، این مرحله نیز می

تواند سلسله مراتبی باشد که جوابهای جزئی در سطوح مختلف انتزاع جمع آوری می شوند.

به منظور اعمال این سه مرحله اساسا به اشتراک وظیفه)برای تجزیه مساله( و اشتراک نتیجه )برای محاسبه و

ترکیب راه حل( نیاز است.


14

اشتراک وظیفه

اشتراک وظیفه: مساله را تجزیه کنید و زیرمساله ها را بهعاملها تخصیص دهید.

( عاملهای همگنhomogeneous( تخصیص : )allocation )( است، به این معنی که هر عامل می تواند trivialبدیهی )

هر وظیفه زیرمساله را انجام دهد. رسیدن به توافقعاملهای ناهمگن: تخصیص از طریق

انجام می شود که در جلسات آینده مورد بررسی قرار می گیرد.

Task 1

Task 1.3Task 1.2Task 1.1


15

اشتراک نتیجه

عاملها اطالعات مربوط به حل زیرمسائل را از طریقارتباط، در اختیار هم قرار می دهند.

اطالعات به دو صورت می توانند به اشتراک گذاشتهشوند:

Proactive عامل اطالعات را به عامل دیگر می فرستد، چون فکر:می کند که عامل دیگر به آن عالقه مند است.

Reactive در پاسخ به درخواست : عامل اطالعات را به عامل دیگر( می فرستد.subscribe که قبال فرستاده شده است )او

A1 A2 A3


16

Contract Net (CNET)پروتکل

پروتکلی برای اشتراک وظیفه )توزیع مساله( میان حلکننده های مساله )عامل( که با هم ارتباط دارند. اساس

contractsمدل: توجهات اصلی: کنترل توزیع شده، رسیدن به قابلیت

(bottleneckاطمینان، اجتناب از تنگنا ) مراحل درCNET:

( تشخیصrecognition)( آگهیannouncement)( پیشنهادbidding)( واگذاریawarding)( اجرای سریع و موثرexpediting)


17

)ادامه(Contract Netپروتکل

گره تولید وظیفه )مدیر وظیفه( وظیفه را با آگهی وظیفهاعالم می کند.

انتشار کلیهیچ دانشی از قابلیت های عاملها ندارد و عمل (general broadcast.را انجام می دهد )

اگر زیرمجموعه ای از عاملهای قادر به انجام وظیفه را بداند عمل را انجام می دهد.انتشار محدود

اعالم نقطه به اگر عامل منفرد قادر به انجام وظیفه را بداند عمل( را انجام می دهد.point to point )نقطه

عاملها آگهی وظیفه را ارزیابی می کنند. اگر خود را قادر می کنند.پیشنهادبه انجام آن تشخیص دهند آنگاه


18


مدیر، پیشنهادات را ارزیابی می کند و مناسب ترین عامل را( می Contractor پیمانکارانتخاب می کند و پیام واگذاری را به او )

فرستد. پیمانکار به سرعت وظیفه را اجرا می کند، ممکن است

زیروظایفی تولید کند. می فرستد.گزارشبعد از تکمیل وظیفه، پیمانکار قرارداد مستقیمگزینه ساده تر برای مدیر: پیام( direct contract )

را مستقیما و بدون آگهی بفرستد و عاملهای دریافت کننده بتوانند آن را بپذیرند یا رد کنند.

برای وظایفی که درخواست برای اطالعات هستند: بجایقرارداد، از یک سناریوی درخواست-پاسخ استفاده می شود.

پیام های اطالعاتی : انتقال اطالعات.پیام های درخواست: به دنبال آنها پیام های اطالعاتی می آیند


19


عامل تصمیم می گیرد که آیا قادر )واجد پردازش آگهی وظیفه :شرایط( به انجام وظیفه است یا خیر. این کار را با ارزیابی

که در آگهی وجود دارد انجام می مشخصه ی واجد شرایط بودندهد. اگر واجد شرایط بود آنگاه جزئیات وظیفه را ذخیره می

کند.بعد از اعالم آگهی، مدیر برای مدت محدودی پردازش پیشنهاد :

پیشنهادات را می پذیرد.عاملهای بازنده وظیفه را از پایگاه داده خود پردازش واگذاری :

حذف می کنند. عامل برنده اجرای وظیفه را آغاز می کند و ممکن است نیاز داشته باشد که آن را به زیروظایفی تجزیه کند.

اگر اطالعات فورا در دسترس پردازش درخواست/ اطالع :نباشد، عامل به درخواست کننده اطالع می دهد که اطالعات

ناشناخته است. در غیر این صورت پیام اطالعاتی در پایگاه داده عامل دریافت کننده ذخیره می شود.


20


:ویژگی هاانتقال دو طرفه برای اطالعاتارزیابی محلی انتخاب متقابل )پیشنهاد دهندگان از میان آگهی های وظیفه انتخاب

می کنند، مدیران از میان پیشنهادات انتخاب می کنند(

CNETدر مقایسه با سایر مکانیسم های انتقال کنترل CNET متقارن و زمان اجرا انتقال کنترل را بصورت یک پردازش

می بیند که برای موثر بودن، شامل انتقال اطالعات پیچیده است.( سایر مکانیسم هاprocedure invocation، production rules، pattern

directed invocation و blackboards یک طرفه هستند، خیلی کم )حساس به زمان اجرا هستند و ارتباطات محدود دارند.


21


)محدودیت های )و نه نقاط ضعفCNET: قبل از اینکه زیرمسائل بتوانند توزیع شوند )آگهی بتواند انجام

شود(، تجزیه مساله باید انجام شود که بسیار نابدیهی است..ارتباط باعث سربار می شود که آن نیز باعث کندی می شود مسائل بایدgranularity)مناسب داشته باشند )تا حدی درشت مرحله تشخیص )یعنی مرحله ای که عامل متوجه می شود که در

یک مساله نیاز به کمک دارد( صریحا پوشش داده نمی شود.


22

اشتراک نتیجه

،در اشتراک نتیجه، در حالی که راه حل توسعه پیدا می کندعاملها با همکاری یکدیگر اطالعات نتیجه را تبادل می کنند. در مورد ارتباطات، نتایج ساده ممکن است با نتایج انتزاعی

تر ترکیب شوند.جنبه ها

اطمینان بیشتر از طریقCross checking نتیجه و افزایش درستی )خطاها آسان تر می توانند کشف شوند(

.اشتراک اطالعات محلی دید سراسری کاملتر می دهد)... دقت بیشتر نتایج )خطاهای کمتر، جزئیات بیشتر و( وقت شناسیtimeliness اشتراک نتیجه می تواند سرعت حل :)

مساله را از طریق موازی سازی، قابلیت ها ودانش متمایز شده بهبود دهد.


23

ترکیب اشتراک وظیفه و اشتراک نتیجه :FELINE سیستم

( یک سیستم خبره دارای همکاریMAS و یک حل کننده )(deductiveمساله استنتاجی )

عاملها می توانند دانش و تخصص مجزا و متمایز داشتهباشند.

عاملها از طریق اشتراک دانش و توزیع زیروظایف همکاریمی کنند.

( عامل: سیستم بر مبنای قانونrule based پایگاه داده ای( )از واقعیات و قوانین(. عالوه براین: پایگاه داده ای با

باورهایی درباره خود عامل و محیط )مدل محیط(. تمامی ( هستند.symbolicپایگاه داده ها نمادین )


24

)ادامه(FELINEسیستم

مدل محیط: برای هر عامل شامل نمایش نمادیناز:

مهارت ها: فرضیاتی که عامل قادر به تشخیص یا رد آنها شبکه گره های ریشه یاست. مهارت ها متناظر با

استنتاج نمایانگر تخصص عامل می باشند. عالیق: فرضیاتی که برای آنها عامل نیاز به ارزش درستی

(truth value دارد. عالیق متناظر با )شبکه گره های برگ استنتاج نمایانگر تخصص عامل می باشند.


25


:سه نوع پیام

(درخواستRequest) فرستنده از گیرنده می خواهد که :ارزش درستی فرض موجود در پیام را تعیین کند.

(پاسخResponse) شامل ارزش درستی است که در پاسخ :به پیام درخواست است.

(اطالعInform) شامل فرض و ارزش درستی است. این :پیام به عاملی فرستاده می شود که عالقه مند به فرض

تشخیص داده شده است.


26


استدالل در سیستم های مبتنی بر قانون: دورویکرد وجود دارد:

( استدالل هدف محورgoal-driven) ،از فرض شروع کنید :بصورت بازگشتی در گراف استنتاج پایین بروید تا اینکه

تمامی شرایط برای فرض )برگها( اثبات شده باشند یا نیاز باشد که از عامل دیگری پرسیده شوند.

( استدالل داده محورdata-driven) ،از واقعیات شروع کنید :از قوانین برای تولید واقعیات جدید استفاده کنید و این

فرایند را تا زمانی که به فرض برسید تکرار کنید.


27


استدالل هدف محور متناظر است با اشتراک وظیفهاستدالل داده محور متناظر است با اشتراک نتیجه

حالت هدف محور: اگر عامل به برگ وارد شود و نتوانددرستی را تعیین کند آنگاه از سایر عاملهای دارای

مهارتهای متناظر آن درخواست می شود، در نتیجه: اشتراک وظیفه

حالت داده محور: هر واقعیت جدید در فرایند تکراری، درمیان تمام عاملهایی که به آن واقعیت عالقه دارند منتقل می شود. سپس عاملهای گیرنده ارزیابی داده محور را

شروع می کنند، در نتیجه: اشتراک نتیجه


28

رسیدگی به ناسازگاری

:ناسازگاری بین عاملها(ناسازگاری باورbelief inconsistency به عنوان مثال هیچ عاملی :)

تصویر کاملی ندارد یا حسگرهای خطادار دارد.( ناسازگاری هدفgoal/intention-inconsistency در میان عاملهای :)

دارای نفع شخصی معمول است.

استراتژی ها اجازه ناسازگاری را ندهید و یا حداقل آن را نادیده بگیرید )مثال در

CNET اشتراک وظیفه توسط عامل مدیرآغاز و اداره می شود و ،فقط دید او اهمیت دارد.

،ناسازگاری را از طریق مذاکره برطرف کنید که گران استسربار زیاد دارد و کند است.

سیستمهایی بسازید که در حضور ناسازگاری بصورت دلپذیر(gracefully( تنزل )degrade.می یابند )


29

رسیدگی به ناسازگاری )ادامه(

سیستمهایی که بصورت دلپذیر در حضور ناسازگاری تنزل نامیده Functionally Accurate/Cooperative(FA/C)می یابند

می شوند.Lesser & Corkill مشخصات سیستمهای FA/C را ارائه کرده

اند: حل مساله بصورت جمعی بصورتopportunistically هر موقع(

incrementallyفرصتها پیش می آیند و محدود به دنباله نمی شوند( و)به تدریج جوابها را با هم ترکیب می کنند( پیشرفت می کند.

عاملها باید نتایج میانی سطح باال را تبادل کنند و نه داده های خام همگام با پیشرفت حل مسالهعدم اطمینان و ناسازگاری باید

برطرف شوند و نه در ابتدا و انتهای آن. یافتن جواب محدود به یک مسیر منفرد نمی شود، یعنی اگر یکی

باید آنجا باشند.مسیرهای جایگزینناکام شود


30

هماهنگی

( هماهنگی: اداره وابستگیinterdependency بین فعالیت های )عاملها

:مثال هایی از وابستگی هادو نفر بخواهند از یک در وارد شوندمن نتوانم در کارم پیشرفت کنم تا زمانی که تایید شما را دریافت کنم من برای شما یک مقاله جالب را کپی کنم بدون اینکه شما از من

خواسته باشید.

باشند.منفی یا مثبتوابستگی ها می توانند حداقل برای یک عامل مفید باشند در حالی ارتباطات مثبت(

که عاملهای دیگر را حداقل راضی نگه می دارند، یعنی بهینه بدون شوند و یا درخواست باشند( ممکن است paretoی

باشند.درخواست


31

هماهنگی )ادامه(

inter-dependencies

positive

negative

requested (explicit)

non-requested (implicit)

resource

incompatibility

consumable resource

non-consumable resource

van Martial‘s typology of coordination task interdependencies:


32

هماهنگی )ادامه(

:سه نوع از وابستگی های بدون درخواستAction-equality-interdependence دو عامل نیاز دارند که یک عمل :

انجام شود. یکی از آنها می تواند آن را انجام دهد و در تالش دیگری صرفه جویی شود.

Consequence-interdependence اعمال برنامه ریزی شده یک عامل : تاثیرات جانبی در رسیدن سایر عاملها به اهدافشان دارد.

Favor-interdependence اعمال برنامه ریزی شده یک عامل :تاثیرات جانبی در رسیدن سایر عاملها به اهدافشان بصورت جزئی

دارد )بطور مثبتی به آن کمک می کند(


33

برنامه ریزی سراسری جزئی(Partial Global Planning)

PGP عاملها می توانند برای رسیدن به نتایجی درباره :برنامه حل مساله تبادل اطالعات کنند.

،است، زیرا جزئیبرنامه ریزی MAS نیاز ندارد که حل است، زیرا عاملها سراسریکامل مساله را تحویل دهد.

برنامه های محلی را برای رسیدن به یک راه حل کلی)برنامه( تبادل می کنند.

:سه مرحله تکراری دارد هر عامل درباره هدفهای خودش تصمیم می گیرد و برنامه محلی

را ایجاد می کند..عاملها برنامه ها را برای تعیین وابستگی ها تبادل می کنند عاملها برنامه های محلی را برای رسیدن به هماهنگی بهتر تغییر

می دهند.


34

برنامه ریزی سراسری جزئی )ادامه(

برنامه برنامه های عاملها در یک ساختمان داده به نام وارد می شود که شامل موارد زیر است:سراسری جزئی

هدف کلی که هدف :MAS.برای ان کار می کند آنچه که عاملها در حال حاضر مشغول آن نقشه های فعالیت :

هستند و نتیجه فعالیت جارینمایش اینکه چه موقع و چطور عاملها باید گراف ساخت راه حل :

تعامل کنند، چه اطالعاتی باید تبادل شوند و چه موقع راه حل کلی باید جمع آوری شود.


35

برنامه ریزی سراسری جزئی )ادامه(

Decker:جنبه های بهبود را فرمول بندی کرده است ممکن است به نقاط دید سراسری نقاط دید محلی را به روز کنید :

برسیدنتایج را انتقال دهیداگر چندین عامل در حال افزونگی های ساده را برطرف کنید :

انجام یک وظیفه هستند یکی را بطور تصادفی انتخاب کنید.از طریق زمان بندی وابستگی های سخت )منفی( را برطرف کنید :

دوباره ی برنامه های جزئیمثال با زمان بندی از وابستگی های نرم )مثبت( استفاده کنید :

دوباره ی برنامه های جزئی


36

هماهنگی از طریق مقاصد مشترک

.مقاصد )اهداف تعهد شده( در استدالل عملی مهم بودند. مثال با دانستن اینکه آنها همچنین برای هماهنگی نیز مهمند

من می خواهم وزن کم کنم، هرکسی می تواند وابستگی ها )مثال خوردن کیک خامه ای( را کم کند

که ممکن است مقاصد فردیبسیار مهم است که( مقاصدی که با همکاری و هماهنگی به هماهنگ شوند( را از

)مانند یک تیم( جدا کنید.یک هدف می رسندمربوط به یک قصد: با جهتگیری به آینده است و تعهد

پایدار می باشد و نباید بدون دلیل نادیده گرفته شود. ( وجود دارند که تنظیم می کنند conventionقراردادهایی )

که چه موقع نادیده گرفتن یک مقصد مناسب است مثال در موقع بلند کردن یک شیئ سنگین با همدیگر.


37

هماهنگی از طریق مقاصد مشترک )ادامه(

عاملها به تعهدات فردی و تعهدات مشترک برای رسیدن بههدف کلی نیاز دارند.

حالت تعهد مشترک میان عاملها توزیع شده است قرارداد تنظیم می کند که مثال چه موقع تعهد مشترک می

تواند نادیده گرفته شود و چگونه سایر عاملها را باید در مورد تغییر تصمیمات در اطالع قرار داد.

( بصورت فرمال تر: اهداف پایدار مشترکJPG) JPG = (goal φ, motivation for goal ψ). E.g.: φ = „having

heavy object lifted onto truck“; ψ = „later transportation“


38

JPG

:قراردادها :باور دارد کهدر ابتدا هر عامل φ ارضا نشده است و

امکان پذیر است.φاعتقاد دارد که انجام هدفتا زمانی که به شرط خاتمه برسیم هر عامل φ را

دارد :باور شده است که بصورت متقابلشرط خاتمه

یاφ ارضا می شود یاφامکان پذیر می شود Ψدیگر معنبر نیست


39

JPG)ادامه(

:قراردادها:تا زمانی که به شرط خاتمه برسیم

اگر یک عامل اعتقاد دارد کهیا به هدف رسیده ایمیا هدف غیرممکن استیا انگیزه دیگر برقرار نیست

باور شده ی متقابلآنگاه این هدف را دارد که این را بصورت درآورد )یعنی هدف آن است که دیگران را در این موضوع متقاعد

کند(

مثالی از معماری های شبهJPG: ARCHON


40

هماهنگی از طریق مدلسازی متقابل

باورها، اعتقادات و اهداف( و مدل از سایر عاملهاداشتن( را قابلیت هماهنگی بدون ارتباط قراردادهای همکاری

فراهم می کند. مثال: یک مرد و یک زن به در نزدیک می شوند: تقابل بین

منبع پیش می آید. راه حل ممکن: هر دو صبر کنند، در نتیجه اتالف منبع پیش می آید. با دانستن قرارداد معمول و

داشتن مدلی از یکدیگر : زنان ابتدا وارد می شوند. مدل می تواند با ماتریس منفعت استنتاج شود و عاملها

عمل عقالنی را خواهند فهمید. مثال: سیستمMACE


41

هماهنگی از طریق هنجارها و قوانین اجتماعی

.در جوامع بشری، هنجارها و قوانینی برای هماهنگی داریممثال: زبان طبیعی

درMAS نرم افزاری نیز قراردادها را می توان پیاده سازی کرد:

طراحی در زمان طراحی( offline آسان تر، سرراست تر و : )کنترل مستقیم بهتر

بصورت یک رفتار برآینده( emergent انعطاف پذیرتر در محیط :)های غیرقابل پیش بینی، احتماال پیوستگی بهتر تولید می کند.

همکاری و هماهنگی بین عاملها

Documents