agentes inteligentes e sistemas multi- agente construção de sociedades de agentes ist- 2003/2004...
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Agentes Inteligentes e Sistemas Multi-Agentes Inteligentes e Sistemas Multi-agenteagente
Construção de Sociedades de AgentesConstrução de Sociedades de Agentes
IST- 2003/2004IST- 2003/2004Ana PaivaAna Paiva
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A. Paiva
Porquê sociedades???
A criação de sociedades de agentes em deterimento da criação de um simples agente surge por diversas razões, de entre as quais:
Da necessidade de adoptar uma solução distribuída para a resolução de problemas complexos;
Da necessidade de criar modelos de sociedades para explicar determinados factores de emergência de comportamento social; e
Da necessidade de simular sociedades reais para fins educacionais ou mesmo de entretenimento.
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A. Paiva
Problemas a resolver
1) Problema dos comportamentos sociais e individuais• Como especificar os comportamentos sociais dos agentes?• Como é que os comportamentos dos outros e da sociedade
influenciam o comportamento individual?
2) Problema da estrutura da organização• Como organizar uma sociedade de agentes para que no global,
esta execute a tarefa desejada?• Qual o tipo de estrutura mais adequada para a tarefa em causa? • Como definir os aspectos do comportamento individual para que
sejam integrados na sociedade levando a um comportamento global desejado?
• Que tipos de mecanismos há que levem ao surgimento e desaparecimento de sociedades?
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A. Paiva
Problemas a resolver
3) Problema da comunicação entre agentes• Que tipo de comunicação entre agentes é a mais adequada
à estrutura escolhida? • Que linguagens de comunicação existem e podem ser
usadas para a comunicação entre agentes numa sociedade de agentes?
• Que conceitos (ontologias) são necessários ser partilhados para que os elementos da sociedade consigam interpretar as mensagens recebidas?
4) Cooperação, colaboração e negociação• Que mecanismos de cooperação são necessários para que
os agentes executem cooperativamente uma dada tarefa? • Que estruturas de organização são as mais adequadas para
determinados tipos de cooperação? • Que linguagens existem que podem ser usadas para permitir
a cooperação e negociação entre agentes numa sociedade?
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A. Paiva
Problema 1: Dos comportamentos individuais aos comportamentos sociais
• Como especificar os comportamentos sociais dos agentes?• Como é que os comportamentos dos outros e da sociedade
influenciam o comportamento individual?
Exemplo: O loading Dock
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A. Paiva
Agentes simples: BOIDS, Reinolds, 1987
Simulações de bandos de pássaros (baseados em modelos de simulação de sistemas de partículas: em que cada partícula é um pássaro) e em que o comportamento final do sistema é na realidade resultante do comportamento distribuído pelos diversos componentes elementares (pássaros simulados).
Cada pássaro é simulado através de um agente independente que navega de acordo com a sua percepção local de um ambiente dinâmico, bem como das leis físicas que regulam o movimento.
Cada agente tem um conjunto de comportamentos individuais relativamente simples e identificáveis.
Cada agente é animado à custa da definição de comportamentos geométricos (tais como voar, levantar, mudar de rota, pousar).
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A. Paiva
Voo geométrico
O comportamento geométrico de voar (voo geométrico) é um movimento ao longo de um percurso que possui transformações incrementais do objecto.
O percurso não é especificado previamente. Para cada agente, o voo geométrico é limitado em
velocidade e factores como a gravidade são tidos em conta para a definição do comportamento de pousar.
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Percepção
Os agentes individuais têm capacidade de percepção do ambiente.
Esta capacidade é limitada dando-lhes assim informação similar à recebida pelos animais reais.
Esta característica é obtida através da filtragem da informação disponível sobre o ambiente.
A percepção de um dado agente é definida em relação à exponencial inversa da distância.
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A questão está portanto em determinar como é que o ambiente e a presença dos outros pássaros iria influenciar o comportamento individual?
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Solução
Foi assim observado que existem nos pássaros comportamentos mais ou menos opostos que se equilibram, sendo estes:
evitar a colisão (os agentes pássaros devem evitar a colisão como outros pássaros do bando);
emparelhar da velocidade (os agentes pássaros devem tentar manter a velocidade a par com a velocidade dos seus companheiros que estão perto);
ou centralizar no bando (os agentes pássaros devem manter-se perto dos seus companheiros).
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A. Paiva
Realização
Estes comportamentos foram realizados nos pássaros como simples regras. Cada um destes comportamentos tem associada uma regra.
Por exemplo, a regra para evitar uma colisão e a regra de emparelhamento da velocidade são complementares, mas colocadas conjuntamente garantem que os membros do bando são por um lado livres de voar em bandos cheios de pássaros e por outro que não choquem uns nos outros.
MOVIE…
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BOIDS: Mais informação
http://www.red3d.com/cwr/steer/
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Problema 2: A criação de sociedades e a sua estrutura
Como organizar uma sociedade de agentes para que no global, esta execute a tarefa desejada?
Qual o tipo de estrutura mais adequada para a tarefa em causa?
Como definir os aspectos do comportamento individual para que sejam integrados na sociedade levando a um comportamento global desejado?
Que tipos de mecanismos há que levem ao surgimento e desaparecimento de sociedades?
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Sistema multi-agente
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Como estudar as interações entre agentes?
Noção de “encontro”
Os agentes na sociedade escolhem que acção executar. Como resultado das acções escolhidas, haverá um resultado R No entanto, o resultado final dependerá da combinação das
diversas acções dos diversos agentes Vamos assumir que os agentes têm dois tipos de acção: C
(cooperar) e D (não cooperar) O comportamento do ambiente é dado por uma função de
transformação de estado:
τ : Aci x Acj -> R
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A. Paiva
Exemplos de Funções de Transformação dos estados
1. τ(D,D) = ω1 τ(D,C) = ω2 τ(C,D) = ω3 τ(C,C) = ω4
(o ambiente reage às acções de ambos os agentes)
2. τ(D,D) = ω1 τ(D,C) = ω1 τ(C,D) = ω1 τ(C,C) = ω1
(o ambiente não reage às acções de nenhum dos agentes)
3. τ(D,D) = ω1 τ(D,C) = ω2 τ(C,D) = ω1 τ(C,C) = ω2
(o ambiente reage às acções do agente j sendo controlado por ele)
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Como caracterizar a influência que uns agentes têm nos outros e no ambiente?
- O problema das influências e cooperação entre agentes- O problema da organização dos agentes- O problema da comunicação entre agentes
Problema
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O Problema da Organização dos agentes
Propriedades de um grupo de agentes: • tem associado um conjunto contável de identificações
dos agentes; • os agentes têm um estado representado internamente; • os agentes são capazes de estabelecer comunicação
entre si (por exemplo, através de mensagens);• existe um conjunto de regras estabelecidas para a
interacção entre os agentes e que tem impacto nas capacidades internas dos próprios agentes.
Os grupos de agentes que podem estar organizados segundo uma determinada estrutura e com vista a determinados objectivos.
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Estrutura de um grupo de Agentes
um padrão de informação e relações de controlo que existem entre os agentes, bem como a distribuição das capacidades de resolução de problemas pelos agentes
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Propriedades das Estruturas de agentes
Uma estrutura especifica os papeis e as relações entre agentes, garantindo as seguintes propriedades:
cobertura (cada porção necessária ao problema completo deve estar dentro das capacidades de resolução de problemas de pelo menos um dos agentes);
ligação (os agentes devem interagir de forma a permitir que as actividades cobertas possam ser desenvolvidas e integradas numa solução completa);
competência (a cobertura e a ligação devem ser atingíveis com as limitações quer de comunicação quer de recursos que existe no grupo), ou seja, para garantir a cobertura, a estrutura do grupo de agentes deve reflectir nos papeis dos agentes as suas competências e o seu conhecimento.
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Definição de Organização de Agentes
O conceito de organização de agentes (e segundo Gasser) "pode ser visto como um conjunto particular de questões bem ou não estabelecidas sobre crenças e acções através das quais os agentes vêm os outros agentes”.
O conceito de organização é diferente das:
- relações estruturais entre os elementos do grupo de agentes (estrutura) ,
- do conjunto de limitações às suas actividades (regras de comportamento),
A noção de organização está associada à de um grupo de agentes com compromissos mútuos, globais, crenças mútuas e intenções partilhadas tal que agem conjuntamente para atingir um dado objectivo, podendo estar organizados de acordo com uma dada estrutura.
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Tipos de Estruturas de Agentes
Estruturas hierárquicas Estruturas de Mercado
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Estruturas Hierárquicas
Estrutura hierárquica orientada ao produto
GP GP GP
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Estruturas Hierárquicas
Estrutura hierárquica Funcional
GF GF GF
G
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Modelos de Mercado
GP GP GP
Modelo de Mercado Descentralizado
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Modelos de Mercado (Centralizado)
GP GP GP
G G G
Modelo de Mercado Centralizado
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Neste modelo, são os agentes intermediários que coordenam as tarefas dos agentes de um dado tipo sendo portanto necessário estabelecer as seguintes comunicações:
Os gestores têm que comunicar com os intermediários para pedir para que uma dada tarefa seja executada;
os intermediários têm que comunicar com os vendedores; uma vez contactados os vendedores, os intermediários atribuem
as tarefas ao melhor vendedor disponível; finalmente os intermediários comunicam o resultado aos
gestores.
Modelos de Mercado (Centralizado)
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Estruturas em Federação
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Exemplo: Projecto Knowledge Community
Bus Agent Railway Agent
LocalBus Company A Local Railway Train B Local Railway train A
Trafic Agent
Hierarquia de Agentes
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Exemplo: RETSINA
Agentes de interface- interagem com o utilizador para receber as especificações e dar-lhe os resultados obtidos. São os responsáveis por obter as especificações das preferências do utilizador guiando o sistema na direcção de apoiar o utilizador.
Agentes de tarefa- ajudam o utilizador a executar as tarefas através da construção de planos de resolução de problemas. Estes agentes necessitam de trocar informação com outros agentes, para a execução dos seus planos. São estes agentes que têm o conhecimento da tarefa podendo resolver conflitos e juntar informação obtida dos agentes de informação.
Agentes de informação- são os responsáveis pelo acesso à informação dado que existem colecções heterogéneas de informação.
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Exemplo: RETSINA (2)
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Problema 3: Comunicação entre Agentes
• Que tipo de comunicação entre agentes é a mais adequada à estrutura escolhida?
• Que linguagens de comunicação existem e podem ser usadas para a comunicação entre agentes numa sociedade de agentes?
• Que conceitos (ontologias) são necessários ser partilhados para que os elementos da sociedade consigam interpretar as mensagens recebidas?
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Comunicação entre Agentes
"uma troca intencional de informação originada pela produção de símbolos e a sua percepção derivada de um sistema convencional de sinais"
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Comunicação entre Agentes
Baseada em Speech Acts- tratamento da comunicação como acção.
Originalmente por Austin (1962) que notou que certas classes de expressões de fala – speech acts (actos de fala)- têm caracteristicas de acção.
Austin identificou um conjunto de verbos performativos
(performative verbs) que correspondem a diversos tipos de speech acts. Exemplo: “request”, “inform”.
Austin também identificou 3 tipos de actos de fala:• Locutionary act- o acto de construção da frase.• Illocutionary act – a acção executada quando é dito algo.• Prelocution- o efeito do acto.
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A. Paiva
Comunicação entre Agentes: SEARLE
Trabalhou sobre o trabalho de Austin e apresentou a sua teoria no livro Speech Acts.
Propriedades necessárias para que a comunicação entre um “speaker” e “hearer”:(1) Condições de I/O normais- o hearer consegue ouvir o
acto do speaker (por exemplo um request).
(2) Condições preparatórias- condições que têm que ser verdade no mundo para o speaker escolher um dado speech act.
(3) Condições de sinceridade- o speaker é sincero na sua informação ou pedido.
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Tipos de Actos de Fala
1. Representativos- dá o comprometimento de S de que uma dada proposição é verdade (ex. Informing)
2. Directivos – pedido de S para que H faça algo (ex. Request)
3. Comissivos – comprometimento de S a uma dada acção (ex. Promisse)
4. Expressivo- expressão de um estado psicológico (ex. Agradecimento)
5. Declaration- execução de mudanças no estado de coisas (ex. Declaração de guerra)
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Linguagens de Comunicação entre Agentes
ARPA financiou o programa KSE (Knowledge Sharing Effort-KSE). O KSE foi organizado em quatro grupos de trabalho:
1. Interlingua; - destinava-se a desenvolver uma linguagem comum de comunicação entre agentes que permitisse expressar o conteúdo de uma dada base de conhecimentos. Resultado: KIF (Knowledge Interchange Format) o qual é baseado em lógica de primeira ordem com algumas extensões para o suporte de definições e raciocínio não monótono.
2. KRSS (Knowledge Representation Systems Specification), destinava-se a definir as construções básicas em famílias de linguagens de representação de conhecimento
3. SRKB (Shared, Reusable Knowledge Bases) - destinava-se a facilitar a partilha de conhecimento focando mais o trabalho nos conteúdos.
4. External Interfaces- focou o seu trabalho na definição das interacções "runtime" entre diversas bases de conhecimento (ou agentes) e como resultado desse trabalho surgiu a linguagem KQML
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A. Paiva
Linguagens de Comunicação entre Agentes
Pode-se dividir uma comunicação em KQML por 3 camadas:
1. a camada conteúdo (pode ser codificado em qualquer linguagem de representação);
2. mensagem (é a linguagem KQML em si, codifica a mensagem com todos os seus parâmetros segundo a sintaxe KQML):
3. e comunicação (contém informação como: identificação do emissor e do receptor, ID da comunicação, etc...)
Em termos sintáticos o KQML define uma mensagem da seguinte forma:
Cada mensagem é uma lista de parêntesis; O primeiro elemento é chamado de “performative”; Os restantes elementos são os chamados argumentos que
são representados por pares (“keyword”, valor).
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Exemplos de performativas
(ask-if :content ligado(aparador-relva) :sender dono-jardim:receiver jardineiro:language PROLOG:ontology jardim)
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Argumentos das Performativas em KQML
:sender Quem envia a performativa
:receiver Quem recebe a performativa
:from Quem originou a performativa contida em :content no caso de haver encaminhamento de mensagens
:to O destino final da performativa quando é usado encaminhamento
:in-reply-to A etiqueta esperada de resposta a uma pergunta feita anteriormente
:reply-with A etiqueta esperada para a resposta à mensagem corrente.
:language A linguagem do conteúdo da performativa
:ontology O nome da ontologia necessária para a interpretação do conteúdo da mensagem
:content O conteúdo da mensagem-informação- sobre a qual incide a atitude da performativa.
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KQML
Agente A Agente B
tell(X)
ask(X)
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A. Paiva
Agentes especiais: Facilitadores
Funções Manter um registo com os nomes dos serviços disponíveis; Re-encaminhar mensagens para os fornecedores desses
serviços; Providenciar emparelhamento entre fornecedores e
consumidores de informação; Servir como mediadores e tradutores.
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A. Paiva
Comunicação usando um facilitador
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A. Paiva
Comunicação entre agentes
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A. Paiva
FIPA: uma outra aproximação
AAAOther Agents
1.2.a
1.2.b
Agent Interaction2.2
1.2.cHardware
Software
A
InformationFusion
InformationProcessing
Environment
x.3
Humans
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A. Paiva
Requisitos
Requisito 1-Os agentes devem enviar um “not-understand”quando receberem uma mensagem que nao reconhecem ou quando recebem uma mensagem que sao incapazes de processar o seu conteudo. Por outro lado, os agentes devem estar preparados para receber e tratar mensagens “not-understand” vindas de outros agentes.
Requisito 2- Um agente ACL compliant pode implementar qualquer subconjunto dos typos de mensagens e protologos pre-definidos. A implementacao dessas mensagens deve ser correcta no que diz respeito ‘a definicao semantica dos actos de discurso.
Requisito 3- Uma agente ACL-compliant que use os actos comunicativos cujos nomes sao definidos pela especificacao FIPA’97 Part 2 devem implementar esses actos correctamente relativamente à sua definição.
Requisito 4- Os agentes podem usar os actos comunicativos, não definidos no documento de especificação, e são responsáveis por garatir que o agente receptor compreende os significado do acto. Os agentes não devem no entanto definir actos que ja’ estao definidos nos standard actos.
Requisito 5- Um agente ACL-compliant deve gerar mensagens correctamente e sintaticamente bem formadas na forma que deseja que a mensagem seja enviada. De forma paralela os agentes devem poder interpretar e traduzir as sequencias de caracteres de uma mensagem bem formada.
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A. Paiva
Formato de mensagem em FIPA-ACL
(inform:sender jardineiro:receiver toby:content (come osso):reply-with resp:language j1:ontology jardim)
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A. Paiva
Bibliografia da Aula
A Mente e o mundo lá fora, H. Coelho e A. Paiva.
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A. Paiva
Problemas a resolver
Problema dos comportamentos sociais e individuais• Como especificar os comportamentos sociais dos agentes?• Como é que os comportamentos dos outros e da sociedade
influenciam o comportamento individual?
Problema da estrutura da organização• Como organizar uma sociedade de agentes para que no
global, esta execute a tarefa desejada?• Qual o tipo de estrutura mais adequada para a tarefa em
causa? • Como definir os aspectos do comportamento individual para
que sejam integrados na sociedade levando a um comportamento global desejado?
• Que tipos de mecanismos há que levem ao surgimento e desaparecimento de sociedades?
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A. Paiva
Problemas a resolver
Problema da comunicação entre agentes• Que tipo de comunicação entre agentes é a mais adequada
à estrutura escolhida? • Que linguagens de comunicação existem e podem ser
usadas para a comunicação entre agentes numa sociedade de agentes?
• Que conceitos (ontologias) são necessários ser partilhados para que os elementos da sociedade consigam interpretar as mensagens recebidas?
Cooperação, colaboração e negociação• Que mecanismos de cooperação são necessários para que
os agentes executem cooperativamente uma dada tarefa? • Que estruturas de organização são as mais adequadas para
determinados tipos de cooperação? • Que linguagens existem que podem ser usadas para permitir
a cooperação e negociação entre agentes numa sociedade?