Agentes Inteligentes e Sistemas Multi-Agentes Inteligentes e Sistemas Multi-agenteagente

(UD5) Construção de Sociedades de (UD5) Construção de Sociedades de AgentesAgentes

IST- 2004/2005IST- 2004/2005

Porquê sociedades?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.

Problemas a resolver (1/2)Problemas a resolver (1/2)

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? 

Problemas a resolver (2/2)Problemas a resolver (2/2)

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? 

Problema 1: Dos comportamentos Problema 1: Dos comportamentos individuais aos comportamentos sociaisindividuais 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

Do individual ao colectivo

Sistema multi-agente

Entidades Individuais Autónomas(agentes)

Faz emergir

Comportamento Colectivo(comportamento da sociedade)

Agem individualmente (geram comportamento individual autónomo e em conformidade com as regras sociais)

Comportamento Individual

É composto

O Jogo da Vida: John Conway

Uma matriz de elementos binários. Cada célula pode estar “viva” ou “morta”. A “vida” de cada célula depende dos seus vizinhos (dos 8 vizinhos).

Se uma célula tem menos que dois vizinhos: morre de solidão

Se uma célula tem mais do que 3 vizinhos, então morre de “overcrowding”

Se uma célula está morta (não está ocupada) mas tem exactamente 3 vizinhos, então nascerá na proxima iteração.

Se uma célula está viva e mas tem 2 ou 3 vizinhos, então mantem-se viva proxima iteração.

< ver site http://www.math.com/students/wonders/life/life.html#author >

Demo: Jogo da Vida

O Jogo da Vida

Propriedade interessante: “Comportamento Emergente”

“Emergência”: o resultado não está directamente “programado” e possivelmente pode não ter sido previsto. No entanto, o comportamento “emerge” com resultado das interações entre os elementos que o compõem.

Agentes simples: BOIDS,Agentes simples: BOIDS, Reinolds, 1987Reinolds, 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).

BOIDS: Voo geométricoBOIDS: 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.

BOIDS: PercepçãoBOIDS: 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.

A questão está portanto em determinar como é que o ambiente e a presença dos outros pássaros iria influenciar o comportamento individual?

BOIDS: SoluçãoBOIDS: SoluçãoFoi 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).

BOIDS: RealizaçãoBOIDS: 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.

<<<<VIDEO>>>>

BOIDS: Site actualBOIDS: Site actual

http://www.red3d.com/cwr/boids/

Ver aplicações mais actuais- Batman- Stanley and Stella: Breaking the Ice

http://store.yahoo.com/odyssey3d/comanclascli2.html

- http://www.red3d.com/cwr/papers/2000/PigeonPark.mov

Problema 2: A criação de sociedades e Problema 2: A criação de sociedades e a sua estruturaa 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? 

Sistema multi-agenteSistema multi-agente

Como estudar as interações entre Como estudar as interações entre agentes?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

Exemplos de Funções de Exemplos de Funções de Transformação dos estadosTransformação 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)

Como caracterizar a influência que uns agentes têm nos outros e no ambiente?

- O problema da organização dos agentes- O problema da comunicação entre agentes - O problema das influências e cooperação entre agentes

ProblemaProblema

O Problema da Organização dos O Problema da Organização dos agentesagentes

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.

Estrutura de um grupo de AgentesEstrutura 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

Propriedades das Estruturas de Propriedades das Estruturas de agentesagentes

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.

Definição de Organização de Definição de Organização de AgentesAgentes

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.

Tipos de Estruturas de AgentesTipos de Estruturas de Agentes

Estruturas hierárquicas Estruturas de Mercado

Estruturas Hierárquicas (1)Estruturas Hierárquicas (1)

Estrutura hierárquica orientada ao produto

GP GP GP

Estruturas Hierárquicas (2)Estruturas Hierárquicas (2)

Estrutura hierárquica Funcional

GF GF GF

G

Modelos de Mercado (1)Modelos de Mercado (1)

GP GP GP

Modelo de Mercado Descentralizado

Modelos de Mercado (2)Modelos de Mercado (2)

GP GP GP

G G G

Modelo de Mercado Centralizado

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 Modelos de Mercado (Centralizado)(Centralizado)

Estruturas em FederaçãoEstruturas em Federação

F

F

F

F

Exemplo 1: Projecto Knowledge Exemplo 1: Projecto Knowledge CommunityCommunity

Bus Agent Railway Agent

LocalBus Company A Local Railway Train B Local Railway train A

Trafic Agent

Hierarquia de Agentes

Exemplo 2: RETSINAExemplo 2: 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.

Exemplo 2: RETSINA (2)Exemplo 2: RETSINA (2)

Do individual ao colectivo

Sistema multi-agente

Entidades Individuais Autónomas(agentes)

Faz emergir

Comportamento Colectivo(comportamento da sociedade)

Agem individualmente (geram comportamento individual autónomo e em conformidade com as regras sociais)

Comportamento Individual

É composto

Mais exemplos

http://ia300117.us.archive.org/1/items/sims_evolved_virtual_creatures_1994/sims_evolved_virtual_creatures_1994_64kb.mp4

Mais recente... Will Wright