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Introdução aos Sistemas Multiagentes Patricia Tedesco

Ao fim da aula de hoje a gente deve...Relembrar o conceito de Agente

InteligentesRever suas Várias ArquiteturasDefinir o que é um Sistema

MultiagentesEntender quais as principais

questões a tratar no projeto de SMA

RECORDAR É VIVER....

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O que é um Agente?Qualquer entidade (humana ou artificial)

que:◦ está imersa ou situada em um ambiente

(físico, virtual/simulado) ◦ percebe seu ambiente através de sensores

(ex. câmeras, microfone, teclado, finger, ...)◦ age sobre ele através de atuadores (ex.

vídeo, auto-falante, impressora, braços, ftp, ...)

◦ possui objetivos próprios explícitos ou implícitos

◦ escolhe suas ações em função das suas percepções para atingir seus objetivos

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Como descrever um Agente?

Pode ser descrito em termos de seu PAGE: ◦P – percepções◦A – ações◦G – (goals) objetivos◦E – (environment) ambiente ◦e outros agentes – nos sistemas multi-

agentes

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Agentes: ArquiteturasDe forma bem simplificada, um

agente pode ser visto como um mapeamento: ◦seqüência perceptiva => ação

sensores Agente

atuadores

a m

b i

e n

t e

Raciocinadormodelo do ambiente

Agente sensores

atuadores

Como está o mundo agora?

Que ação devo escolher agora? Regras “condição-ação”a

m b

i e

n t e

Agente Reativo

Vantagens e desvantagens◦ Regras condição-ação: representação inteligível, modular e eficiente

ex. Se velocidade > 60 então multar◦ Não pode armazenar uma seqüência perceptiva, pouca autonomia

Ambientes:◦ Reflexo imprescindível em ambientes dinâmicos ◦ Acessível, episódico, pequeno

Agente reativo com estado interno

Desvantagem: pouca autonomia◦ não tem objetivo, não encadeia regras

Ambientes: determinista e pequeno◦ Ex. Tamagotchi

sensoresAgente

Como está o mundo agora?

Regras “condição-ação”

estado: como o mundo era antes

como o mundo evolui

atuadores

Que devo fazer agora?a m

b i

e n

t e

impacto de minhas ações

sensoresAgente

Como está o mundo agora?

Objetivos

como o mundo evolui

atuadores

Que devo fazer agora?

a m

b i

e n

t e

impacto de minhas açõesComo ele ficará se faço isto?

estado: como o mundo era antes

Agente cognitivo - baseado em objetivo

Vantagens e desvantagens:◦ Mais complicado e ineficiente, porém mais flexível,

autônomo◦ Não trata objetivos conflitantes

Ambientes: determinista ◦ ex.: xeque-mate no xadrez

Agente otimizador (utility based)

Ambiente: sem restrição Desvantagem: não tem adaptabilidade Ex. motorista recifense

◦ Segurança e velocidade – conflito!

ambiente

sensores

atuadores

Agente

Como está o mundo agora?

Que ação devo escolher agora? Função de Utilidade

qual é o impacto de minhas ações

como o mundo evolui

Este novo mundo é melhor?

Como ele ficará se faço isto?

estado: como o mundo era antes

Agente que aprende

Ambiente: sem restrição Vantagem: tem adaptabilidade (aprende) Ex. motorista sem o mapa da cidade

sensores

atuadores

Agente

Gerador de problemas

crítico

elemento de aprendizagem

avaliação

objetivos de aprendizagem

elemento de execução (agente)

trocas

conhecimento

a m

b i

e n

t e

t

t+1

t

EM RESUMO...

IA e Agentes

IA cresceu muito nos anos 70 modelando a inteligência individual.

Advento das redes de computadores modificou as necessidades!

Inteligência como a integração dos processos de raciocinar, decidir, aprender e planejar.

O Modelo de Agente aparece então como catalisador...

De fato... Mundo onde informações e conhecimentos

crescem (e mudam) rápido demais!Atualmente, a Computação tem a ver

com...◦ Acesso a informações relevantes◦ Identificação de oportunidades◦ Ação no momento preciso◦ Manipulação de grandes volumes de informação

Assim, os sistemas da gente precisam de...UbiqüidadeInterconexãoDelegaçãoInteligência Orientação ao Usuário!!!!

No Entanto...

o aumento da complexidade trouxe...◦ Inteligência◦Sistemas que podem agir por nós◦Que operam independentemente◦Que sabem representar os nossos interesses◦E, por fim... Que podem cooperar e chegar a

acordos!

Masss... Como fazer????

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INTELIGÊNCIA COLETIVA

IA Distribuída

Um Cenário...

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Inteligência ColetivaPorque pensar a inteligência/racionalidade como

propriedade de um único indivíduo?Não existe inteligência ...

◦ Em um time de futebol? ◦ Em um formigueiro?◦ Em uma empresa (ex. correios)?◦ Na sociedade?

Solução: IA Distribuída◦ Agentes simples que juntos resolvem problemas

complexos tendo ou não consciência do objetivo global◦ Proposta por Marvin Minsky e em franca expansão...◦ o próprio ambiente pode ser modelado como um

agente

A IA Distribuída

Grupo de Entidades que podem Interagir◦ Cooperando para resolver

problemas◦ Coordenando Esforços◦ Negociando Acordos

Tudo isto de acordo com...◦ Organização◦ Protocolos de Interação

Metáfora de inteligência é o Comportamento Social.

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IA Distribuída: dois tipos de sistemasResolução distribuída de problemas

◦ consciência do objetivo global e divisão clara de tarefas

◦ Exemplos: Robótica clássica, Busca na Web, Gerência de sistemas distribuídos, ...

Sistemas Multi-agentes◦ não consciência do objetivo global e nem divisão clara

de tarefas◦ Exemplos: n-puzzle, futebol de robôs, balanceamento

de carga, robótica, ...

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Duas noções fundamentais...

Resolução Distribuída de Problemas (RDP) envolve:◦Um grupo de especialistas◦Habilidades Complementares◦Organização Fixa

Sistemas Multiagentes (SMA)...◦ Agentes podem preexistir◦Organização varia em tempo de execução

Um Sistema Multiagente

Ambiente

Esfera de Influência

Organização

Agentes

Interação

Recurso

Definindo SMA

Um SMA é um sistema que possui os seguintes elementos:◦ Um ambiente, E◦ Um conjunto de objetos O◦ Um conjunto de Agentes, A (AO)◦ Um conjunto de relações R, que liga objetos◦ Um conjunto de operações Op◦ Operadores que representam os resultados das

operações em Op e as reações do ambiente a eles.

Trocando em miúdos...

Um Sistema Multiagentes ...◦Consiste de uma coleção de

componentes autônomos, com objetivos particulares

◦Que se interrelacionam De acordo com uma Organização Interagindo, negociando e coordenando

esforços para resolver tarefas

Mas... Por que mesmo distribuir?

Porque o problema é fisicamente distribuído.

Porque o problema é heterogêneo.Porque o problema só pode ser

resolvido pela integração de pontos de vista locais.

Porque precisamos de adaptação a mudanças estruturais...

É boa idéia quando...Precisamos manter a autonomia

das sub-partes;As interações são complexasNão é possível descrever o

Problema a priori.

As vantagens...

Maior rapidez na solução dos problemas

Diminuição do overhead de comunicação

Maior flexibilidadeAumento da Segurança

TÁ... MAS COMO PROJETAR SMA?

Duas Formas de Projeto

Organização

Agentes

InteraçãoRestrições e Objetivos

Emergência dePropriedades

O que nos leva a dois níveis de considerações

Como construir os agentes individualmente?

Como fazê-los trabalhar juntos de maneira coerente?

O que, por sua vez, levanta as seguintes questões fundamentais...Como a cooperação pode

emergir?◦Como identificar que precisa e com

quem cooperar?Como os agentes podem

identificar Conflitos e negociar?Como os agentes podem

coordenar esforços?Como os agentes podem se

comunicar?

Considerações no Projeto de SMA

Três Grandes Grupos...◦Aspectos Fundamentais

Como podemos garantir compatibilidade de ações?

◦Aspectos Arquiteturais Características a serem providas pela

arquitetura◦Aspectos Ambientais

Como é o ambiente onde funciona o SMA?

E mais um importante... A Estrutura

Padrão de Relações entre os agentes e sua distribuição de habilidades◦Cobertura: as habilidades necessárias

para resolver problemas devem ser possuídas por pelo menos um agente;

◦Conectividade: Agentes devem interagir de forma que suas habilidades possam ser integradas

DENTRO DOS ASPECTOS FUNDAMENTAIS...

Comunicação

Habilita os agentes a intercambiar informações.◦Percepção◦Ação

Modelada sobre a comunicação humana◦Atos de Fala◦Blackboard

Tem esforços de padronização!

Organização

Conjunto de Compromisso Globais, Crenças e intenções comuns aos agentes que querem atingir um objetivo comum.

Definem...◦ Um conjunto de diretrizes...◦ Uma política de interação.

Muitos exemplos!◦ O CIn◦ Sua Família

Negociação

Esforço para solução de conflitos e cooperação◦Grupo de agentes “self-interested”

que consegue chegar a uma decisão conjunta.

Envolve..◦Linguagem◦Protocolo – ex. Contract Net◦Processo de Decisão

Coordenação

Fundamental para o trabalho conjunto.Um SMA pressupõe coordenação entre seus

agentes! Porque...◦ Há dependências entre as ações◦ Nenhum indivíduo pode resolver o problema

sozinho◦ Deve-se respeitar as restrições globais◦ Deve-se garantir a harmonia na execução

conjunta de tarefas!

Coordenação... II

Então coordenação é...◦ O processo pelo qual um agente raciocina sobre

suas ações locais e as de outros agentes para garantir que a comunidade funcione coerentemente.

Visa garantir que...◦ Todas as partes necessárias existam na sociedade.◦ Interação que possibilite a execução das

atividades.◦ Que todos atuem consistentemente◦ Que tudo seja feito com dos recursos disponíveis

Coordenação... III

Para coordenar com sucesso é preciso...◦Uma estrutura...◦Flexibilidade nas interações

Comunicação! Negociação!

◦Conhecimento e raciocínio Para reconhecer interações potenciais entre

planos de ação!

Então... O fundamental é...

Interagir!!!◦Com quem?◦Quando?◦Qual o conteúdo?◦Como? Que processos e recursos?◦Por que?◦Como estabelecer a compreensão

mútua?

Em resumo... No “PAGE” dos SMA a gente deve...Considerar o que queremos

realizar..O que precisaremos perceber?Que decisões de que tipo serão

tomadas? Por quem? Quando?Como se dá a comunicação entre

os agentes?

Design de SMA

Quando partir para SMA?◦Quando o ambiente é aberto;◦Quando os agentes são a metáfora

natural.◦Quando há distribuição de dados, controle

ou expertise.◦Quando estamos lidando com sistemas

legados.

Problemas no Desenvolvimento de Agentes

Superestimativas do potencial dos agentes.

Dogmatismo a respeito dos agentes.Não está claro porque usar agentes.Construção de soluções genéricas

para problemas específicos.Desenvolver SMA é desenvolver

Software...SMA é software “multithreaded”.

E mais Problemas...Seu projeto não explora concorrência.Você resolve adotar sua arquitetura.Seus agentes usam IA demais.Os agentes estão em todos os lugares.Não tem agentes suficientes.A Interação é caótica...

Algumas aplicações “Diretas” de SMAEngenharia de Software

◦Sistemas Complexos InteraçãoComputação “Self-Interested”

◦Aplicação de mecanismos da Economia em Computação

Grid Computing◦Não lembra Solução Cooperativa de

Problemas?

Algumas aplicações “Diretas” de SMAComputação Ubíqua

◦Autonomia e Cooperação entre Aplicações e Dispositivos

◦Já ouviram falar de Ambient Intelligence?

Web SemânticaComputação Autonômica

◦Sistemas que se configuram, gerenciam e se adaptam a novos ambientes não lembram agentes?

O que levanta as seguintes questões fundamentais...Como a cooperação pode

emergir?◦Como identificar que precisa e com

quem cooperar?Como os agentes podem

identificar Conflitos e negociar?Como os agentes podem

coordenar esforços?Como os agentes podem se

comunicar?

Objeções a SMANão é a mesma coisa que SD?

◦Sincronização e Coordenação Dinâmicas

◦Agentes têm interesses próprios!!!Não é IA?

◦SMA têm características de CC e de ES!

◦Em SMA, o aspecto social é fundamental!

Objeções a SMA... II

Não é só teoria dos Jogos?◦TJ muitas vezes desconsiderou a

computação...◦Hipóteses da TJ são questionadas em SMA

O que eu vou fazer com Ciência Social?◦Ambas servem como ferramentas uma

para outra.◦Mas são bem diferentes!!!!

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Então... Na verdade... Estamos na fronteira...

InteligênciaArtificial

Engenhariade Software

SistemasDistribuídos

Agentes