Agentes Inteligentes e Sistemas Multi-agente Agentes Móveis IST- 2003/2004 Ana Paiva
Exemplos de Sistemas-Multi-Agente
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Exemplos de Sistemas-Multi-Agente
Professor Edson Emílio Scalabrin PUCPR / PPGIA
e-mail: [email protected]
PUCPR/PPGIA/Edson Emílio Scalabrin
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Origem dos Sistemas Multi-Agente
• EUA• Explorava-se essencialmente a relação
existente entre arquitetura e modo de raciocínio
• Deu origem a dois tipos de controle :– quadro negro [Erman et al. 1980], – BEINGS e CyC [Lenat & Guha 1990],
Atores [Hewitt 1977], Open System [Hewitt 1991]
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Exemplo de Sistema Multi-Agente
DVMT (Distributed Vehicule Monitoring Test)– Projeto : Massachusetts [Lesser e Corkill 1983]
a percepção e o reconhecimento de situações/configurações distribuídas ;
– Funcionamento :
vários sensores enviam informações aos agentes de processamento, implementados sob a forma de quadro negro ;
– Problema :
obter, através dos agentes, um estado coerente de uma situação de tráfego rodoviário e então identificar e monitorar os veículos a partir das informações -- redundantes, contraditórios e ruidosas -- vindas dos sensores.
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Exemplo de ...
– Contribuições do projeto DVMT:• examinou-se um grande número de configurações
envolvendo sensores e agentes de processamento• analisou-se a problemática do planejamento multi-agente
a partir de planos parciais• definiu-se as bases dos mecanismos de cooperação e
negociação
– Influência :• puramente norte americana
continuação
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Exemplo de Plataforma Multi-Agente
MACE [Gasser et al. 1987]
– 1a plataforma multi-agente genérica
– 1a explicação clara a respeito de :• como implementar um sistema de Inteligência
Artificial Distribuída, e• quais são os componentes essenciais de uma
plataforma genérica.
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Exemplo de Plataforma ...
Introdução das trocas de mensagens dos atores mostrou que :
– é possível implementar um sistema multi-agentea partir da noção de troca de mensagens
– a troca de mensagens não é suficiente– uma organização social não pode-se reduzir a um
simples mecanismo de comunicação– é necessário uma representação dos outros, de
tal modo que um agente possa raciocinar sobre suas competências e suas crenças
continuação
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Exemplo de Plataforma ...
Introdução das diferenças entre : competência efetiva
(i.e. qualidade de quem é capaz de fazer uma determinada coisa) habilidade diretamente aplicável
(i.e. qualidade de hábil)
conhecimento que um agente tem sobre sua própria competência.
continuação
Todas as plataformas de desenvolvimento de SMA são descendentes diretamente ou indiretamente de MACE.
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Exemplo de Protocolo de Negociação
Metáfora
Trata-se de um sistema oportunista de alocação de tarefas baseado no princípio da
negociação de contrato do tipo mercado público, e a seleção mútua das partes envolvidas.
Contract-Net [Smith 1980]
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Exemplo de Protocolo ...
Origem : – o protocolo CNET foi inicialmente aplicado a uma
rede de sensores acústicos distribuídos
– os agentes eram inteiramente cooperativos
– a seleção dos eventuais contratantes era baseada essencialmente :
• na capacidade de processamento (cálculo) e
• na carga atual de um agente
continuação
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Exemplo de Protocolo ...
Natureza– o protocolo CNET organiza o controle de
execução entre um programa :
• emissor de uma mensagem (agente “manager”) e
• um ou vários receptores (agentes “contractors”)
– procedural call contract net data driven programming
O CNET é um dos paradigmas mais importante já desenvolvidoem IAD para a alocação dinâmica de tarefas.
continuação
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Fases da Negociação
Exemplo de Protocolo ...continuação
Chama de
ofertas
Análise e
Seleção de
proposta
Envio de
propostas
Fechamento
do contrato
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Exemplo de Protocolo ...continuação
Mensagem: ChamaDeOfertasPara : *
De : Explorador-25
Contrato : Perfurar-25-234
DescriçãoDeTarefa :
TipoDeTarefa : Perfurar
QualidadesRequeridas :
DeveTer : SistemaPerfuração
DevePoder : PerfurarSoloMole
FormatoDaProposta :
Posição: <Lat, Long>
QualidadesPerfuração: {TipoDeSolo : Performance}
DataExpiração :
20 junho 2193 13:06:46
Fim ChamaDeOfertas
Mensagem: PropostaPara : Explorador-25
De : Perfurador-18
Contrato : Perfurar-25-234
DescriçãoProposta :
Posição: <47N, 17W>
QualidadesPerfuração :{areia : 0,5 argila : 0,3 Xisto : 0,8}
Fim Proposta
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Exemplo de Protocolo ...continuação
Interpretação dos tipos de mensagens :– chamada de ofertas : o agente manager tenta "comprar”
serviços de outros agentes a um preço (freqüentemente um restrição de tempo) no máximo igual o especificado na chamada de ofertas.
– propostas : os agentes contratantes potenciais tentam "vender" seus serviços.
– alocação de um contrato (a escolha da melhor proposta) :o agente manager está "comprando" os serviços dos contratantes potenciais.
– aceitação do engajamento : o(s) contratante(s) vendeu(ram) efetivamente seu(s) serviço(s).
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Exemplo de Protocolo ...continuação
Comentários ...– O CNET é uma generalização da abordagem
cliente/servidor
– O CNET resolve o problema de distribuição de tarefas :
• sem utilizar uma zona de memória comum e
• sem a necessidade de identificar precisamente o destinatário da mensagem como por exemplo nos sistemas baseados em atores
Se nenhum agente satisfaz os critérios da chamada de oferta,o contrato não é alocado.
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Exemplo de Protocolo ...continuação
Limites
– O CNET não apresenta um modelo que permite levar em conta de modo eficiente a relocação de tarefas, seja no caso :
• de falha de sistema ou • de problema de estrangulamento.
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Sistemas Multi-agente :
Domínios de Aplicação
Sistemasmulti-agente
Resolução distribuída de problemas
Resolução de problemas distribuídos
Técnicas distribuídasde Resolução de
problemasSimulação
multi-agente
Construção demundos hipotéticos
Robótica distribuída
Concepção kénéticade programas
Resolução de problemas
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Sistemas Multi-Agente :Resolução distribuída de problemas
Características :– é possível efetuar uma tarefa complexa através de
um conjunto de especialistas que dispõem de competências complementares
– é a expertise ou o modo de resolução que é distribuído, sem que o domínio o seja
Exemplos :– Construção de um carro de corrida, especialistas :
• Motores, escolha e teste de pneumáticos, chassis e suspensão, combustível, gestão da corrida + interface com o piloto.
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Exemplo de Resolução distribuída ...
Sistema CONDOR: [Iffenecker & Ferber 1992]
– envolvendo especialistas em concepção, montagem, materiais, planejamento, marketing, etc.
– os especialistas são representados sob a forma de um conjunto de agentes
– os agentes possuem sua própria expertise e intervêm em diferentes momentos durante a realização do produto
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Exemplo de Resolução distribuída ...
Organização do CONDOR :– o sistema assume a forma de uma arquitetura de quadro
negro ;
– representa grupos de trabalhos :• o grupo “qualidade” ;
• o grupo “decisão” ;
• o grupo “laboratório de pesquisa” ;
– cada grupo trabalha utilizando seu próprio protocolo de automatização de fluxo de informação, igual o “work flow” atual.
continuação
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Exemplo de Resolução distribuída ...
KBS-SHIP :– um sistema dedicado ao monitoramento e manutenção de
equipamentos de um navio comercial.
– o sistema integra vários sistemas especialistas :• pilotagem, carregamento de frete, manutenção dos
equipamentos eletrônicos, diagnóstico de falhas, etc.
• eles operam sobre uma arquitetura SMA, controlado por um Expert encarregado da gestão das comunicações via uma rede Ethernet e da resolução de conflitos entre os agentes.
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Exemplo de Resolução distribuída ...
Flavors Paint Shop :– um sistema de controle de processos industrial utilizado
para pintar caminhões.
– Problema : na saída de uma linha de montagem• os caminhões devem ser pintados de uma dada cor e
em função dos desejos dos clientes
• o número de postos de pintura é inferior ao número de cores disponíveis
• a mudança de configuração dos postos eleva o consumo de matéria e de tempo
continuação
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Exemplo de Resolução distribuída ...
Características do sistema Flavors Paint Shop :
– cada posto de pintura é um agente
– quando um posto está livre, ele aceita um novo caminhão para ser pintado (os caminhões são colocados em uma fila de espera)
– regras de escolha:• pegar o primeiro caminhão da fila que requer a mesma cor que está
disponível no momento
• se não há caminhão desta cor, pegar o caminhão mais prioritário e alocar ao posto a cor requerida
• se não há caminhão prioritário, pegar o próximo da fila e alocar ao posto a cor requerida
continuação
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Exemplo de Resolução distribuída ...
Resultados do sistema Flavors Paint Shop :
– redução drástica do custo de manutenção do sistema– redução (50%) das operações de troca de pintura– economia de um milhão de dólares por ano– o sistema pode levar em conta, sem maiores problemas,
as falhas de postos de pintura
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Sistemas Multi-Agente :Resolução distribuída de problemas distribuídos
Características:– o domínio é distribuído
– os agentes podem ter competências parecidas
Exemplos :– monitoramento de redes de energia ou de
telecomunicações, • a supervisão é dsitribuída sobre cada um dos nós
– a percepção distribuída (ex. DVMT)
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Exemplo de resolução distribuída de problemas ...
Sistema IDEAL [Onera e Alcatel-Alsthom]
– um sistema SMA dedicado ao monitoramento e diagnóstico de redes de telecomunicações
– IDEAL compreende três tipos de agentes :
• supervisor, encarregado de localizar e diagnosticar falhas
• acompanhamento, encarregado de manter a coerência entre o estado real da rede e a visão dos agentes
• operador de manutenção, encarregado de executar testes e reparar elementos da rede
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Exemplo de resolução distribuída de problemas ...
Características dos agentes do IDEAL : – apresentam uma arquitetura de quadro negro
– cada agente tem um conjunto de módulos:• comunicação, que gerencia os protocolos de comunicação
• expert, que contem os conhecimentos relativos a supervisão da rede
• cooperação, que gerencia as tabelas de conhecidos (acquaintance), a representação de si e os modelos de diálogo
• visualizador, que permite ao usuário, através de uma interface gráfica, acompanhar o funcionamento do agente e intervir se necessário
• controle, que gerencia o conjunto de atividades dos agentes
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Sistemas Multi-Agente :
Resolução por coordenação
Problema :– Encontrar uma solução para um problema cujo
enunciado é bem definido e o conjunto de informações é inteiramente disponível.
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Exemplo de resolução ...
• determinar uma alocação de tarefas para uma máquina
• definir a agenda de um colega• dar a seqüência de ações a ser executada para sair
de um labirinto ou para disparar um míssil• resolver quebra-cabeça ou demonstrar um teorema• empilhar cubos ou componentes mecânicos
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Exemplo de resolução ...
Eco-Resolução– Problema : empilhamento de cubos– Iniciativa : o problema é visto como um SMA
• cada cubo é um agente
• os agentes buscam incessantemente satisfazer seus objetivos
• as relações são restrições que os agentes devem respeitar
continuação
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Sistemas Multi-Agente :Simulação multi-agente
Características e Utilização– utiliza-se a simulação para tentar explicar e prever
fenômenos naturais :• física, química,
• biologia, ecologia,
• geografia e
• ciências sociais
– os modelos são dados sob a forma de relações matemáticas entre variáveis que representam grandezas físicas mesuráveis no mundo real.
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Exemplo simulação ...
Presa-Predador
• dN1 = r1N1 - PN1N2 dN2 = aPN1N2 - d2N2
dt dt
• P : coeficiente de destruição (predador)• N1 e N2 : as números de presa e predadores• a : eficiência que os predadores
convertem os alimentos em descendentes
• r1 : determina a fecundidade das presas• d2 : a taxa de mortalidade dos predadores
continuação
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Exemplo simulação ...
Problemas da simulação apenas numérica– os modelos matemáticos ligam unicamente parâmetros
que se situam todos ao mesmo nível de análise.
– Ex. é impossível ligar o tamanho do efetivo as tomadas de decisões efetuadas pelos indivíduos
Pode-se dizer, que estes níveis de análise são isolados, à medida que é impossível fazer corresponder os comportamentos efetuados a um nível micro as variáveis globais mesuráveis a um nível macro.
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Exemplo simulação ...
Complexidade e realismo dos parâmetros na simulação apenas numérica
– para ser utilizável e corresponder a realidade, as equações comportam um grande número de parâmetros difíceis a estimar e sem realismo
– o coeficiente de eficiência a é bastante pobre
Não é considerado o conjunto de comportamentos complexos que podem ter um impacto direto sobre a fecundidade :
• hierarquia e dominação, estratégia sexual, • utilização do território e construção de abrigos.
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Exemplo simulação ...
Dificuldade em modelar as ações– como levar em conta as ações dos indivíduos, bem
como as modificações efetivas do ambiente decorrente de seus comportamentos ?
Em particular sabendo que, os fenômenos coletivos resultam de um conjunto de
tomadas de decisões individuais, que lavam em conta os comportamentos dos outros atores do sistema
continuação
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Exemplo simulação ...
Qual é o interesse da simulação multi-agente?
É poder levar em conta– tanto os parâmetros quantitativos
• parâmetros numéricos
– quanto as informações qualitativas • comportamentos individuais, recorrendo
eventualmente à estratégias de raciocínio
continuação
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Exemplo simulação ...
Vantagens da modelagem multi-agente– é possível integrar na mesma modelagem, equações
diferencias e comportamentos baseados em regras simbólicas
– é fácil integrar modificações, onde cada enriquecimento do modelo é realizado pela adição de novas regras de comportamento, agindo a nível de indivíduo
– os indivíduos guardam suas identidades– é possível acrescentar novos tipos de agentes, dispondo
de seus próprios modelos de comportamento, que irão interagir com os agentes já definidos.
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Exemplo simulação ...
Exemplo: modelagem de uma floresta. – pode-se introduzir novas espécies animais ou vegetais e
analisar suas interações com aquelas já modeladas.
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Exemplo simulação ...
Projeto SIMDELTA [Cambier et al. 1992]
– um simulador para sintetizar os conhecimentos de um conjunto de especialistas em :
• ecologia, biologia, antropologia, etc.
– conhecimentos adquiridos após vários anos de estudos sobre sistema de pesca do delta central do Nigéria.
Objetivo do projeto : modelar informações : • quantitativas (a evolução das enchentes)• qualitativas (as técnicas de pesca praticadas)
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Exemplo simulação ...
Características do SIMDELTA :– Permite simular, em mesmo tempo, a dinâmica da
população de peixes, incluindo :• fatores biológicos e topologicos na dinâmica da
população ;
• Os agentes são:– baldes de peixes– pescadores
OBS : estes fatores afetam a evolução da população e a tomada de decisão dos pescadores.
continuação
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Exemplo simulação ...
Definição dos agentes SIMDELTA
– os biotipos• representam porções do ambiente
– os peixes• possuem um comportamento bastante reativo
– os pescadores• comportamento de agentes cognitivos
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Exemplo simulação ...
Ambiente = Biotipos Conexões entre biótipos mudam em função do nível das águas
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Exemplo simulação ...
Para cada biotipo :– uma função de recurso, indica a quantidade de
alimento disponível para uma população de peixes em função do tempo
Baldes de peixes (agentes):– representam conjuntos de peixes
– parâmetros estratégicos para a adaptação:• tamanho e número de ovos, processo de
migração, regime, etc.
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Exemplo simulação ...
Cada pescador– é representado por um agente cognitivo
– seu comportamento é descrito por um sistema baseado em conhecimentos, envolvendo:
• uma base de dados, que contem suas crenças e sua memória de pescador
• um sistema de regras, que representa sua estratégia cognitiva para explorar os biotipos
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Exemplo simulação ...
Testes feitos sobre SIMDELTA• estudo sobre a dinâmica de uma população de peixes em
função de um esforço de pesca cada vez maior.
• dados para a simulação :– o comportamento de peixes de água doce e
– os conhecimentos dos biologistas a respeito da reprodução, crescimento, migração e mortalidade dos peixes
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Exemplo simulação ...
Projeto SIMPOP [Bura et al. 1993]
Objetivo : – modelar a dinâmica de evolução de um sistema de
cidades, em particular : a gênese (formação dos seres) e o desenvolvimento e a concentração das funções urbanas
em diferentes níveis, durante um período de tempo (+/- 2000 anos)
continuação
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Exemplo simulação ...
Características do SIMPOP– o ambiente é representado por um conjunto de “lugares” de
tamanhos e formas variadas (essencialmente quadradas e hexagonais).
– estes elementos são caracterizados :• pela sua natureza : planícies, montanhas, mares, pântanos ;
• pelos seus recursos naturais : agricultura, pesca, minerais ;
• pelas vias de comunicação : rios, estradas, etc. – os recursos correspondem o potencial que uma população
tem para explorar a produtividade levando em conta as possibilidades técnicas ou as atividades de um povoado vizinho
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Exemplo simulação ...
Agentes do SIMPOP– cada lugar é representado por um agente
“cidade”, que pode ser um povoado ou uma metrópole
– as características das cidades • número de habitantes,
• riqueza econômica e
• funções (agricultura, economia, indústria, administração).
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Exemplo simulação ...
Comportamento de um agente cidade• é dado pela soma dos comportamentos de seus
habitantes
• os habitantes são representados por funções econômicas, correspondendo aos principais grupos econômicos
– Ex. em um povoado a maior parte de sua população é associada a função agrícola.
continuação
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Exemplo simulação ...
Comentários• as principais entidades do sistema são os agentes “cidade”• os agentes “cidade” são imóveis• as interações entre estes agentes se dão através de
transferências de:– bens, valores monetários, serviços e habitantes ;
– as transferências se exprimem sob a forma de mecanismos de ofertas e demandas entre as cidades ;
– certas cidades tendem a crescer e vários fenômenos locais vão reforçar as diferenças entre elas, de tal maneira, a formar uma espécie de “hierarquia” de cidades (seu tamanho e sua riqueza).
continuação