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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
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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.
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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?
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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?
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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
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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
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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 >
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Demo: Jogo da Vida
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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.
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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).
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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.
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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.
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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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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).
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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>>>>
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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
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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?
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Sistema multi-agenteSistema multi-agente
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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
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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)
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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
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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.
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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
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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.
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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.
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Tipos de Estruturas de AgentesTipos de Estruturas de Agentes
Estruturas hierárquicas Estruturas de Mercado
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Estruturas Hierárquicas (1)Estruturas Hierárquicas (1)
Estrutura hierárquica orientada ao produto
GP GP GP
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Estruturas Hierárquicas (2)Estruturas Hierárquicas (2)
Estrutura hierárquica Funcional
GF GF GF
G
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Modelos de Mercado (1)Modelos de Mercado (1)
GP GP GP
Modelo de Mercado Descentralizado
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Modelos de Mercado (2)Modelos de Mercado (2)
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 Modelos de Mercado (Centralizado)(Centralizado)
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Estruturas em FederaçãoEstruturas em Federação
F
F
F
F
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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
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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.
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Exemplo 2: RETSINA (2)Exemplo 2: RETSINA (2)
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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
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Mais exemplos
http://ia300117.us.archive.org/1/items/sims_evolved_virtual_creatures_1994/sims_evolved_virtual_creatures_1994_64kb.mp4
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