Agentes e Sistemas Multiagentes. A evolução da Inteligência Artificial Distribuída

Transcrição

1 Agentes e Sistemas Multiagentes A evolução da Inteligência Artificial Distribuída

2 Sumário Histórico Agentes Definição Propriedades Classificação Ambientes Arquiteturas Sistemas Multiagentes Definição Sistemas reativos Sistemas cognitivos Comunicação Coordenação

3 Histórico da IAD Primeiras tentativas para resolver problemas de modo cooperativo no final da década de 70. Na década de 80 começa a aparecer a representação explícita do conhecimento de outros agentes num contexto de planejamento. Até o início da década de 90 o foco da IAD era a resolução distribuída de problema A partir da metade da década de 90, ganha força a abordagem de Sistemas Multiagentes.

4 Agentes

5 Agentes Definições Um agente é tudo que pode ser considerado capaz de perceber seu ambiente por meio de sensores e de agir sobre esse ambiente por intermédio de atuadores. Artificial Intelligence A Modern Aproach - Russel, Peter and Norvig

6 Agentes - Definições Um agente é um sistema computacional que está situado em algum ambiente e que é capaz de agir de forma autônoma nesse ambiente para alcançar seus objetivos projetados. An Introdution to Multiagent Systems Michael Wooldridge

7 Agentes Definições Um agente é uma entidade real ou abstrata que é capaz de agir num ambiente, de se comunicar com outros agentes, que é movido por um conjunto de inclinações; que possui recursos próprios; que é capaz de perceber o ambiente; que dispõe de uma representação parcial do ambiente; que possui competência e oferece serviços; que pode eventualmente se reproduzir e cujo comportamento tende a atingir seus objetivos utilizando competências e os recursos que dispõe, e levando em conta os resultados de suas funções de percepção e comunicação, bem como suas representações internas. Ferber,J. & Gasser, L. (1991). Intelligence artificielle distribuée. Tutorial Notes of the 11th Conference on Expert System and their Applications

8 Agentes Merge de Definições Perceber o ambiente Agir sobre esse ambiente Ser um sistema computacional Agir de forma autônoma Possuir objetivos Comunicar-se com outros agentes Possuir representação do ambiente Possuir competência para atuar no ambiente

9 Agentes Problema da Definição Não há uma definição universalmente aceita para o termo agente. Parte da dificuldade se deve ao fato de que propriedades associadas aos agentes recebem importâncias distintas em diferentes domínios. Assim, algumas dessas propriedades que podem ser necessárias para alguns domínios, também podem ser indesejáveis em outros.

10 Agentes Outro ponto de vista O agente pode ser visto como uma modelagem conceitual que utiliza a forma de interação (percepção e ação) na tentativa de alcançar alguma solução para o problema.

11 Agentes - Propriedades Autonomia Reatividade Capacidade de reagir às mudanças do ambiente. Adaptabilidade Capacidade de atuar por conta própria. Capacidade de se adaptar a situações desconhecidas ( Aprendizagem ). Comunicabilidade Capacidade de interagir com outros agente através da troca de informações.

12 Agentes - Classificação Agentes Reativos Estímulo-Resposta Histórico dos estados Representação explícita do ambiente Controle deliberativo Comunicação direta Agentes Cognitivos

13 Agentes O Ambiente Local físico ou virtual no qual o agente atua e está inserido O campo de futebol para um jogador. As ruas para um motorista. O mundo virtual para um personagem de um jogo. A internet para agentes de leilão. Campo de batalha para os soldados. O planeta marte para o robô Spirit.

14 Agentes Propriedades do Ambiente Completamente observável vs. Parcialmente observável Determinístico vs. Estocástico Episódico vs. Seqüencial Estático vs. Dinâmico Discreto vs. Contínuo Mono-Agente vs. Multiagente

15 Agentes Propriedades do Ambiente Completamente Observável Um ambiente é dito completamente observável quando o agente tem acesso ao estado completo deste ambiente. Ex.: Jogo de Xadrez Parcialmente Observável Caso o agente não consiga obter algum aspecto do ambiente que seja relevante para a escolha de sua ação, o ambiente é chamado de parcialmente observável. Ex.: Poker

16 Agentes Propriedades do Ambiente Determinístico Um ambiente é dito determinístico quando o próximo estado do ambiente é determinado exclusivamente pelo estado atual e a ação executada pelo agente. Ex.: Jogo de damas Estocástico Em ambiente estocástico, o agente não consegue prevê o próximo estado, seja pelas incertezas deste ou devido à complexidade do mesmo. Ex.: As ruas para um automóvel autônomo.

17 Agentes Propriedades do Ambiente Episódico Em ambientes episódicos a experiência dos agentes é dividida em episódios atômicos. Cada episódio contendo o par de percepção e ação, não sendo o episódio seguinte dependente do anterior. Ex.: Classificador de peças Seqüencial Já em ambientes seqüenciais, a decisão atual poderia afetar as decisões futuras. Ex.: Jogo de futebol

18 Agentes Propriedades do Ambiente Dinâmico Um ambiente é dito dinâmico quando o seu estado pode ser alterado enquanto o agente delibera. Ex.: Automóvel autônomo Estático Em um ambiente estático o agente não precisa se preocupar com o tempo de tomada de sua decisão. Ex.: Jogos de turno

19 Agentes Propriedades do Ambiente Discreto Ambientes discretos possuem um número finito de estados possíveis do ambiente. Ex.: Jogo de Xadrez Contínuo Em ambientes contínuos, o número de estados é infinito e freqüentemente não enumerável. Ex.: Futebol de Robôs

20 Agentes Exemplo de ambientes Ambiente Observável Determinístico Episódico Estático Discreto Xadrez com relógio Sim Sim Não Semi Sim Xadrez sem relógio Sim Sim Não Sim Sim Poker Não Não Não Sim Sim Gamão Sim Não Não Sim Sim Dirigir táxi Não Não Não Não Não Sistema de diagnósticos médicos Não Não Não Não Não Sistema de análise de imagens Sim Sim Sim Semi Não Robô separador de peças Não Não Sim Não Não Controlador de refinaria Não Não Não Não Não Tutor interativo de inglês Não Não Não Não Sim

21 Agentes Robocode como exemplo Robocode, um simulador de combate entre tanques autônomos.

22 Agentes Robocode como exemplo Um Alô Mundo.

23 Agentes - Arquiteturas Define a organização das partes do agente. Implicações diretas no eixo cognitivo do agente. As arquiteturas podem ser: Reativas Deliberativas Híbridas

24 Agentes Arquitetura reativa Arquitetura reativa de subsunção ( Brooks ) Módulos superiores possuem maior prioridade de execução

25 Agentes Arquitetura reativa Exemplo dos robôs mineradores Eles devem procurar e coletar minerais para leválos para a base.

26 Agentes Arquitetura reativa Comportamentos em uma arquitetura de subsunção. Maior prioridade de execução Evitar obstáculos Pegar mineral Descarregar mineral na base Realizar movimento aleatório Menor prioridade de execução

27 Agentes Arquitetura deliberativa Arquitetura deliberativa É baseada em representações simbólicas, com bastante influência da área de planejamento. Objetivos Conhecimento Percepção Planos Raciocínio Ação deliberativa

28 Agentes Arquitetura híbrida Arquitetura híbrida de três camadas Permite que o agente continue respondendo ao ambiente em tempo real enquanto processa novas deliberações. Camada deliberativa Camada executiva Camada reativa

29 Agentes Arquitetura híbrida Arquitetura híbrida proposta por (Bittencourt)

30 Agentes Arquitetura híbrida Arquitetura híbrida especializada para o domínio de jogos.

31 Agentes Exemplo de agente híbrido Projeto GameBOTs Percepções NAV {Id Nav9} {Location 7,2,8} {Reachable True}... KIL {Id dm stalwart.remotebot0} {Killer dm stalwart.remotebot1} {DamageType XWeapons.DamTypeLinkPlasma} Ações CHANGEWEAPON {Id Best}... ROTATE {Amount 3212} {Axis }

32 Agentes Exemplo de agente híbrido

33 Sistemas Multiagentes

34 Sistema Multiagente - Definição Um conjunto de agentes que interagem em um mesmo ambiente.

35 Sistemas Multiagentes - Paradigma Mudança de uma abordagem global e centralizada para um abordagem de agentes(individuais) e distribuídos.

36 Sistemas Multiagentes - Vantagens Facilidade para modelar domínios inerentemente distribuídos. Facilidade para modelar domínios abertos. Como a monitoria de plantas industriais. Como internet, mundo físico e ambientes virtuais. Eficiência quando não há uma boa solução centralizada. Tolerância a falhas.

37 Sistemas Multiagentes - Dificuldades Interações entre os agentes muitas vezes são imprevisíveis em tempo de projeto Coordenar as ações dos agentes Como levar os agentes a resolver o problema? Eles precisam cooperar ou eles precisam competir? Os agentes são altruistas ou só atuam por interesses individuais? Tratar como os agentes se comunicam Qual o tamanho do canal de comunicação? Como agentes heterogêneos podem se comunicar?

38 Sistemas Multiagentes Reativos Existem tarefas complexas que podem ser executadas por um conjunto de agentes simples, como: Fabricação de mel em uma colméia. Exemplo de aplicação. Busca de alimentos para abastecimento de um formigueiro. TSP resolvido através do algoritmo de formigas. Novas subáreas Vida Artificial Inteligência Emergente

39 Sistemas Multiagentes Reativos Os sistemas multiagentes reativos são caracterizados em geral por possuir: Muitos agentes simples Organização etológica Comunicação é indireta Representação implícita

40 Sistemas Multiagentes Reativos Problema do combate ao incêndio

41 Sistemas Multiagentes Cognitivos Os sistemas multiagentes cognitivos são caracterizados em geral por possuir: Organização social Comunicação direta Representação explícita Agentes complexos

42 Sistemas Multiagentes - Comunicação A comunicação exerce um importante papel dentro de sistemas multiagentes cognitivos, permitindo a coordenação de agentes dentro do sistema. Na década de 70, surgiu um dos primeiros protocolos para estabelecimento de negociação entre os agentes conhecido como Contract NET Na década de 90, surge um linguagem e um protocolo de troca de informação conhecido como KQML.

43 Sistemas Multiagentes Contract NET Protocolo de comunicação de agentes para distribuição de tarefas. Funcionamento similar ao preenchimento de uma vaga no mercado de trabalho. A empresa tem um problema e precisa de alguém para resolver. A empresa anuncia uma vaga de emprego. Os interessados enviam seus currículos. A empresa selecionada um dos profissionais.

44 Sistemas Multiagentes Contract NET Reconhecendo o problema O agente A1 identifica que possui um problema e precisa de ajuda para resolvê-lo.

45 Sistemas Multiagentes Contract NET Anunciando a tarefa O agente A1 anuncia aos demais agentes a tarefa que precisa ser executada para resolver o problema.

46 Sistemas Multiagentes Contract NET Informando capacidades Os agentes habilitados e dispostos a executar a tarefa informa ao A1 sobre a disponibilidade para executar a tarefa.

47 Sistemas Multiagentes Contract NET Contratando um agente O agente A1 estabelece um contrato com o agente que ele escolheu.

48 Sistemas Multiagentes - KQML Knowledge Query and Manipulation Language (KQML) é um protocolo e uma linguagem para comunicação de agentes e sistemas baseados em conhecimento. Baseia-se na associação de estados cognitivos dos agentes com primitivas da linguagem denominada atos de fala. É uma linguagem simples e independente de plataforma ou conteúdo, mas com uma semântica informal.

49 Sistemas Multiagentes - KQML Formato da mensagem

50 Sistemas Multiagentes - KQML Exemplos de mensagens

51 Sistemas Multiagentes - KQML Mensagem aninhada

52 Sistemas Multiagentes - KQML AgenteAlfa informa que é capaz de executar uma determinada query.

53 Sistemas Multiagentes - KQML AgenteBeta consulta AgenteAlfa

54 Sistemas Multiagentes - KQML AgenteAlfa envia resposta para o AgenteBeta

55 Sistemas Multiagentes - Coordenação Teoria do jogos Planejamento Multiagente Teamwork

56 Sistemas Multiagentes Dilema do Prisioneiro Prisioneiro B não confesa Prisioneiro A não confesa Prisioneiro A confesa A e B pegam 1 ano de prisão A fica livre e B pega 5 anos de prisão Prisioneiro B confesa B fica livre e A pega 5 anos de prisão A e B pegam 3 anos de prisão Exemplo da Guerra-Fria 1. Nem os EUA nem a URSS constroem um arsenal o status quo é preservado. 2. Os USA constroem um arsenal mas a URSS, não os EUA ficam em posição de potencialmente destruir a União Soviética e dominar o mundo. 3. A URSS constrói um arsenal mas os EUA, não os soviéticos ficam em posição de potencialmente destruir os USA e dominar o mundo. 4. USA e URSS constroem arsenais uma corrida armamentista, nenhum lado domina, muito dinheiro é gasto e o mundo inteiro agora encara a possibilidade de uma devastadora guerra nuclear.

57 Sistemas Multiagentes Dilema do Prisioneiro Dilema do prisioneiro em grid

58 Sistemas Multiagentes Planejamento com PGP Partial Global Planning Como agentes que possuem uma visão local devem se comunicar e cooperar para alcançar a solução de um problema distribuído? É desejável: Evitar retrabalho, Evitar sobrecarga ou sub-utilização dos agentes, Evitar comunicação desnecessária.

59 Sistemas Multiagentes Planejamento com PGP Organização Estrutura estática, inicializada na criação dos agentes Especificação de papéis e responsabilidades Provê uma estratégia global para solução do problema Meta-nível de organização Nós com autoridade sobre outros Nós com autoridade sobre ele Recebe planos e sugere mudanças que melhoram a coordenação. Recebe sugestão sobre alteração do seu plano e decide se deve mudar. Nós com igual nível de autoridade Troca sugestões de planos e decide se deve fazer as alterações.

60 Sistemas Multiagentes Planejamento com PGP Planejamento Estratégias para solução em longo prazo representado por planos em alto nível. Pequenas mudanças não alteram o plano. Apenas grandes mudanças da situação podem mudar a estratégia de longo prazo. Planos são ordenados e armazendos em uma agenda.

61 Sistemas Multiagentes - Teamwork Esforço cooperativo realizado por membros de um time para alcançar um objetivo comum.

62 Sistemas Multiagentes - Teamwork Domínio ilustrativo Ataque Aeronaves devem seguir até um ponto de espera enquanto dois helicópteros de escolta seguem para verificar o campo de batalha e informar a situação de ataque aos demais.

63 Sistemas Multiagentes - Teamwork Domínio ilustrativo Transporte Aeronaves escoltam transportadores de tropas para o campo de batalha.

64 Sistemas Multiagentes - Teamwork Problemas com coordenação clássica(1) Término anormal em que o comandante retorna a base sozinho, abandonando os outros membros em campo de batalha. Uma aeronave de escolta inesperadamente quebra do outro lado da montanha enquanto vasculhava a área, e o restante da equipe espera indefinidamente pela mensagem da nave de escolta. Um piloto executa as ordens iniciais antes dos outros. Ela acaba voando para o campo de batalha sozinho enquanto o restante do time continua na base. Uma aeronave de escolta, após vasculhar a área, espera indefinidamente por outros membros que quebraram ou foram atingidos. Quando a ordem inicial falha na alocação da regra de escolta para membros do time, todos esperam indefinidamente quando eles chegam no ponto de parada.

65 Sistemas Multiagentes - Teamwork Problemas com coordenação clássica(2) Instruções enviadas pelo comandante foram perdidas, porque o comandante inesperadamente enviou a mensagem enquanto os membros do time estavam ocupados com outras tarefas. Estes membros ficaram impossibilitados de executar as ações apropriadas. Enquanto contornava um veículo encontrado na rota, um helicóptero inesperadamente destruiu esse veículo, entretanto, esse agente não informou aos demais membros do time, e assim o restante da equipe continua planejando outra rota. Quando acaba munição de todos os membros da equipe, eles falham em inferir que a missão não poderia mais continuar. Dois grupos utilizam acidentalmente a mesma freqüência de rádio, levando à interferência e perda da mensagem inicial do comandante.

66 Sistemas Multiagentes - Teamwork Joint Intentions Comprometimento A junção de comprometimento Raciocínio sobre coordenação e comunicação do teamwork. monitoramento e manutenção das atividades do time. Representação explícita das atividades do time Shared Plans Definido sobre um conjunto de axiomas que guia um indivíduo a tomar ações. Usa as intenções individuais para estabelecer comprometimento de colaborador com suas atividades em conjunto.

67 Sistemas Multiagentes Exemplos de Teamwork Robocup Soccer

68 Sistemas Multiagentes Exemplos de Teamwork Robocup Rescue

69 Sistemas Multiagentes Exemplos de Teamwork Unreal Tournamet Projeto Gamebots