Sistemas Multi-agente. Aula 8

Transcrição

1 Sistemas Multi-agente Luis Moniz Aula 8 Metodologias de construção

2 Software baseado em Agentes Objectivo: desenhar e construir sistemas de elevada qualidade." Desafio: complexidade de requisitos, desenho, programação, e verificação." Continua-se à procura de técnicas e de métodos que resolvam os problemas da construção de software..."

3 Escolha dos Agentes Ambiente aberto, ou pelo menos dinâmico, incerto e complexo." Quando os agentes são a metáfora apropriada." Dados, controlo ou perícia distribuídos." Sistemas herdados (Legacy systems)."

4 Aproximação por Agentes? Experiência não existem análises quantificadas da eficácia." Argumentos baseados em 10 anos de utilização de agentes para construção de aplicações no mundo real." Potencialidades das características dos agentes."

5 Porquê Agentes? Sistemas reais complexos, com as seguintes características:" hierárquicos compostos por subsistemas interrelacionados," componentes primitivas dependem do objectivo do observador," interacções dentro do subsistema são mais frequentes do que entre 2 subsistemas distintos. "

6 Visão Canónica dos Sistemas Para lidar com esta" complexidade são" usadas :" Decomposição," Abstracção," Organização."

7 Resolução com Agentes Particionar o problema decompondo-o por agentes" Abstracção dos agentes é um meio natural de " modelar sistemas complexos," identificar e gerir relações organizacionais, " lidar com as dependências e interacções que existem num sistema complexo."

8 Metodologias de Agentes Métodos formais para AOSE" Análise e Desenho Orientada a Agentes" AOSE = Agent Oriented Software Engineering"

9 Metodologias Formais Como orientar o desenvolvimento da programação de agentes? "" Especificação formal," Implementação computacional concreta," Verificação."

10 Metodologias Formais: especificação Especificar formalmente agentes capazes de representar os seguintes aspectos:" Crenças que os agentes têm sobre a informação do seu ambiente, podem estar incorrectas ou incompletas." Acções que os agentes realizam e os efeitos destas acções." Objectivos que os agentes persegue. " Interacção que os agentes têm e como os agentes interagem entre si e com o seu ambiente ao longo do tempo."

11 Metodologias Formais: Implementação Consiste em implementar a especificação numa forma computacional concreta. " Existem 2 aproximações:" Execução: executar ou animar a especificação abstracta, " Tradução ou Compilação: traduzir ou compilar a especificação usando uma técnica de tradução automática."

12 Implementação: Execução Directa TEORIA" Tratar a especificação como executável e interpretá-la directamente de modo a gerar o comportamento do agente." Interpretação: pode ser vista como uma prova de satisfação, onde se demonstra que a especificação é satisfatória para construir um modelo para ela." A construção do modelo pode ser vista como a execução da especificação." PRÁTICA" Exemplo: Linguagem Current MetateM - os agentes são programados dando uma especificação em lógica temporal do comportamento que devem exibir." Os modelos para a lógica temporal em que os agentes são especificados na linguagem MetateM são sequências lineares de estados e a execução da especificação do agente consiste na construção da sequência dos estados."

13 Implementação: Compilação A especificação abstracta é transformada num modelo computacional concreto através de um processo de síntese automático."

14 Implementação: Compilação (2) Vantagens" maior velocidade na execução em tempo real." Desvantagens" A computação feita off-line (na compilação) torna-se custosa." Os sistemas gerados desta forma podem não dispor de capacidade de aprendizagem (não adaptam o seu programa em runtime)." Tal como com a execução directa, as abordagens de especificação de agentes tendem a não ter uma interpretação computacional concreta, tornando a síntese impossível."

15 Análise e Desenho Orientado a Agentes As metodologias podem ser divididas em 2 grupos:" Inspirados no ambiente de desenvolvimento orientado a objectos, estendendo as metodologias ou adaptando-as para propósitos AOSE (AAII, GAIA, AUML, PROMETHEUS, MESSAGE)." Adaptados da Engenharia do Conhecimento ou outras técnicas (DESIRE, Cassiopeia, Agentes em Z, INGENIAS)." Desenvolvidas a partir de KE + AOSE (MAS-CommonKADS)"

16 Metodologias Inspiradas no ambiente de desenvolvimento orientado a objectos.

17 AAII (Australian AI Institute) Object-Oriented extendida com noções de agentes." Oferece modelos internos e externos:" Modelo Externo: ao nível do sistema, os componentes principais são os agentes e as suas relações. Contém:" Modelo de agentes" Modelo de interacção " Modelo Interno: descreve os agentes, as crenças, desejos e intenções - semelhante a implementar um agente PRS (sistema usado para o exemplo de simulação do aeroporto de Sidney). (Kinny et al)"

18 Metodologia AAII

19 Metodologia AAII Metodologia" Identificar papeis no domínio da aplicação e desenvolver uma hierarquia de classes de agentes com base nestes." Identificar responsabilidades associadas a cada papel, serviços prestados e requeridos pelo papel e determinar os objectivos associados a cada serviço." Para cada objectivo, determinar planos condições de contexto por plano para o atingir." Determinar a estrutura de crenças do sistema e os requisitos de informação para cada plano e objectivo." Análise iterativa" Resultado: modelo com correspondência na arquitectura PRS"

20 AAII Modelo dos Agentes Baseado no diagrama de classes de UML" Tipos e instâncias" Conjuntos de crenças, conjunto de objectivos" Conjunto inicial de crenças e conjunto inicial de objectivos"

21 AAII Modelo de objectivos Expressos com predicados em Lógica de 1ª ordem com operadores modais (achieve(x), test(x), verify(x))." Directamente ligados às crenças. " 3 tipos:" Achievement goals " Test goals " Verify goals "

22 AAII Modelo de Planos Plano = Nós + Transições" 3 tipos de nós" Nós de inicio" Nós internos" Nós finais (sucesso, falha)" As transições são originadas por um evento ou se uma dada condição for satisfeita. "

23 AAII Conclusões Baseada na construção de agentes deliberativos." Centrada na arquitectura PRS." Distinção entre modelo externo e interno."

24 Metodologia GAIA Metodologia" Obtém-se o desenho do sistema a partir de uma série de requisitos escritos." Baseados em terminologia e notações orientadas a objectos, mas oferece um suporte um conjunto de conceitos de agentes para o desenvolvimento de um sistema complexo." A aproximação para a construção de desenho deve ser semelhante à de o desenho de uma organização." (Wooldridge et al)"

25 Metodologia GAIA Metodologia" Obtém-se o desenho do sistema a partir de uma série de requisitos escritos." Baseados em terminologia e notações orientadas a objectos, mas oferece um suporte um conjunto de conceitos de agentes para o desenvolvimento de um sistema complexo." A aproximação para a construção de desenho deve ser semelhante à de o desenho de uma organização." (Wooldridge et al)"

26 Metodologia GAIA Conjunto de Requisitos" Análise" Desenho" Implementação"

27 Metodologia GAIA

28 Metodologia GAIA

29 Metodologia GAIA

30 Metodologia GAIA Conceitos Abstractos:" Papéis (roles) " Permissões (Premissions)" Responsabilidades" Protocolos" Actividades" Propriedades de liveness" Propriedades de segurança" Conceitos Concretos" Tipos de agentes" Serviços" Acquaintances "

31 Modelos GAIA

32 Metodologia GAIA Exemplo:" Capturar a organização Federação Portuguesa de Futebol," Tem uma coleção de papéis, tais como selecionador nacional, jogador, médico, etc " Estes papeis são instanciados a indivíduos, por exemplo, Fernando Santos assume o papel de selecionador nacional, Cristiano Ronaldo assume o papel de jogador," No entanto: A instanciação não é estática! Por exemplo: José Mourinho assume o papel de selecionador nacional," Vários indivíduos podem assumir o mesmo papel, por exemplo, Cristiano Ronaldo e Nani assumem o papel jogador," Um indivíduo pode assumir vários papeis, por exemplo, Fernando Silva assume o papel de presidente e o papel de vítima de conspiração."

33 Metodologia GAIA Exemplo:" Responsabilidades do papel seleccionador nacional - ex: guiar equipa no campeonato," propriedades liveness: asseguram que algo positivo acontece - a selecção vai à frente no campeonato," propriedades safety: asseguram que nada de negativo acontece - garantir que a equipa se mantém no campeonato." Para cumprir as responsabilidades o papel seleccionador nacional tem: " conjunto de permissões: por exemplo, ter acesso a informação sobre a condição física dos jogadores," actividades privadas: são actividades sem a interacção dos outros papeis, por exemplo, definir uma estratégia de jogo," protocolos: formas de interagir com os outros papeis, por exemplo, dar ordens, conselhos aos jogadores."

34 Linguagem Agente UML (AUML) Estender a linguagem UML para representar os agentes, incluindo:" Baseia-se numa ferramenta conhecida dos engenheiros de programação, o UML." Suporte para expressar as threads concorrentes de interacção permitindo ao UML modelar os protocolos de agentes do tipo Contract Net." Uma noção de papel que extende a existente no UML e, em particular, permite a modelação de um agente que desempenha vários papeis." Aguardam-se novos desenvolvimentos pois o Object Management Group (OMG) e a FIPA estão a suportar do desenvolvimento de notações UML para modelar sistemas de agentes (Odell et al)."

35 Prometheus A metodologia Prometheus define um processo detalhado para especificar, desenhar, implementar, e testar/corrigir sistemas de software baseados em agentes." Ao longo do processo são criados vários artefactos de diferentes tipos (gráficos e texto)."

36 Prometheus Metodologia em quatro passos:" Especificação do sistema" Identificação de objectivos e funções básicas do sistema." Percepções e acções" Desenho da arquitectura" Identificar o tipo de agentes e as formas de interacção" Desenho detalhado" Especificação e desenho da estrutura interna dos agentes" Implementação"

37 Prometheus

38 Passos Especificação do Sistema" Identificar os objectivos" Construir cenários de casos de uso" Indentificar funcionalidades" Especificar a ligação entre o sistema e o ambiente (acção-percepção)" Desenho da Arquitectura" Definir os tipos de agentes" Obter um diagrama geral do sistema" Descrever o comportamento dinamico do sistema" Desenho detalhado do Sistema" Refinamento dos agentes em termos de capacidades" Especificação dos processos" Definição dos planos de acordos com as capacidades dos agentes"

39 Algumas notas Não seguir estritamente a metodologia" O Prometheus deve ser encarado como linhas mestras para seguir a análise do sistema e não algo formal a seguir" Abordagem Iterativa" Rever todas as decisões de desenho anteriormente tomadas" Quando usar os agentes?" Determinar as componentes do sistema a serem abordadas numa perspectiva AOSE e aquelas que que devem seguir outra orientação - definir a integração de ambas"

40 Metodologias Adaptados da Engenharia do Conhecimento ou outras técnicas

41 Framework DESIRE Framework para o desenho e especificação formal de" sistemas compostos (Treur et al). " Tem notação gráfica para a especificação e está associado a um editor gráfico para suportar o desenvolvimento dos sistemas."

42 Metodologia Cassiopeia Por oposição à GAIA e à metodologia AAII, a Cassiopeia tem uma natureza bottom up. Essencialmente, com o método Cassiopeia, inicia-se nos comportamentos desejados para realizar uma tarefa." Metodologia (Collinot et al ):" Identificar os comportamentos elementares implicados pela tarefa do sistema." Identificar as relações entre os comportamentos elementares." Identificar os comportamentos organizacionais do sistema, por exemplo, a forma como os agentes formam grupos." Foi desenvolvido um exemplo para o RoboCup."

43 Agentes em Z 4 camadas (Luck e d Inverno):" Entidades objectos inanimados" Objectos Entidades com capacidades (mesa suporta coisas)" Agentes Objectos com objectivos e activos" Agentes autónomos Agentes com motivação" Observaram que há uma relação natural entre a sua framework de especificação hierárquica de agentes e os sistemas OO:" Herança e Agregação/Inclusão" Ideia fulcral: agentes que actuam para outros, em vez de agentes como sistemas racionais."

44 MAS-CommonKADS Desenvolvida extendendo o CommonKADS para sistemas multiagente recorrendo a conceitos e artefactos de OOSE" Define uma metodologia assente no desenvolvimento de vários modelos "

45 CommonKADS

46 MAS-CommonKADS Coordination Model

47 Aplicação Desenvolvimento de cada um dos diferentes modelos" Abordagem orientada ao desenho de componentes redução de factores de risco." IGENIAS"

48 Metodologias Outras

49 Metodologias e Ferramentas Associar uma metodologia de desenvolvimento e uma ferramenta de suporte" MaSE (Multi-agent systems Software Engineering) + AgentTool" ZEUS" AgentSpeak + Jason" MESSAGE" JaCaMo Jason + Cartago + Moise"

50 Comparação

51 Os Prós dos Agentes Classes de aplicações específicas aproximação por agentes pode melhorar o processo de desenvolvimento de Engenharia de Software." Modelos expressam realidade organizacional: interacções, thread de controlo independente, protocolos de coordenação." Visão Dinâmica dos sistemas e adaptabilidade dos agentes a novos papéis." Melhorar as práticas estado da arte da Engenharia de Software." Alargar o número de aplicações cuja complexidade pode ser ultrapassada."

52 ... e os Contras Confundir Marketing com concretização e aplicabilidade dos agentes." Silver bullet acreditar que com agentes o alvo nunca é falhado." Incapacidade para avaliar potencialidades dos agentes." Esquecer que se está a desenvolver software e que a experiência tem de ser adquirida." Esquecer que o sistema é multi-threaded e tem a complexidade clássica da execução concorrente e distribuída." Natureza do Problema se for de execução única, não devem ser usados agentes." Desenhar nova arquitectura para o problema deve-se estudar as arquitecturas já existentes." Demasiada IA sem benefícios para a solução final."

53 e as metodologias Problema Quando usar?" Como usar?" Qual usar?" V a l i d a ç ã o Metodologia Ferramenta Aplicação

54 Referências Michael Wooldridge, Paolo Ciarcarini: Agent Oriented Software Engineering: The State of The Art. " Nicholas R. Jennings and Michael Wooldridge: Agent Oriented Software Engineering." Michael Wooldridge, Nicholas R. Jennings and David Kinny: A Methodology for Agent-Oriented Analysis and Design." Lin Padgham, Michael Winikoff: Developing Intelligent Agent Systems."

55 AAII Modelo de crenças