An Automatic Approach to Generate Rules from Norms to Govern the Behavior of Agents Autor: Viviane Torres Silva Departamento de Sistemas Informáticos y.

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1 An Automatic Approach to Generate Rules from Norms to Govern the Behavior of Agents Autor: Viviane Torres Silva Departamento de Sistemas Informáticos y Comptuación – UCM, Spain, Madrid viviane@fdi.ucm.es

2  Normas Permissões Proibições Obrigações  Proposta Uma linguagem de especificação de normas (estendida) Usar regras de produção para implementar as normas (JESS) Usar uma aplicação de tradução automática de linguagens (TXL)

3  [GARCIA-CAMINO] Propõe uma linguagem de especificação de normas Suporta ações de diálogo (dialogical actions) Conjunto de punições e recompensas limitado Não há dependência entre normas Não definiu um método de tradução da especificação para regras de produção

4  Proposta Estender a linguagem BNF de [GARCIA- CAMINO] Permitir normas para ações não dialogais (non- dialogical actions) Permitir dependência entre normas Permitir normas com condições e situações temporais Definir quem faz as punições e as recompensas

5  Jogo de futebol O jogo em si é uma organização Papéis:  Árbitro  (inicia, termina, checa equipamento, puni)  Treinador  (substituir os jogadores)  Jogador Normal (kicker)  (kick the ball, handle the ball)  Goleiro  (kick the ball, handle the ball)

6  Norm 1: The referee must check the players’ equipment before starting the game. Punishment: The referee is fired and substituted by the second referee by the referees’ syndicate. Reward: The referee’s reputation is increased.  Norm 2: A coach cannot substitute more than three players in the same game. Punishment: The referee sends off the coach.  Norm 3: The referee must send off a coach if (s)he has substituted more than three players in the same game. Norm 3 is activated when norm 2 is violated. Punishment: The referee’s reputation is decreased.

7  Norm 4: Players cannot leave the playing field during the game. Punishments: The first time, the player receives a yellow card from the referee. The second time, the player is sent off the game by the referee.  Norm 5: The referee must show a yellow card to a player after (s)he has left the field for the first time. Norm 5 is activated when norm 4 is violated for the first time. Punishment: The referee’s reputation is decreased.  Norm 6: The referee must send off a player after (s)he has left the field for the second time. Norm 6 is activated when norm 4 is violated for the second time. Punishment: The referee is fired and substituted by the second referee by the referees’ syndicate. Punishment: The referee’s reputation is decreased.

8  Norm 7: Kickers cannot handle the ball. Punishment: The referee declares a penalty.  Norm 8: The referee must declare a penalty if a kicker handles the ball. Norm 8 is activated when norm 7 is violated. Punishment: The referee is fired and substituted by the second referee by the referees’ syndicate.  Norm 9: The goalkeeper is allowed to handle the ball.  Norm 10: The referee is only allowed to stop the game 1h and 30 min after the game has started. Punishment: The referee’ reputation is decreased.

9  Ações Dialogais: ocorre quando um agente se comunica com outro através de uma mensagem explícita  Ex. Iniciar / Parar a partida Não Dialogais: Ocorre quando um agente executa não relacionada a interação via mensagens.  Modificar ambiente  Ex. Chutar ou pegar a bola

10  A linguagem de Garcia-Camino não suporta ações não-dialogais É preciso especificar uma nova regra da linguagem:  ::= |  ::= | ‘EXECUTE’ | ’:’ ‘EXECUTE’ | ‘EXECUTE’ |’ALL EXECUTE’

11  ::= | ’.’ ’(‘ ’) ’ ’(‘ ’)’ | : ‘(’ ’)’’(‘<contract’ )’  Exemplo goalKeeperHandBall PERMISSION {(goalKeeper EXECUTE play:handleBall () (;;) ) }

12  Para permitir abstrair comportamento de métodos/planos durante a verificação de uma norma, assim como inferir sobre o comportamento dos agentes para gerir as normas, sugere-se o uso de contratos (contracts) e a linguagem OCL (Object Constraint Language) Specifying Norm 2: substitutePlyer FORBIDDEN {( coach EXECUTE managingTeam:SubstitutePlayer (outPlayer,inPlayer,team) ( ::team.coach = coach; ::team.substitutions = ::team.substitutions@PRE+1 AND ::team.playersInField->excludes(outPlayer) AND ::team.playersInField->includes(inPlayer); ) IF ::team.substitutions >= 3 ) (PUNISHMENT: referee PUNISHES UTTER(game;si;CAUTION(S:;SR:referee;R:_;RR:coach [RT:_;CO: sendOff ;LA:_;EN:_;ON: soccerGame ;PR:_;ID:_;RW:_;IR:_;RB:_])) ) }

13  ::= BEFORE | AFTER | BETWEEN '(' ',' ')‘  Specifying Norm 5: yellowCard OBLIGED {( UTTER(game;si; CAUTION (S:;SR:referee;R:_;RR:kicker [RT:_;CO:yellowCard;LA:_;EN:_;ON:soccerGame;P R:_;ID:_;RW:_;IR:_;RB:_])) AFTER ( kicker EXECUTE moving:LeaveField() (::agent.position@PRE=inField;;::agent.position<>inFi eld) ) IF ::kicker.yellowCard = false ) (PUNISHMENT: refereeSyndicate PUNISHES ::referee.reputation = ::referee.reputation@PRE-1) }

14  ::= | 'NOT'  Specifying Norm 8: penalty OBLIGED {(UTTER(game; si; PENALTY(S:z;SR:referee;R:kickerTeam;RR:_ [RT:_;CO:penalty;LA:_;EN:_;ON:soccerGame;PR:_;ID:_;RW:_ ;IR:_;RB:_])) IF kicker EXECUTE play:handleBall ()(;;)) (PUNISHMENT: refereeSyndicate PUNISHES refereeSyndicate EXECUTE managingReferees:FireReferee(game,referee)(;;) ) (PUNISHMENT: refereeSyndicate PUNISHES refereeSyndicate EXECUTE managingReferees:ContractReferee(game)(;;)) }

15  A violação, contemplação, ativação ou desativação de uma norma pode ativar outra norma Proibir atividades para sanar uma norma violada ou punir o infrator Permitir atividades para premiar o agente que cumpriu com uma norma

16  Relação de punição/recomensa: Specifying Norm 2: substitutePlyer FORBIDDEN {( coach EXECUTE managingTeam:SubstitutePlayer (outPlayer,inPlayer,team) ( ::team.coach = coach; ::team.substitutions = ::team.substitutions@PRE+1 AND ::team.playersInField->excludes(outPlayer) AND ::team.playersInField->includes(inPlayer); ) IF ::team.substitutions >= 3 ) (PUNISHMENT: referee PUNISHES UTTER(game;si;CAUTION(S:;SR:referee;R:_;RR:coach [RT:_;CO: sendOff ;LA:_;EN:_;ON: soccerGame ;PR:_;ID:_;RW:_;IR:_;RB:_])) ) }

17  Relação de ativação, desativação, violação ou contemplação  Specifying Norm 6:

18 norm6 OBLIGED { ( UTTER(game;si;CAUTION(S:;SR:referee;R:_;RR:kicker [RT:_;CO:sendOff;LA:_;EN:_;ON:soccerGame;PR:_;ID:_;RW:_;IR:_;RB:_])) BETWEEN ( ::kicker.yellowCard = true, 2 MINUTES OF kicker EXECUTE play:handleBall ()(;;) ) IF VIOLATED norm4 FORBIDDEN { ( kicker EXECUTE moving:LeaveField () ( ::agent.position@PRE=inField; ::agent.position<>inField; ) BETWEEN ( UTTER(game; si; INFORM(S:;SR:referee;R:_;RR:_ [RT:_;CO:gameStart;LA:_;EN:_;ON:_;PR:_;ID:_;RW:_;IR:_;RB:_])), UTTER(game; si; INFORM(S:;SR:referee;R:_;RR:_ [RT:_;CO:gameStop;LA:_;EN:_;ON:_;PR:_;ID:_;RW:_;IR:_;RB:_])) ) ) (PUNISHMENT: IF ::kicker.yellowCard = false referee PUNISHES UTTER(game;si;CAUTION(S:;SR:referee;R:_;RR:kicker [RT:_;CO:yellowCard;LA:_;EN:_;ON:soccerGame;PR:_;ID:_;RW:_;IR:_;RB:_])) ) (PUNISHMENT: IF ::kicker.yellowCard = true referee PUNISHES UTTER(game;si;CAUTION(S:;SR:referee;R:_;RR:kicker [RT:_;CO:sendOff;LA:_;EN:_;ON:soccerGame;PR:_;ID:_;RW:_;IR:_;RB:_])) ) } AND ::kicker.yellowCard = true ) (PUNISHMENT: refereeSyndicate PUNISHES refereeSyndicate EXECUTE managingReferees:FireReferee(game,referee)(;;) ) (PUNISHMENT: refereeSyndicate PUNISHES refereeSyndicate EXECUTE managingReferees:ContractReferee(game)(;;) ) }

19  Adições: Omissão do agente ou papel que envia/recebe a mensagem Uso da linguagem ACL para especificar as mensagens

20  Como? Transformar as normas especificadas na linguagem proposta em regras de produção legíveis por um motor de inferência  JESS: www.jessrules.comwww.jessrules.com  Fatos são atributos observáveis e ações executadas pelos agentes,além da informação das normas ativadas, desativadas, violadas ou contempladas

21  É possível especificar uma norma com 4 regras Rule i: Ativa uma norma Rule ii: Desativa uma norma Rule iii: recompensa um agente que tenha contemplado uma norma  Obrigações -> quando executa a ação  Proibições -> quando não executa a ação até a desativação da norma  Permissões -> não é usualmente recompensado Rule iv: Puni um agente que tenha violado a norma

22  Propõe o uso de TXL (http://www.txl.ca) para a tradução das regras da linguagem normativa para regras do JESShttp://www.txl.ca Norm-independent rules Norm-dependent rules

23  Simples obrigação, proibição ou permissão (sem condição ou condição temporal) Nunca são desativadas (- rule(ii) )  Obrigação e permissão Somente rule(i) e rule(iii) são necessárias Não é possível puní-las (pois não há um deadline)  Proibição Somente rule(i) e rule(iv) são necessárias Não é possível recomensá-las (pois não há um deadline)

24 Implementing Norm 7: ;(rule i) (defrule handleBall_rule_i ?agents (foreach ?agent (list ?agents) (assert (FORBIDDEN-non-dialogical-action-plan (entity (fact-slot-value ?agent agents)) (role kicker) (plan play) (action handleBall)(attribs "_ ") (contract-pre "_ ") (contract-post "_ ") (contract-inv "_ ") (punishment "string de punição") (condition "_ ") (status ACTIVATED))) )

25 ;(rule iv) (defrule handleBall_rule_iv ?currentTime <- (currentTime) ?forbidden <- (FORBIDDEN-non-dialogical-action-plan (plan play) (action handleBall)(attribs "_ ") (contract-pre "_ ") (contract-post "_ ") (contract-inv "_ ") (punishment "string de punição") (condition "_ ") (status ACTIVATED)) ?factViolatingNorm <- (non-dialogical-action-plan (plan play) (action handleBall)(attribs "_ ") (contract-pre "_ ") (contract-post "_ ") (contract-inv "_ ")) => (if (= (fact-slot-value ?factViolatingNorm role) (fact-slot-value ?forbidden role)) then (assert (NormStatus_per_Agent (agent (fact-slot-value ?factViolatingNorm entity)) (norm (fact-id ?forbidden))(status VIOLATED) (reason (fact-id ?factViolatingNorm)))) (assert (PUNISHMENT (norm (fact-id ?forbidden)) (authority referee) (punishedAgent (fact-slot-value ?factViolatingNorm entity)) (punishment "string de punição"))) ) )

26  Obrigações onde X deve executar antes de W ocorrer  Deve-se definir as 4 rules Rule(i): Ativa a obrigação de executar X Rule(ii): Desativa a obligação de executar X quando W ocorrer Rule(iii): Detecta o cumprimento da obrigação e gera a recompensa Rule(iv): Detecta a violação e gera a violação caso X não seja executada até W ocorrer

27 Norm 1 ;(rule i) (defrule checkEquipment_rule_i => (assert (OBLIGED-non-dialogical-action-plan (entity referee) (plan managingGame) (action checkEquipment) (attribs "_ players ") (contract-pre "_ ") (contract-post "_ ") (contract-inv "_ ") (punishment "_ refereeSyndicate PUNISHES refereeSyndicate EXECUTE managingReferees : FireReferee (game, referee) (;;) ") (punishment "_ refereeSyndicate PUNISHES refereeSyndicate EXECUTE managingReferees : ContractReferee (game) (;;) ") (reward "_ refereeSyndicate REWARDS : referee.reputation = : referee.reputation @ PRE + 1 “) (condition "_ BEFORE (UTTER (game; si; INFORM (S :; SR : referee; R : _; RR : _ [RT : _; CO : gameStart; LA : _; EN: _; ON : _; PR : _; ID : _; RW : _; IR: _; RB : _]))) ") (status ACTIVATED))) )

28 ;(rule ii) (defrule checkEquipment_rule_ii ?currentTime <- (currentTime) ?obliged <- (OBLIGED-non-dialogical-action-plan (plan managingGame) (action checkEquipment)(attribs "_ players ") (contract-pre "_ ") (contract-post "_ ") (contract-inv "_ ") (punishment "_ refereeSyndicate PUNISHES refereeSyndicate EXECUTE managingReferees : FireReferee (game, referee) (;;) ") (punishment "_ refereeSyndicate PUNISHES refereeSyndicate EXECUTE managingReferees : ContractReferee (game) (;;) ") (reward "_ refereeSyndicate REWARDS : referee.reputation = : referee.reputation @ PRE + 1 ") (condition "_ BEFORE (UTTER (game; si; INFORM (S :; SR : referee; R : _; RR: _ [RT : _; CO : gameStart; LA : _; EN: _; ON : _; PR : _; ID : _; RW : _; IR :_; RB : _]))) ") (status ACTIVATED)) ?factDeactivatingNorm <- (dialogical-action (scene game) (state si) (performative INFORM)(sRole referee) (receiver _) (rRole _)(reply-to _) (content gameStart) (language _) (encode _) (ontology _) (protocol _)(conversation-id _) (reply-with _) (in-reply-to _) (reply-by _)) => (modify ?obliged (status DEACTIVATED)) )

29 ;(rule iii) (defrule checkEquipment_rule_iii ?currentTime <- (currentTime) ?obliged <- (OBLIGED-non-dialogical-action-plan (plan managingGame) (action checkEquipment)(attribs "_ players ") (contract-pre "_ ") (contract-post "_ ") (contract-inv "_ ") (punishment "_ refereeSyndicate PUNISHES...") (reward "_ refereeSyndicate REWARDS...) (status ACTIVATED)) ?factFulfillingNorm <- (non-dialogical-action-plan (plan managingGame) (action checkEquipment) (attribs "_ players ") (contract-pre "_ ") (contract-post "_ ") (contract-inv "_ ")) => (if (= (fact-slot-value ?factFulfillingNorm entity) (fact-slot-value ?obliged entity)) then (assert (NormStatus_per_Agent (norm (fact-id ?obliged)) (agent (fact-slot-value ?factFulfillingNorm entity)) (status FULFILLED) (reason (fact-id ?factFulfillingNorm)))) (assert (REWARD (norm (fact-id ?forbidden)) (promoter refereeSyndicate) (rewardedAgent (fact-slot-value ?factFulfillingNorm entity)) (reward "_ : referee.reputation = : referee.reputation @ PRE + 1 "))) ))

30 ;(rule iv) (defrule checkEquipment_rule_iv ?currentTime <- (currentTime) ?obliged <- (OBLIGED-non-dialogical-action-plan (plan managingGame) (action checkEquipment)(attribs "_ players... (status DEACTIVATED)) => (foreach ?agent (list ?agents) (bind ?result (assert (NormStatus_per_Agent (agent (fact-slot-value ?agent agents)) (norm ?obliged)(status FULFILLMENT)))) (try (= false ?result) ; the agent has fulfilled the norm catch (modify ?result (status VIOLATED)) (assert (PUNISHMENT (norm (fact-id ?forbidden)) (authority refereeSyndicate) (punishedAgent (fact-slot-value ?factViolatingNorm entity)) (punishment "_ refereeSyndicate EXECUTE managingReferees : FireReferee (game, referee) (;;) "))) (assert (PUNISHMENT (norm (fact-id ?forbidden)) (authority refereeSyndicate) (punishedAgent (fact-slot-value ?factViolatingNorm entity)) (punishment "_ refereeSyndicate EXECUTE managingReferees : ContractReferee (game) (;;) "))) )) )

31  Normas regulando ações que ocorrem depois de um fato (permissão) Rule(i) Ativa X (permissão) quando Y ocorrer Rule(ii) Inicia como inativa Rule(iii) Não definida Rule(iv) Detecta quando a ação foi executada enquanto X estava inativa Exemplo Norma 10

32  Rule(i) Se ?agente é o juiz e ?tempo é o tempo atual Então  Se agora = ?tempo então ative a Norma 10  Rule(ii) Se ?agente é o juiz e ?tempo é o tempo inicial de jogo Então  desative a norma

33  Rule (iv) Se  ?tempo é o tempo atual  ?proibição é a permissão de finalizar a partida desativada  ?fatoViolador = mensagem de parar o jogo  Então Se ?fatoViolador.papel == ?probição então  Agente que mandou parar o jogo violou a norma  Punição: Sindicato dos juízes deve punir o ?fatorViolador.entidade

34  Normas que regulam ações entre ocorrência de dois fatos  Obrigação Rule(i) ativa a obrigação X quando Y ocorrer Rule(ii) desativa a obligação X quando estiver ativada e W ocorrer Rule(iii) verifica o cumprimento de X e gera a recompensa quando X estiver ativada Rule(iv) verifica a violação e gera a punição quando Y e W ocorrerem e X não foi efetuada

35  Permissão Rule(i) Ativa X quando Y ocorrer Rule(ii) Desativa X quando X estiver ativa e W ocorrer Rule(iii) Gera a recompensa quando W ocorrer Rule(iv) Verifica a execução de X e W já ocorreu Rule(v) Verifica a execução de X e Y não ocorreu

36  Proibição Rule(i) Ativa X quando Y ocorrer Rule(ii) Desativa X quando X estiver ativa e W ocorrer Rule(iii) Verifica se X não ocorreu e gera a recompensa quando W ocorrer Rule(iv) Verifica a execução de X e W ocorreu Rule(v) Verifica a execução de X e Y não ocorreu

37  Norma 4 (proibição)  Rule (i) Se  ?fatoAtivandoNorma é juiz manda mensagem de iniciar a partida Então  Ative norma 4

38  Rule(ii) Se  ?tempoAtual é o tempoAtual  ?proibição é a norma 4 ativada  ?fatoDesativador é juiz enviar uma mensagem de parar a partida Então  Desativar Norma 4

39  Rule(iii) Se  ?tempoAtual é o tempo atual  ?proibição é norma 4 desativada Então  Para todos os agentes ‘a’, ‘a’ contemplou a norma 4 (foreach ?agent (list ?agents) (bind ?result (assert (NormStatus_per_Agent (agent (fact-slot-value ?agent agents)) (norm ?forbidden)(status FULFILLED)))) (try (= false ?result) catch )))

40  Rule(iv) Se  ?tempoAtual é o tempo atual  ?proibição é a norma 4 ativada  ?fatoViolador é o plano de deixar o campo Então  Se ?fatoViolador.entidade é igual a ?proibição.entidade  ?fatoViolador.entidade violou a ?proibição (norma 4)  O juiz deve punir o violador enviando para ele a mensagem de cartão amarelo  O juiz deve punir o violador enviando uma mensagem de expulsão (???)

41  Bloqueio entre duas normas (uma norma se ativa devido a ativação / desativação / cumprimento / violação de outra norma)  Abordagens: Incluir a ativação da norma B nos eventos da norma A Criar regras separadas para a Norma A que é ativada por eventos da norma B

42  Norma 2 Rule(iv)  Se  ?tempoAtual é o tempo atual  ?fato são as substituições  ?ação é a ação de substituir um jogador do treinador  ?proibição é a norma 2  Então  Se o time proibido for o time que realizou ?ação  Quem realizou ?ação violou ?proibição (norma 2)  Juiz deve enviar para fora quem violou ?proibição  Ativa a norma 4 (obriga ao juiz a expulsar o treinador que infligiu a norma 2)

43  Pode-se usar Jess como um sistema de governança numa perspectiva de sistema  Agentes devem conhecer as regras das normas assim como o estado de violação delas para poder inferir suas ações Dada a centralização desta informação na base de dados do Jess, como determinar a privacidade desta informação?

44  Jess foi escolhido devido a facilidades na perspectiva de Eng. de Software Facilmente integrável a implementações de SMA. A maioria delas é feita em JAVA JESS é parte do FIPA-OS (uma implementação Open Source do FIPA standards JESS é integrável com JADE

45  Não é possível definir algumas rules para algumas normas  Algumas normas não podem ser definidas (suas rules) Uma obrigação sem condições não permite checagem de sua violação Uma obrigação condicionada por um “depois” (after)

46  Dificuldade de representar situações não realizadas Norma: Execute A se B não foi executado  Como saber se B foi executado se não há informação nenhuma na base de dados sobre eventos não ocorridos?  Atribuir uma norma a grupo de agentes  Relacionar uma situação normalizada com momentos de execução de uma ação O agente envia ao Jess o momento da execução da ação

47  O nome de uma regra é único Cada norma possui ~4 regras O sistema de tradução não garante esta característica  Muitos não-terminais podem estar vazios, exigindo a definição de duas regras Uso de um valor default para não terminais nulos (‘_’)  Regras geradas automaticamente são maiores que as geradas manualmente

48  Violações consecutivas de uma norma poderiam permitir punições diferentes Não é tratado pelo tradutor automático  Não é possível criar normas ativadas antes/depois da realização de mais de uma ação (Ex. Norma X é ativada depois de A e B ocorrerem)