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Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente Rejane Frozza Prof. Dr. Luis Otávio Campos Alvares (orientador) Universidade Federal do Rio Grande.

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1 Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente Rejane Frozza Prof. Dr. Luis Otávio Campos Alvares (orientador) Universidade Federal do Rio Grande do Sul Instituto de Informática Programa de Pós-Graduação em Computação (Defesa de Tese de Doutorado)

2 Sumário 2 Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - Motivação Objetivos Problemática Coordenação Escopo Proposta para Avaliação Aplicação e Resultados Conclusões, Contribuições e Trabalhos Futuros

3 Escopo do Trabalho 3 Inteligência Artificial Sistemas Multiagentes Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - Avaliação Coordenação

4 Motivação 4 Coordenação Atividades Humanas Mas... Por que avaliar ? Para que avaliar ? Como avaliar ? Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente -

5 Problemática 5 Qual modelo/mecanismo de coordenação melhor se adapta para a solução de um problema de coordenação específico ? ? ? ? ? ? ? Avaliação

6 Objetivos fornecer critérios que auxiliem a tomada de decisão de qual modelo de coordenação utilizar em uma aplicação multiagente; fornecer critérios que possam avaliar o comportamento de um sistema coordenado. 6 apresentar uma proposta de avaliação para a coordenação, voltada aos projetistas e desenvolvedores de sistemas multiagentes; Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente -

7 Metodologia 7 Visão do conceito de coordenação Jennings [JEN 93 e 96], Malone [MAL 94], Durfee [DUR 2001] Ciancarini [CIA 2000], Huhns e Stephens [HUH 99], Ferber [FER 95] Mecanismos de coordenação Jennings [JEN 96], Lesser [LES 98], Decker [DEC 95], Ferber [FER 95] Kuwabara [KUW 95], Nagendra [NAG 97], Ossowski [OSS 99] Aplicações (modelos) Sheory [SHE 97], Liu [LIU 2000], Modi [MOD 2000], Jong [JON 97] Reis [REI 2001], Andrade [AND 2002], Yunpeng [YUN 2001], Goldberg [GOL 99], Tambe [TAM 99], Callantine [CAL 2003] Avaliação de coordenação Jong [JON 99], Barber [BAH 2000], Durfee [DUR 2001], Excelente-Toledo [EXC 2002] Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente -

8 8 Coordenação agentes necessitam informações; recursos limitados; otimização de custos ; objetivos satisfeitos. Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente -

9 9 Coordenação Capacidade dos agentes organizarem suas ações (individuais ou coletivas) para serem executadas de maneira coerente no ambiente onde co-habitam, evitando conflitos, gerenciando recursos disponíveis, explorando a tomada de decisão e chegando a resultados satisfatórios.

10 10 Mecanismos de Coordenação Organização, Planejamento e Negociação [Ossowski, 1999] Organização, Contrato, Planejamento e Negociação [Jennings e Nwana, 1996] Sincronização, Planejamento, Reatividade e Regulamentação [Ferber, 1995] Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente -

11 11 Modelos de Coordenação em algumas Aplicações Formação de Coalizão Look-Ahead Pontos Focais Comunicação de Avaliação Matriz de Ganhos GPGP Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente -

12 Quadro Comparativo 12 Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - Preditividade Adaptabilidade Controle das ações Comunicação Conflitos Troca de informações Tipo do agente Aplicações Vantagens Desvantagens Formação de coalizão Look- ahead Pontos focais Comunicação de avaliação Matriz de ganhos GPGP... Coordenação sem comunicação: matriz de ganhos, pontos focais, regras Coordenação com comunicação: informações trocadas entre os agentes Mecanismo para resolução de conflitos

13 13 Mecanismos x Modelos Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - Sincronização. Planejamento. Reativa. Regulamentação.. Look-ahead. Formação de coalizão. Pontos focais. Comunicação de avaliação. Matriz de ganhos. GPGP

14 14 Avaliação Avaliação Qualitativa Avaliação Quantitativa Avaliação Critérios tomada de decisão grau de importância Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente -

15 15 Avaliação da Coordenação Jong [JON 99] - problema da presa e do predador (Sinais de Avaliação -técnica de aprendizado por reforço) Barber [BAH 2000] - flexibilidade, custo da solução de coordenação, qualidade da solução do problema Alguns trabalhos relacionados: Durfee [DUR 2001] - população de agentes, ambiente e solução Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - Excelente [EXC 2002] - recompensa obtida pelo agente nas tarefas

16 Proposta para avaliação Análise do problema para escolha do modelo de coordenação (classificação) Coordenação Multiagente Avaliação a posteriori Características e capacidades dos agentes Características da aplicação conflitos troca de informações ambiente da aplicação tipo do agente comunicação controle das ações adaptabilidade preditividade taxa de qualidade dos resultados características da tomada de decisão características de flexibilidade taxa de sucesso na resolução de conflitos (critérios) Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 16

17 Análise do Problema (classificação) Destina-se a melhorar o processo de tomada de decisão sobre a escolha de um modelo de coordenação adequado às características do problema. São fornecidas considerações sobre a escolha de um ou outro modelo de coordenação. 17 Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente -

18 Classificação (critérios) Critérios relacionados: preditividade; adaptabilidade; controle das ações; comunicação; conflitos; troca de informação; tipo do agente; ambiente da aplicação. 18 Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente -

19 Classificação (questões) Questionário: 19 Os agentes possuem /possuirão a capacidade de prever o estado futuro do ambiente ou do comportamento/ações dos outros agentes ? ( ) sim, alguns agentes ( ) não Os agentes possuem /possuirão conhecimento das capacidades dos outros agentes ? ( ) não ( ) sim ( ) sim, todos agentes Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente -

20 Relação: questões - coordenação Ambientes dinâmicos - tomada de decisão rápida (Reatividade) Protocolo de comunicação, decisão sobre planos (Planejamento) 20 Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente -

21 Relação: questões - coordenação Comunicação precária, restrita (Pontos Focais, Matriz de Ganhos) 21 Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - Escalonamento de tarefas (Sincronização)

22 Relação: questões - coordenação Situações de Conflito (GPGP, look-ahead, formação de coalizão) 22 Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - Comunicação necessária- analisar o objetivo da comunicação

23 Proposta para avaliação 23 Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - Análise do problema para escolha do modelo de coordenação (classificação) Coordenação Multiagente Avaliação a posteriori Características e capacidades dos agentes Características da aplicação conflitos troca de informações ambiente da aplicação tipo do agente comunicação controle das ações adaptabilidade preditividade taxa de qualidade dos resultados características da tomada de decisão características de flexibilidade taxa de sucesso na resolução de conflitos (critérios)

24 Avaliação a Posteriori É aplicada sobre o mecanismo de coordenação escolhido e desenvolvido. Utilizam-se critérios para verificar o comportamento do sistema em relação à coordenação. 24 Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - São fornecidas características e dados numéricos do comportamento da coordenação.

25 Avaliação a Posteriori (critérios) Critérios propostos: taxa de qualidade dos resultados (taxa de resultados satisfatórios atingidos) características da tomada de decisão pelos agentes (capacidade dos agentes decidirem sobre as ações a serem realizadas em determinadas situações) 25 Taxa = (resultados satisfatórios/ total de simulações)*100 Número de agentes, tempo dispendido, comunicação Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente -

26 Critérios propostos: características de flexibilidade do modelo de coordenação (facilidade na incorporação/redução de agentes) taxa de sucesso na resolução de conflitos (resolução dos conflitos que surgem durante as atividades dos agentes) 26 Taxa = (conflitos resolvidos / total de conflitos)*100 Escalabilidade do método, situação imprevista Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - Avaliação a Posteriori (critérios)

27 Critérios Propostos x Trabalhos Relacionados Relacionados Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 27 Frozza Jong Barber Durfee Excelente - 6 modelos de coordenação - critérios para análise do problema - critérios a posteriori - um único modelo de coordenação - um único critério: taxa de captura da presa - avaliação sobre o modelo de coordenação desenvolvido - negociação, arbítrio, voto, auto-modificação (técnicas: resolução conflitos) - critérios: comunicação, mensagens trocadas entre agentes, tempo de CPU, tempo de tomada de decisão, qualidade da solução - agentes selecionam mecanismos de coordenação - critérios: recompensa total obtida pelo agente, número de tarefas cooperativas - não especifica modelos/mecanismos de coordenação - critérios : população de agentes (heterogeneidade, complexidade), ambiente (interações, mudanças, distributividade), solução (resultados satisfatórios)

28 Estudo de Caso - Robocup Estudo de Caso - Robocup 28 Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - Aplicação - Time UFRGS [Bagatini, 2001]

29 Coordenação - Time UFRGS Modelos de coordenação implementados Definição de esquemas táticos (jogadas) Pontos Focais (sem comunicação) Com comunicação (oferecida pelo Soccerserver) Jogada de ataque: 5 jogadores Objetivo: fazer gol 29 Classificação(questionário) Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente -

30 Esquemas táticos 30 Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente -

31 Esquemas Táticos - Características e Valores e Valores 31 Valores das Características e Descrição não é individualista longemédiapróxima não chuta bem a golchuta bem a gol não está marcado está marcado chuta malchuta bem é individualista 3 2 1Características chuta de longe marcação individualismo chute a gol distância do gol Esquema tático 1: 1,1,1,1,2 ou 3. Esquema tático 2: 2,1,2,1,1. Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente -

32 Coordenação - Pontos Focais [Fenster, 1998] 32 Coordenação sem comunicação explícita. Pontos focais = pontos de convergência. Propriedades = raridade e extremidade. Focal (esquema tático) = raridade(característica) + 0,5*extremidade(característica) Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente -

33 Coordenação – Com Comunicação 33 Tomada de decisão individual para escolha do esquema tático. Comunicação da escolha aos outros agentes. Método do vizinho mais próximo para a decisão. Protocolo de comunicação. Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente -

34 Resultados - Avaliação a Posteriori 34 critério 1: taxa de qualidade dos resultados 62% Com comunicaçãoPontos focais Resultados insatisfatórios Taxa satisfatória Resultados satisfatórios Total simulações % Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente -

35 Resultados - Avaliação a Posteriori 35 Número de gols por esquema tático Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente -

36 Resultados - Avaliação a Posteriori 36 critério 2: características da tomada de decisão Com comunicaçãoPontos focais Agentes envolvidos na tomada de decisão Total de agentes Conhecimentoesquemas táticos esquemas táticos, próprias caract. Comunicaçãosemcom Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente -

37 Resultados - Avaliação a Posteriori 37 critério 3: características de flexibilidade não afetado Com comunicaçãoPontos focais Conflitos Tempo comunicação Tomada de decisão Novos agentes sem alterações 01 podem aumentar 01 afetado sem alterações podem aumentar Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente -

38 Resultados - Avaliação a Posteriori 38 critério 4: taxa de sucesso na resolução de conflitos 48% Com comunicaçãoPontos focais Conflitos resolvidos Taxa satisfatória Conflitos surgidos (total) Total simulações % Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente -

39 39 Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - Estudo de Caso - Gerenciamento de Agendas Distribuídas [SIL 2003] Estudo de Caso - Gerenciamento de Agendas Distribuídas [SIL 2003]

40 40 Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - Modelo de Coordenação (classificação) Modelo de Coordenação (classificação) Modelo de coordenação desenvolvido Planejamento distribuído (atividades de agendamento de compromissos) Modelo de coordenação sugerido GPGP (planejamento com protocolos de comunicação e negociação)

41 41 Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - Experimentos Experimentos Agenda com compromissos locais individuais e conflitos internos Primeira Simulação Agenda com compromissos não-locais com conflitos locais Segunda Simulação Agenda com compromissos não-locais com conflitos globais Terceira Simulação

42 42 Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - Resultados - Avaliação a Posteriori Resultados - Avaliação a Posteriori critério 1: taxa de qualidade dos resultados Taxa de resultados satisfatórios = 100% Resultados satisfatórios = conflitos resolvidos Resultados insatisfatórios = compromissos cancelados

43 43 Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - Resultados - Avaliação a Posteriori Resultados - Avaliação a Posteriori critério 2: características da tomada de decisão Número total de agentes = variável; nas simulações foram usados 1 e 4 agentes Agenda. Agentes no processo de tomada de decisão = agentes que têm compromisso em comum. Conhecimento da Agenda = sua estrutura interna e as preferências do usuário. Envolve processo de negociação e comunicação.

44 44 Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - Resultados - Avaliação a Posteriori Resultados - Avaliação a Posteriori critério 3: características de flexibilidade Complexidade da agenda: carga de horários indisponíveis, horários com compromissos locais e não-locais de alta prioridade, solicitações de reuniões. Processo de negociação: número de mensagens trocadas, tempo de comunicação entre os agentes (até a marcação de um novo compromisso). Conflitos tendem a aumentar.

45 45 Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - Resultados - Avaliação a Posteriori Resultados - Avaliação a Posteriori critério 4: taxa de sucesso na resolução de conflitos Conflitos : colisões de horários. Taxa de conflitos resolvidos = 100% Conflitos resolvidos : consenso de horários.

46 Conclusões 46 Avaliação Aplicabilidade da classificação e avaliação a posteriori. Escolha de um modelo de coordenação características desejadas para a solução do problema visão do avaliador, objetivo da aplicação Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente -

47 Contribuições 47 Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - Proposta de avaliação (dois momentos) Uso da abordagem GQM Comparação entre modelos de coordenação Integração no ciclo de desenv. de sistemas Relação entre mecanismos e modelos Critérios de avaliação Avaliação: projetista/desenvolvedor de sistemas Modelos de coordenação - Time UFRGS

48 Trabalhos Futuros 48 Sistema de raciocício baseado em casos para automatizar a classificação Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - Utilizar critérios com pesos Estudo de novos modelos de coordenação Proposta de novos critérios Novos estudos de caso


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