Agentes Inteligentes e Sistemas Multi-agente (UD7 e UD10) Interacção, Negociação e Cooperação entre Agentes.

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1 Agentes Inteligentes e Sistemas Multi-agente (UD7 e UD10) Interacção, Negociação e Cooperação entre Agentes

2 Problemas a resolver 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? 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?

3 Problemas a resolver  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?  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?

4 Sistema multi-agente

5 Como estudar as cooperação entre agentes Como estudar as cooperação entre 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  O comportamento do ambiente é dado por uma função de transformação de estado: τ : Ac i x Ac j -> R

6 Cooperação: Utilidades e Perferências  Vamos assumir a situação mais simples em que os agentes têm dois tipos de acção: C (cooperar) e D (não cooperar)  Os agentes decidem que acção executar baseando-se em utilidades e preferências  Agentes têm interesses próprios ditados pelos seus desejos (levando a utilidades e preferências).  Uma função de utilidade é uma função dos resultados (estados do mundo) em valores reais (que dão os valores de uma dada acção).

7 Exemplos de Funções de Transformação dos estados Função de transformação: τ(Aagentei,Aagentej) = ωk (estado do mundo) 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- ωi- estados do mundo) 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 (segundo agente) sendo controlado por ele)

8 Cooperação: Acções Racionais Cada um dos agentes decide o que fazer tendo em conta as suas funções de utilidade.  u i (ω1 ) = 1 u i (ω2 ) = 1 u i (ω3) = 4 u i (ω4 ) = 4  u j (ω1 ) = 1 u j (ω2 ) = 4 u j (ω3) = 1 u j (ω4 ) = 4 Considerando que:  u i (D,D) = 1 u i (D,C) = 1 u i (C,D) = 4 u i (C,C) = 4  uj (D,D) = 1 uj (D,C) = 4 uj (C,D) = 1 uj (C,C) = 4 Ou seja o agente i tem as seguintes preferências: C,C ≿i C,D ≿i D,C ≿i D,D Que acção escolher se fossemos o agente i?

9 Cooperação: Matriz de “payoff Cooperação: Matriz de “payoff ” E se as utilidades tivessem os seguintes valores?  u i (D,D) = 4 u i (D,C) = 4 u i (C,D) = 1 u i (C,C) = 1  uj (D,D) =4 uj (D,C) = 1 uj (C,D) = 4 uj (C,C) = 1 As preferências do agente são: D,D ≿i D,C ≿i C,D ≿i C,C i não coopera i coopera j não coopera 4 1 4 j coopera 4 1 “Payoff matrix”

10 Estratégias Dominantes Dominância Dois conjuntos Ω1 e Ω2. Diz-se que Ω1 domina Ω2 se cada resultado de Ω1 é preferido por i sobre cada resultado de Ω2. Ω = { ω1, ω2, ω3, ω4} ω1 ≿i ω2 ≿i ω3 ≿i ω4 Ω1 = { ω1, ω2} Ω2 = { ω3, ω4}

11 “Nash Equilibrium” Duas estratégias s1 e s2 estão em equilíbrio de Nash se : Se o agente i segue s1, o agente j não pode fazer melhor do que seguir a estratégia s2 Se o agente j segue a estratégia s2 o agente i não pode fazer melhor do que seguir a estratégia s1.  Esta forma de equilibrio é importante na medida que garante que os agentes se agrupam em torno de um conjunto de estratégias, e nenhum dos agentes deve querer afastar-se do ponto de equilibrio. No entanto: Nem todos os cenários de interação entre agentes tem um equilibrio Algumas interações levam a mais do que um ponto de equilibrio.

12 Exemplo: O Dilema do Prisioneiro Duas pessoas foram acusadas de cometer um crime e estão mantidas presas separadas sem poderem comunicar entre si. É dito a ambos que: 1. Se um deles confessa o crime e o outro não, o que confessou é libertado, e o outro é preso por 3 anos. 2. Se ambos confessam o crime, então cada um deles é preso por 2 anos. 3. Se nenhum confessar eles só ficam presos por 1 ano.

13 O Dilema do Prisioneiro (2)  Defects: confessar e Cooperate: não confessar Utilidades: Libertado: 5 Um ano de prisão: 3 Dois anos de prisão: 2 Três anos de prisão: 0  u i (D,D) = 2 u i (D,C) = 5 u i (C,D) = 0 u i (C,C) = 3  uj (D,D) =2 uj (D,C) = 0 uj (C,D) = 5 uj (C,C) = 3 D,C ≻i C,C ≻i D,D ≻i C,D C,D ≻j C,C ≻j D,D ≻j D,C

14 O Dilema do Prisioneiro (3) i defectsi cooperates j defects 2 0 5 j cooperates 5 0 3 O que deve o prisioneiro fazer?

15 Pensar como um prisioneiro 1. Suponhamos que coopero. Se j também cooperar, temos um ganho de 3. Se o j não cooperar então eu tenho um ganho de 0. Ou seja, o melhor valor que eu tenho garantido é 0. 2. Suponhamos que eu não coopero. Se o j cooperar, então eu tenho um ganho de 5. Se j nao cooperar, tenho um ganho de 2. Ou seja, o melhor valor que eu tenho garantido é 2. O Dilema do Prisioneiro (4)

16 O Torneio de Axelrod  Axelrod é um cientista político interessado em cooperação em sociedades.  Em 1980 organizou um torneio, tendo convidado investigadores a fazer agentes que joguem o Dilema do prisioneiro. Cada agente pode jogar C ou D; Cada agente joga com outro 5 vezes, com 200 voltas; O agente que ganha o torneio é aquele que tiver melhor resultado no total. Os agentes variaram entre 5 linhas de código a 152.

17 O Torneio de Axelrod (2) Estratégias usadas - ALL-D Allways Defect. - RANDOM- selecção de C e D aleatoriamente - TIT-FOR-TAT (1) na primeira volta- coopera (2) na segunda volta faz o que o oponente fez na volta anterior - TESTER- Na primeira volta testa o oponente para ver se este nao coopera. Se o oponente alguma vez nao copera, joga o TIT-FOR-TAT - JOSS- O mesmo que TIT-FOR-TAT mas 10% das vezes nao coopera.

18 O Torneio de Axelrod: Resultados  O ganhador foi TIT-FOR-TAT...  Mas contra ALL-D, TIT-FOR-TAT perde.  Regras de sucesso: Não ser invejoso Não ser o primeiro a não cooperar Responder à cooperação e não cooperação do adversário Não ser demasiado inteligente

19 Depêndencia dos Agentes Aspecto importante, existe se: Um dos agentes requer o outro para atingir os seus objectivos Relações de dependência: 1. Independência- não há dependência 2. Unilateral- um agente depende de outro mas não viceversa 3. Mútua- ambos os agentes dependêm um do outro em relação ao mesmo objectivo 4. Dependência reciproca- um agente depende do outro para atingir um dado objectivo, e o segundo depende do primeiro para atingir um outro objectivo. Relações acreditadas: localmente e mutuamente

20 Chegar a acordo: leilões, negociação, argumentação Agentes necessitam de interagir com outros com quem não partilham objectivos comuns; Normalmente é possível chegar-se a um acordo com benefício mútuo nos assuntos de interesse comum: Chegar a acordo é essencial! -Negociação -Argumentação

21 Chegar a acordo Constituintes para o cenário: Protocolos de negociação - regras que governam as interacções (encontro) entre agentes -Design mechanism Estratégia dos agentes - estratégia de modo a actuar segundo o protocolo, tendo em vista atingir os objectivos propostos e maximizar o seu bem estar individual.

22 Protocolos para negociação Propriedades de protocolos de negociação: Sucesso garantido- o protocolo garante que há sucesso na negociação. Maximização do bem social- o protocolo maximiza o bem social garantindo que o resultado maximiza a soma das utilidades dos participantes na negociação. Pareto efficiency- O resultado da negociação é Pareto efficient se não há outro resultado possível que coloque pelo menos um agente em melhor situação sem que coloque outro agente em pior situação. Individual Rationality – um protocolo é fundamentado em racionalidade individual se garantir os interesses dos participantes na negociação.

23 Protocolos para negociação (cont) Propriedades de protocolos de negociação: Estabilidade- um protocolo diz-se estável se der aos agentes um incentivo para agirem de determinada forma que atinge uma estabilidade na cooperação (por exemplo atingir o Equilibrio de Nash). Simplicidade- um protocolo diz-se simples se tornar a estratégia apropriada de negociação óbvia – ao usá-lo o agente descobre facilmente (tratabilidade) a estratégia óptima. Distribuição- um protocolo diz-se distribuído se assegura que não existe um ponto de falha (por exemplo, um só árbitro) minimizando a comunicação entre agentes.

24 Leilões Uma outra forma de resolver problemas de alocação de tarefas e de venda de serviços é através de leilões. Um leilão ocorre entre um leiloeiro e um conjunto de agentes que fazem ofertas (bidders). O objectivo do leilão é o leiloeiro alocar o bem ou serviço a um dos bidders por um determinado valor. Aspectos dos leilões: - Existe um bem ou serviço a leiloar. - Se esse bem ou serviço tem um valor conhecido diz-se que esse é o valor publico (comum) - Cada agente pode atribuir ao bem ou serviço um valor privado. - Por vezes os valores têm também um valor correlacionado que envolve o valor privado mais aspectos de sociedade como a possibilidade de vender o valor futuramente.

25 Leilões (2) Variáveis que determinam o carácter dos leilões: 1) Determinação do vencedor: ou quem ganha o bem ou serviço. a) first-price: o agente que fez a oferta mais alta ganha o bem ou serviço. b) second-price: o agente que fez a oferta mais alta ganha o bem ou serviço mas paga o valor da segundfa oferta. 2) Ofertas conhecidas ou não pelos outros agentes a) Open cry: as apostas/ofertas são conhecidas por todos (common knowledge) b) Sealed-bid : as ofertas são seladas 3) Procedimento de oferta : a) one-shot: só existe uma sessão de oferta. b) ascending: o valor começa baixo (reservation price) e vai subindo com as ofertas até não haver mais nenhuma oferta c) descending: o valor começa alto e vai descendo.

26 Tipos de Leilões (3) 1) Leilão Inglês First-price, open-cry,ascending. 2) Leilão Holandês Open-cry, descending. 3) Leilões First-price sealed-bid First-price, sealed-bid, one-shot. 4) Lelões Vickrey Second-price, sealed-bid, one-shot.

27 Tipos de Leilões (4) 1) Leilão Inglês First-price, open-cry,ascending. Estratégia: fazer licitações sucessivas com pequenos incrementos até atingir o nosso valor e desistir depois. Se houver incerteza no valor do bem pode ser perigoso oferecer mais do que os restantes agentes (winner’s curse) 2) Leilão Holandês Open-cry, descending. Estratégia: Não há estratégia dominante. É susceptível à winner’s curse

28 Tipos de Leilões (5) 3) Leilões First-price sealed-bid First-price, sealed-bid, one-shot. Estratégia: licitar um pouco abaixo do seu valor para o agente (pensar no valor da 2º mais alta licitação). Não há solução geral para o “pouco abaixo”. 4) Lelões Vickrey Second-price, sealed-bid, one-shot. Estratégia: faz com que a estratégia dominante seja licitar o valor próprio do agente Não é usado em leilões com humanos – interessante para a área de Agentes É susceptível a comportamento anti-social

29 Tipos de Leilões (6) Do ponto de vista do leiloeiro: maximizar o proveito – depende muito dos agentes Nenhum dos tipos de leilões está imune a “concertação” entre os agentes licitadores – coligação de agentes que acordam entre si um preço abaixo do valor real do bem – dividir os lucros entre si. - Só se evita através de um protocolo que assegure que os agentes licitadores não se conhecem

30 Exemplos de Aplicação: Auction Bots Auction Bots: Agentes que se movimentam de site em site e participam em leilões de bens online. Exemplos conhecidos: Kasbah Spanish Fish Market

31 Exemplo 1: Kasbah (Chavez & Maes) Sistema para a Web no qual os utilizadores podem criar agentes que compram e vendem bens em seu nome. O utilizador que vende pode especificar 3 parâmetros: -Data desejada para venda do bem -Preço desejado para a venda -Mínimo preço para a venda. Os agentes vendedores começam por oferecer um bem a um preço desejado e com o aproximar do deadline de venda o preço começa a ser reduzido até ao preço mínimo. Os utilizadores podem especificar a função de decay do preço (linear, quadrática ou cúbica) O utilizador confirma sempre a venda tendo direito a veto.

32 Exemplo 1: Kasbah (Chavez & Maes)  Os agentes compradores  Também têm um conjunto de parâmetros associados : A data de compra do artigo O preço desejado E o preço máximo  O utilizador pode especificar a função de crescimento do preço. Os agentes em Kasbah operam sob um modelo de mercado, com um gestor que pode gerir um conjunto de leilões em paralelo.

33 Negociação Como é que um grupo de agentes chega a acordo em assuntos de interesse mútuo? Constituintes Conjunto de negociação – define o espaço das propostas possíveis que os agentes podem fazer Protocolos de negociação – define as regras que governam as interacções entre agentes – as propostas legais que os agentes podem fazer Estratégias – cada agente tem a sua estratégia e ela determina quais as propostas que o agente irá fazer. Normalmente as estratégias são privadas Regra de acordo final- regra que determina que se chegou a acordo final e qual o acordo encontrado

34 Negociação Em geral: -Série de voltas -Todos os agentes fazem propostas em todas as voltas: -Cada proposta: -Depende e é definida pela estratégia dos agentes, -  conjunto de negociação - legal (tal como definido pelo protocolo) -Se se chegou a acordo (pela regra) termina

35 Negociação  Várias pontos de variabilidade + -Um atributo vs vários: -Preço / (Preço, extras, garantia, etc.) -Crescimento exponencial do espaço do conjunto de negociação – impossível explicitar todo o conjunto para determinar a proposta a efectuar -Por vezes difícil determinar os atributos em negociação -Número de agentes -Um-a-um – venda de um carro -Muitos-a-um – leilões -Muitos-com-Muitos – n*(n-1)/2 threads

36 Negociação  A maior parte das propostas são para: -Um atributo, simétricas, um-a-um Negociação: -Domínios orientados para as tarefas – discute atribuição de tarefas -Domínios orientados para o valor – discute definição de planos conjuntos -Há outros tipos de abordagens: -Distribuída (competitiva) – ganhar-perder -Integrativa (cooperativa) – ganhar-ganhar -Mista

37 Domínio Orientado a Tarefas Tarefa: levar 3 crianças à escola (todas em escolas diferentes); vizinho tem 4 crianças. Levar uma criança – tarefa indivísivel Os agentes podem negociar e podem melhorar a sua situação: chegar a um acordo - por exemplo, não ir a um dos destinos partilhados – melhora a situação actual Não se entendem – não piora a situação actual Diferentes soluções. Por exemplo: 1 destino partilhado -Pares e impares -Leva sempre e o outro leva sempre outras crianças, etc.

38 Domínio Orientado a Tarefas TOD=  T- conjunto finito de todas as tarefas possíveis  Ag- conjunto finito de agentes que participa na negociação;  c- função que define custo de executar um subconjunto de tarefas. Domínio T i C T. Contradomínio R + Restrições c: -Monótona: T 1 C T 2, c(T 1 ) < c(T 2 ) -Custo de não fazer nada é 0  Encontro = Atribuição T i aos Ag i 

39 Domínio Orientado a Tarefas Cenário um-a-um: Encontro: Negócio (deal):  = -negócio ~ encontro D 1 U D 2 = T 1 U T 2 -Os agentes comprometem-se a realizar as tarefas que lhe foram atribuídas -Custo de negócio para o agente i -custo i (  i ) = c(D i ) -Utilidade de negócio para o agente i -utilidade i (  ) = c(T i ) - custo i (  ) -c(T i ) = custo atribuição original T i no encontro -custo i (  ) = custo tarefas atribuídas a i no negócio -Deve ser > 0 -Se não há acordo -> faz as tarefas iniciais -Negócio de conflito:  =

40 Domínio Orientado a Tarefas Dominância,  1 >  2 : 1. Negócio  1 é pelo menos tão bom para todos os agentes como  2 -Para todos os agentes i: Utilidade i (  1 )  Utilidade i (  2 ) 2. Negócio  1 é melhor que  2 para pelo menos para um agente -Existe um agente i: Utilidade i (  1 )  Utilidade i (  2 )  Se um negócio domina outro então ele é melhor para qualquer participante

41 Domínio Orientado a Tarefas  Um negócio domina fracamente outro se apenas a primeira condição é verificada -Negócio  1 é pelo menos tão bom para todos os agentes como  2 Para todos os agentes i: Utilidade i (  1 )  Utilidade i (  2 )  Um negócio é pareto óptimo se não é dominado por nenhum outro (não é possível melhorar o negócio a não ser à custa de piorar a situação de um dos outros agentes)  Um negócio é individualmente racional se domina fracamente o negócio de conflito  Se não é individualmente racional pelo menos um agente fica melhor na atribuição original

42 Domínio Orientado a Tarefas Utilidade para j Utilidade para i Negócio de conflito Linha pareto óptima Quadrante que interessa – Individualmente racional conjunto de negociação

43 Protocolo de concessão monótono Negociação por série de rondas, propostas de negócio dos agentes efectuadas em simultâneo, termina sempre (com ou sem acordo) Na primeira volta ambos os agentes propõem um negócio (  conjunto de negociação) Há acordo se ambos os agentes 1, 2 propõem negócios  1  2 e: Utilidade 1 (  2 )  Utilidade 1 (  1 ) OU Utilidade 2 (  1 )  Utilidade 2 (  2 ) (o outro faz-nos uma proposta tão ou melhor do que a nossa) Se há acordo o negócio de acordo é: Se ambos verificam a condição: um aleatóriamente Se só um verifica: o que verifica a condição Se não há acordo: nova ronda de propostas simultaneas em que nenhum agente pode propor um negócio menos preferido para o outro agente que o proposto na ronda anterior Se nenhum concede (ceder) numa determinada volta a negociação termina com o negócio de conflito

44 Estratégia Zeuthen Primeira proposta? - o nosso negócio mais preferido Quando ceder? - arrisco mais se a diferença entre utilidade da proposta de negócio corrente e a do negócio de conflito for baixa - risco (0-1) (ucorrente – uproposta)/ucorrente se ~1 não tem muito a perder; arrisca mais pelo conflito e não concede se ~0 tem mais a perder

45 Willingness to Risk Conflict  Suppose you have conceded a lot. Then: Your proposal is now near the conflict deal In case conflict occurs, you are not much worse off You are more willing to risk confict  An agent will be more willing to risk conflict if the difference in utility between its current proposal and the conflict deal is low

46 Estratégia Zeuthen Quanto ceder? o suficiente para equilibrar o risco. se ambos têm = risco ambos devem ceder pode não ceder – não se consegue negócio alternativa – cara ou coroa. Propriedades:  não garante sucesso,  Garante que se há sucesso é pareto óptimo e individualmente racional  Não precisa de árbitro  Pode crescer exponencialmente com o número de tarefas  Está em equilibrio de Nash – é uma vantagem conhecer a estratégia – evita conflitos

47 Deception in TODs  Deception can benefit agents in two ways: Phantom and Decoy tasks Pretending that you have been allocated tasks you have not Hidden tasks Pretending not to have been allocated tasks that you have been

48 Domínios Orientados a Valor Negociação de planos conjuntos WOD=  E- conjunto estados do ambiente possíveis  Ag- conjunto finito de agentes que participa na negociação;  c- função que define custo a cada plano de cada agente  J- Planos conjuntos  Encontro =, estado inicial, função que dado um estado do ambiente e um agente representa o valor do estado para o agente.

49 Conclusions negotiation  By appropriately adjusting the rules of encounter by which agents must interact, we can influence the private strategies that designers build into their machines  The interaction mechanism should ensure the efficiency of multi-agent systems Rules of Encounter Efficiency

50 Conclusions negociation  To maintain efficiency over time of dynamic multi- agent systems, the rules must also be stable  The use of formal tools enables the design of efficient and stable mechanisms, and the precise characterization of their properties Stability Formal Tools

51 Argumentação  Argumentation is the process of attempting to convince others of something  Importância:  Quando um agente negoceia deve ser capaz de justificar as suas ofertas – crucial na delegação  As nossas preferências mudam

52 Argumentation  Gilbert (1994) identified 4 modes of argument: 1. Logical mode “If you accept that A and that A implies B, then you must accept that B” 2. Emotional mode “How would you feel if it happened to you?” 3. Visceral mode “Cretin!” 4. Kisceral mode “This is against Christian teaching!”

53 Logic-based Argumentation Basic form of logical arguments is as follows: Database  (Sentence, Grounds) where:  Database is a (possibly inconsistent) set of logical formulae  Sentence is a logical formula known as the conclusion  Grounds is a set of logical formulae such that: 1. Grounds  Database ; and 2. Sentence can be proved from Grounds

54 Attack and Defeat  Let (  1,  1 ) and (  2,  2 ) be arguments from some database  … Then (  2,  2 ) can be defeated (attacked) in one of two ways:  (  1,  1 ) rebuts (  2,  2 ) if  1   2  (  1,  1 ) undercuts (  2,  2 ) if  1   2 for some   2 A rebuttal or undercut is known as an attack Há 5 tipos de argumentos: - tautologias são os mais fortes - argumentos que podem ser derivados são os mais fracos - entre os dois: a classe de argumentos que não tem undercut, que não tem rebut, etc. Há vários tipos de diálogos de argumentos: (seq de argumentos de 2 agentes): inquéritos (determinar sobre algo), deliberação (acção), etc.

55 Abstract Argumentation  Concerned with the overall structure of the argument (rather than internals of arguments)  Write x  y “argument x attacks argument y ” “ x is a counterexample of y ” “ x is an attacker of y ” where we are not actually concerned as to what x, y are  An abstract argument system is a collection or arguments together with a relation “  ” saying what attacks what  An argument is out if it has an undefeated attacker, and in if all its attackers are defeated

56 An Example Abstract Argument System

57 Working Together  Why and how do agents work together?  Important to make a distinction between: benevolent agents -Implicitly share a common goal and there is no conflict between them -Help whenever needed -Overall objectives over individual ones self-interested agents -Cannot be assumed to share a goal -Ultimately need to cooperate to achieve goals

58 Resolução de Problemas Distribuída Como é que um grupo de agentes chega a acordo e consegue resolver um problema ou executar uma tarefa de forma cooperativa? Coordenação das tarefas: -Cooperação -Negociação

59 Benevolent Agents  If we “own” the whole system, we can design agents to help each other whenever asked  In this case, we can assume agents are benevolent: our best interest is their best interest  Problem-solving in benevolent systems is cooperative distributed problem solving (CDPS)  Benevolence simplifies the system design task enormously!

60 Self-Interested Agents  If agents represent individuals or organizations, (the more general case), then we cannot make the benevolence assumption  Agents will be assumed to act to further their own interests, possibly at expense of others  Potential for conflict  May complicate the design task enormously

61 CDPS Cooperative Distributed Problem Solving -Em geral a solução tem 3 passos: 1. Problem Decomposition – typ. hierarchical 2. Subproblem solution – typ. share info. 3. Answer synthesis – integrated into overall solution, hierarchical -Propriedades de uma solução com sucesso: -Coêrencia – sistema funciona como um todo (qualidade da solução, eficiência de uso de recursos, etc) -Coordenação – sincronizados,no limite sem necessidade de comunicação, previsiveis, sem conflitos -“Acto de trabalhar em grupo de forma harmoniosa no sentido de atingir um acordo ou objectivo comum.” Necessidade de coordenar agentes: -Existem dependências nas acções dos agentes -Existe necessidade que o conjunto de agente respeite restrições globais -Nenhum agente individualmente tem recursos, informação ou capacidade suficiente para executar a tarefa ou resolver o problema completo

62 Task Sharing and Result Sharing Two main modes/components of cooperative problem solving: task sharing: components of a task are distributed to component agents -Allocation problem: all same capabilities/different capabilities, can refuse negotiation (reaching agreements) result sharing: information (partial results, etc.) is distributed -Proactively or reactively

63 Protocolo Contract-Net- Coordenação por Partilha de Tarefas  Problema: Contratação de tarefas  Inspirado no mundo dos negócios  Pretende resolver o connection problem (encontrar um agente apropriado para a tarefa em questão)

64 Contract-Net - Papéis  Manager – responsável pela monotorização da execução da tarefa e no processamento dos resultados da execução  Contractor – responsável pela actual execução da tarefa  Um agente pode tomar os ambos papéis dinamicamente durante a execução da solução

65 The Contract Net  A well known task-sharing protocol for task allocation is the contract net: 1. Recognition 2. Announcement 3. Bidding 4. Awarding 5. Expediting

66 Recognition  In this stage, an agent recognizes it has a problem it wants help with. Agent has a goal, and either… realizes it cannot achieve the goal in isolation — does not have capability realizes it would prefer not to achieve the goal in isolation (typically because of solution quality, deadline, etc.)

67 Announcement  In this stage, the agent with the task sends out an announcement of the task which includes a specification of the task to be achieved  Specification must encode: description of task itself (maybe executable) any constraints (e.g., deadlines, quality constraints) meta-task information (e.g., “bids must be submitted by…”)  The announcement is then broadcast

68 Bidding  Agents that receive the announcement decide for themselves whether they wish to bid for the task  Factors: agent must decide whether it is capable of expediting task agent must determine quality constraints & price information (if relevant)  If they do choose to bid, then they submit a tender

69 Awarding & Expediting  Agent that sent task announcement must choose between bids & decide who to “award the contract” to  The result of this process is communicated to agents that submitted a bid  The successful contractor then expedites the task  May involve generating further manager-contractor relationships: sub- contracting

70 Issues for Implementing Contract Net  How to… …specify tasks? …specify quality of service? …select between competing offers? …differentiate between offers based on multiple criteria?

71  An approach to distributed problem solving, focusing on task distribution  Task distribution viewed as a kind of contract negotiation  “Protocol” specifies content of communication, not just form  Two-way transfer of information is natural extension of transfer of control mechanisms The Contract Net

72 1. Problem Decomposition 2. Sub-problem distribution 3. Sub-problem solution 4. Answer synthesis The contract net protocol deals with phase 2. Four Phases to Solution, as Seen in Contract Net

73 Cooperative Distributed Problem Solving (CDPS)  Neither global control nor global data storage — no agent has sufficient information to solve entire problem  Control and data are distributed  Any unique node is a potential bottleneck distribute data distribute control organized behavior is hard to guarantee (since no one node has complete picture)

74 Manager Task Announcement Node Issues Task Announcement

75 Manager Potential Contractor Idle Node Listening to Task Announcements

76 Manager Potential Contractor Bid Node Submitting a Bid

77 Manager Potential Contractor Potential Contractor Bids Manager listening to bids

78 Manager Contractor Award Manager Making an Award

79 Manager Contractor Contract Contract Established

80 Coordenação Relações positivas ou negativas  Abordagens Coordenação a partir de planos globais parciais - DVMT Coordenção através de intensões conjuntas: modelo do agente + modelo dos outros (planos, goals, skills, etc) – ARCHON+MACE Coordenação por modelação mútua (modelo dos outros – roles, skills, goals, plans) - MACE Coordenação através de normas e leis sociais – leis emergentes Planeamento multiagente e sincronização – merge de planos – extensão de lógicas temporais

81 Formas de Coordenação Planeamento Negociação Planeamento Distribuído Planeamento Centralizado

82 Competição: Coordenação de Agentes Competitivos  Self-interested  Negociação Permitir a modificação dos planos locais de agentes autónomos Identificar situações onde são possíveis interacções entre agentes. Efectuar alocação de tarefas e recursos, resolução de conflitos…

83 Resolução de Conflitos Conflitos: Competição por recursos escassos Tempo escasso Problemas de comunicação Formas de resolver: Competição Colaboração (ganha-ganha) Compromisso Acomodação

84 Cooperação  É fundamental, sendo a razão principal para a existência de um ambiente multi-agente. [Nwana]  Capacidade que os agentes têm de “trabalharem em conjunto de forma a concluírem tarefas de interesse comum”.  Tal como os humanos, os agentes têm de combinar os seus esforços de forma a atingir objectivos comuns que não podem ser atingidos individualmente.  O agente deve ser dotado de habilidade social, capacitando-o a interagir com outros agentes, possivelmente humanos, através de alguma linguagem de comunicação.

85 Métodos de cooperação  Grouping and Multiplication: arranjar os agentes de forma a estar fisicamente juntos de forma a tornarem-se numa unidade fisicamente próxima. Viver como uma comunidade permite: obter comida mais facilmente; permite aumentar o numero de indivíduos da espécie.  Comunicação: Expande as capacidades perceptivas dos individuos e permite coordenação.  Especialização: Especialização é o processo pelo qual os agentes se tornam mais adaptados a determinadas tarefas. Exemplo: os robots especialistas em cores (Drogoul).  Partilha de Tarefas e de recursos: resposta ao problema: quem faz o quê?  Resolução de conflitos através de negociação.

86 Coordenação de Agentes Cooperativos  Forma como conjuntos de agentes se podem coordenar de forma a realizar trabalho cooperativo de equipa.  São totalmente cooperativos tentando auxiliar-se mutuamente nem que isso provoque alguns custos individuais.  Sem coordenação a comunidade de agentes pode degenerar numa colecção caótica e incoerente de agentes individuais.  Para além da negociação, existem outras metodologias.

87 Característica dos Agentes  Benovolência – os agentes partilham o mesmo objectivo global, não sendo necessário resolver conflitos entre eles.  São totalmente cooperativos tentando auxiliar-se mutuamente nem que isso provoque alguns custos individuais.

88 Contract-Net – Exemplo (1)  Vamos supor que temos um urso faminto que quer provar uma especialidade do pólo norte, mas como não é um urso polar tem de pedir ajuda na preparação do prato.

89 Contract-Net – Exemplo (2) 1 – O Manager anuncia a tarefa a executar aos possíveis Contractors

90 Contract-Net – Exemplo (2) 2 – Os agentes contactados fazem uma avaliação ao anúncio e ponderam as suas capacidades para executarem a tarefa em questão e fazem uma proposta ao Manager ???

91 Contract-Net – Exemplo (3) 3 – O Manager selecciona o agente mais apropriado à execução, baseado na informação das propostas. A selecção é comunicada. aceite rejeitada

92 Contract-Net – Exemplo (4) 4 – O Contractor executa a tarefa e entrega os resultados ao Manager

93 Mensagens necessárias para o contract-net  Request-for-bids(T,X) é a mensagem do Manager para os potenciais contractors pedindo ao contractor para lhe enviar uma proposta para a execução da tarefa T  Propose(T,O) é a resposta positiva de um Contractor relativamente ao pedido para a execução da tarefa T. A proposta contém a especificação da oferta feita O.  Not-interested(T,Y) é uma resposta negativa de um contractor dizendo que não está interessado em executar T.  Award(T,C,X) é a mensagem do Manager (X) para o contractor (C) informado-o que lhe foi oferecida a execução da tarefa T.  Accept(T,X) é a resposta positiva do contractor Y em resposta à oferta do Manager para a execução da tarefa.  Refuse(T,Y) é a resposta negativa do contractor à oferta do Manager para a execução da tarefa.

94 Contract-Net – Conteúdo do Anúncio  A mensagem que anuncia a tarefa a realizar tem a seguinte composição: Addressee – contém o endereço do(s) destinatário(s) Eligibility Specification – condições que é necessário um agente ter para poder, eventualmente, ser o contractor Task Abstraction – breve descrição da tarefa a realizar Bid Specification – especifica o que deve conter uma resposta para que esta possa ser considerada Expiration Time – prazo para serem dadas as propostas ao anúncio (no entanto, o manager pode não ser obrigado a esperar todo o tempo e as respostas recebidas depois de expirado o tempo até podem resultar numa selecção subópitma de contractors)

95 Contract-Net – Resposta Imediata  Pode acontecer o caso em que o manager não recebe nenhuma proposta, isto pode acontecer essencialmente por dois motivos, primeiro, todos os agentes elegíveis estão ocupados ou têm uma melhor proposta em mãos, segundo, não existem agentes elegíveis.  A solução encontrada para este problema foi criar uma classe de propostas a Immediate Response Bids as quais requerem uma de três respostas possíveis, BUSY, INELIGIBLE, LOW RANKING, ou uma sub-classe destas (ex: respond if eligible, but busy).  Assim o manager pode tomar medidas para resolver o problema como tentar mais tarde ou fazer uma proposta mais aliciante.

96 Contract-Net - Conclusões + Boa solução para o connection problem + Bastante adequado a problemas de estrutura hierárquica -Uma tarefa pode não ser atribuída ao agente mais qualificado se este estiver ocupado - Para um número grande de agentes gera um grande tráfego de mensagens (mas o campo eligibility specification reduz as mensagens de resposta ao anúncio)

97 Resumo: Problemas a resolver 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? 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?

98 Resumo: Problemas a resolver  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?  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?

99 Linguagens específicas para cooperação  Tal como com o contract-net outros protocolos necessitam de linguagens específicas para a cooperação.  Alguns ambientes (FIPA-OS) já permitem a utilização de performatives especificas para negociação ou incluem já protocolos de negociação.  Exemplo de uma linguagem de colaboração: COOL

100 COOL (COOrdination Language)  Baseada em KQML  Coordenação de agentes é definida por autómatos finitos.  COOL tem as seguintes componentes: Máquina de estados Mensagens (performativas) Regras de conversação Regras para recuperação de erro Regras de continuação Classes de conversação Conversações actuais

101 COOL - performativas  Para além das performativas disponibilizadas por KQML ainda são admitidas: Propose – usado para propôr um objectivo Counter-Propose – segue-se a um propose para propôr outro objectivo, desde que satisfaça o anterior Accept e Reject – usados para assinalar aceitação ou rejeição de uma proposta ou contra-proposta Cancel – cancela uma proposta ou contra-proposta previamente aceite Satisfy – anuncia o cumprimento de um objectivo que lhe foi pedido Fail – anuncia a impossibilidade em cumprir um objectivo que aceitou

102 COOL –Máquina de Estados  A máquina de estados define os estados em que se pode encontrar a tarefa (ex: ponto de vista do receptor) 1 2 3 4 5 6 7 propose/ /reject /accept /counter counter/ accept/accept /satisfy /fail /reject

103 COOL – regras de conversação  As regras de conversação dizem-nos como passamos de um estado para outro da máquina de estados. ( def-conversation-rule r1 :current-state 2 :received ‘(propose :sender ?initiator :content (produce (?what ?amount) :conversation ?conv :such-that ‘(achievable (produce ?what ?amount)) :next-state 3 :transmit ‘(accept :content (produce(?what ?amount)) :conversation ?conv) )

104 Aspectos de Implementação As ferramentas de construção de agentes já incluem um conjunto de aspectos para a construção de sociedades, nomeadamente : - Linguagens para comunicação e cooperação - Possibilidade de definir estruturas organizacionais (definindo “roles” na estrutura) - Protocolos pre-definidos para resolver aspectos de negociação (contract-net e leilões).

105 Conclusões  Criar sociedades para resolver problemas parece ser um caminho a seguir.  Há ainda bastantes problemas (ferramentas e teorias) por resolver.