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Agentes de Software Introdução Projeto de Sistemas de Software.

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Apresentação em tema: "Agentes de Software Introdução Projeto de Sistemas de Software."— Transcrição da apresentação:

1 Agentes de Software Introdução Projeto de Sistemas de Software

2 2 © LES/PUC-Rio Agenda Introdução O que são Agentes? Agente versus Objeto Sistemas Multiagentes Exemplos de Aplicações ES de Sistemas Multiagentes Plataforma Jade

3 3 © LES/PUC-Rio O que são Agentes? Agente de software é uma entidade que está situada em um ambiente e capaz de ação autônoma neste ambiente para atingir seus objetivos projetados. Wooldridge & Jennings A entidade Agente é qualquer coisa que possa perceber o ambiente e agir sobre o mesmo. Russell & Norvig

4 4 © LES/PUC-Rio O que são Agentes? Autonomia –Operam sem intervenção humana ou de outros agentes –Tem algum tipo de controle sobre suas ações e seu estado interno

5 5 © LES/PUC-Rio O que são Agentes? Agentes e o Ambiente Agente Ambiente Sensores Efetuadores Processamento autônomo

6 6 © LES/PUC-Rio Características de Agentes ES Básicas –Autonomia Capacidade de agir sem intervenção externa –Reatividade Capacidade de perceber o ambiente e responder às mudanças que ocorrem nele –Pró-atividade Atuam não somente em resposta ao ambiente – são orientados a objetivos –Interatividade Se comunicam com outros agentes e com o ambiente –Adaptação São capazes de modificar, em algum grau, o seu comportamento devido à mudanças do ambiente e de outros agentes

7 7 © LES/PUC-Rio Características de Agentes ES Adicionais –Aprendizado São capazes de modificar o seu comportamento baseados em sua experiência (não é necessariamente relacionado às mudanças no ambiente) –Racionalidade São capazes de selecionar suas ações baseados em seus objetivos –Mobilidade São capazes de se mover de um ambiente para outro

8 8 © LES/PUC-Rio Agente vs. Objeto Similaridade –Entidades computacionais –Encapsulam estado –Realizam ações –Se comunicam via troca de mensagens

9 9 © LES/PUC-Rio Agente vs. Objeto Diferenças –Autonomia Objetos são passivos –Objetos são obedientes Agentes: Go and No –Objetos não encapsulam ativação de comportamento –Um objeto provê mínimo suporte para estruturas coletivas (ex. hierarquia e relacionamentos) Enquanto agentes dão suporte para estruturas coletivas: organizações

10 10 © LES/PUC-Rio Sistemas Multi-Agentes Um agente, em geral, não é encontrado completamente sozinho em uma aplicação, mas formando conjunto com outros agentes. Sistema Multi-Agente (MAS)

11 11 © LES/PUC-Rio O que são Sistemas Multiagentes? No ponto de vista de IA –Um sistema multiagentes é uma sociedade de agentes (agentes IA) individuais, que interagem por meio de troca de conhecimento e de negociação para alcançar um objetivo local ou global No ponto de vista de ES –Um sistema multiagentes é um sistema de software composto por diversos locos de controle (agentes de software) encapsulados e independentes, que interagem no contexto específico de uma aplicação

12 Engenharia de Software de Sistemas Multiagentes Introdução

13 13 © LES/PUC-Rio Evoluções na Engenharia de Software A ES é uma disciplina que se preocupa com todos os aspectos do desenvolvimento de software Engenharia de Software OO –Linguagens Orientadas a Objetos. –Novos métodos para design de sistemas. Software está cada vez mais complexo: os sistemas de software deverão estar –Em todo o lugar –Sempre conectados (disponíveis) –Sempre ativos para executar requisições de usuários

14 14 © LES/PUC-Rio ES de Sistemas Multiagentes: Motivação Sistemas Complexos

15 15 © LES/PUC-Rio Tendências Sistemas distribuídos Sistemas extensíveis Crescimento da Internet Utilização de ontologias – Web Semântica Sistemas abertos

16 16 © LES/PUC-Rio Benefícios da abstração de Agentes Entidade Pró-Ativa Fraco acoplamento –Comunicação através de mensagens Flexibilidade de customização –individual de agentes –protocolos de comunicação –algoritmos de aprendizado

17 17 © LES/PUC-Rio O paradigma de SMAs Oferece: –Um modelo de decomposição –Uma abstração para o desenvolvimento de software baseado no domínio do problema –Um modelo para desenvolvimento de sistemas como uma composição de unidades organizacionais –Um modelo de descentralização para reduzir o acoplamento

18 18 © LES/PUC-Rio Uma pergunta… Será que o paradigma e técnicas atuais de ES serão suficientes para atacar o problema da produção eficiente da próxima geração de sistemas de software?

19 19 © LES/PUC-Rio Evolução dos Paradigmas de ES Tempo Abstrações determinadas pela arquitetura da máquina Abstrações determinadas pelo domínio do problema Linguagens Assembler Abstração Funcional Programação Estruturada Orientação a Objetos Componentes... Agentes de Software

20 20 © LES/PUC-Rio O Estado da Arte Engenharia de software para sistemas multiagentes está em estado inicial –Muitas propostas e pouco consenso Desenvolvimento ad-hoc ou desenvolvimento proprietário Falta de avaliação do impacto do uso do paradigma multiagente Experimentação – Estudos de Caso Necessidade de um desenvolvimento de uma ES para o paradigma

21 21 © LES/PUC-Rio Pesquisa até então... Desenvolvimento de ES para sistemas multiagentes –Linguagens de modelagem –Metodologias de desenvolvimento –Arquiteturas de desenvolvimento –Padrões de projeto –Plataformas e Frameworks –Métodos formais –Melhores práticas –Processos de desenvolvimento Necessário amadurecimento...

22 Exemplos

23 23 © LES/PUC-Rio TAC (Trading Agent Competition) Classic

24 24 © LES/PUC-Rio Exemplo - Sistema de compra de produtos Cenário 1: Cliente compra um produto –Cliente escolhe um produto e avisa ao vendedor que quer comprá-lo. –O vendedor pega o produto e efetua a venda.

25 25 © LES/PUC-Rio Exemplo - Sistema de compra de produtos Cenário 2: –O funcionário responsável pelo histórico de vendas da loja, faz uma classificação dos clientes em três categorias: Ouro, prata e bronze. –O vendedor recebe esta classificação e envia ofertas para os clientes, baseado em alguma estratégia de venda.

26 26 © LES/PUC-Rio Diagrama de Classes

27 27 © LES/PUC-Rio Exemplo: Sequência implementação Cenário 1

28 28 © LES/PUC-Rio Exemplo 2: Agenda Virtual

29 29 © LES/PUC-Rio Agendamento de Compromissos 1/3

30 30 © LES/PUC-Rio Agendamento de Compromissos 2/3

31 31 © LES/PUC-Rio Agendamento de Compromissos 2.1/3

32 32 © LES/PUC-Rio Agendamento de Compromissos 3/3

33 33 © LES/PUC-Rio Exemplo de Código

34 34 © LES/PUC-Rio Exemplo 3: Agente reativos – Inteligência social emergente Colônia de formigas procurando por comida Cada formiga é um agente Se comunicam através do ambiente Toda vez que elas acham comida liberam um hormônio chamado feromônio no ambiente As outras seguem o feromônio E a sociedade converge para o local da comida URL: html html

35 35 © LES/PUC-Rio Outros Exemplos Agentes para sistemas de métricas –Coleta, Avaliação, Apresentação para o Usuário Agentes para gerência de ordens de serviço –Organização, Escalonamento e Negociação de ordens de serviço Agentes para gerência de compromissos –Agendamento, Estratégia de Negociação, Lembretes Agentes para gerenciamento de tráfego –Informação de melhores caminhos

36 36 © LES/PUC-Rio Pesquisa em andamento no LES Arquiteturas, frameworks e ferramentas para regular SMA Governança, normas e reputação Diagnóstico e Recomendação de execuções Dependability em Sistemas Multiagentes Abertos Agentes inteligentes, ontologias, simulação e ambientes para SMA regulados por normas Ubiqüidade e Context-aware Sistemas Multiagentes para Medicina –Útero virtual –Células-tronco Leski

37 Jade Java Agent Development Framework Versão atual: 3.5

38 38 © LES/PUC-Rio O que é Jade? Jade é um middleware para o desenvolvimento de sistemas multi-agentes Inclui –Um ambiente de execução onde os agentes JADE "vivem" e que deve estar ativo em um host antes que um agente possa ser executado –Uma biblioteca de classes que programadores podem usar para desenvolver agentes –Um conjunto de ferramentas gráficas que permite a administração e o monitoramento das atividades dos agentes em execução

39 39 © LES/PUC-Rio Contêiner e Plataforma Contêiner –Instância de um ambiente Jade –É onde os agentes executam –Ao iniciar o Jade, um MainContainer é criado Plataforma –Conjunto de contêineres ativos

40 40 © LES/PUC-Rio Contêineres e Plataformas

41 41 © LES/PUC-Rio A Plataforma O Jade segue o modelo da FIPA (Foundation for Intelligent Physical Agents)

42 42 © LES/PUC-Rio AMS e DF Agent Management System (AMS) –Agente que exerce o controle sobre o acesso e o uso da plataforma –Existe um único AMS por plataforma –Mantém a lista de identificadores dos agentes (AID) que estão na plataforma –Todo agente deve se registrar no AMS Directory Facilitator (DF) –Oferecer o serviço de páginas amarelas na plataforma

43 43 © LES/PUC-Rio A Classe Agent Representa a classe base para a definição de agentes Para o desenvolvedor, um agente Jade é uma instância de uma classe Java que estende a classe Agent Já oferece todas as interações básicas da plataforma (registro, configuração, etc...) Oferece um conjunto de métodos para a implementação do comportamento do agente

44 44 © LES/PUC-Rio Modelo Computacional do Agente Um agente é multi-tarefa, onde os serviços são executados concorrentemente Cada serviço de um agente deve ser implementado como um ou mais comportamtentos A classe Agent oferece um scheduler (não acessível ao programador) que gerencia automaticamente o agendamento dos comportamentos

45 45 © LES/PUC-Rio O Ciclo de Vida de um Agente

46 46 © LES/PUC-Rio Ciclo de Vida de um Agente Iniciado –O objeto agente é criado, mas ainda não se registrou no AMS, i.e. não possui um identificador e não pode se comunicar com outros agentes Ativo –O objeto agente está registrado no AMS, possui um identificador e pode executar seus serviços Suspenso –O objeto agente está parado, i.e. sua thread interna está suspensa e o agente não está executando serviço algum

47 47 © LES/PUC-Rio Ciclo de Vida de um Agente Esperando –O objeto agente está bloqueado, esperando por algum evento, i.e. sua thread interna está dormindo e será acordada quando uma condição se tornar verdadeira Removido –O objeto agente está terminado, i.e. sua thread interna acabou sua execução e o agente não está mais registrado no AMS Em Trânsito –Um agente móvel entra neste estado quando está migrando para um novo local (contêiner). O sistema continua a armazenar as mensagens enviadas a este agente, que lhe serão passadas quando ele estiver no novo local

48 48 © LES/PUC-Rio Criando um Agente Jade Jade gerencia a criação de um novo agente com os seguintes passos O construtor do agente é executado –O agente recebe um identificador do AMS –Ex: –Entra no estado Ativo É executado o método setup() –Método responsável por inicializar os comportamentos do agente

49 49 © LES/PUC-Rio Um Exemplo package examples.hello; import jade.core.Agent; public class HelloWorldAgent extends Agent { protected void setup() { // Mostra uma mensagem de Hello System.out.println("Hello World! Meu nome eh " + getAID().getName()); } prompt> set CLASSPATH=%CLASSPATH%;.;[CLASSPATH JADE JARS] prompt> java jade.Boot -gui Agente1:examples.hello.HelloWorldAgent

50 50 © LES/PUC-Rio Um Exemplo

51 51 © LES/PUC-Rio Destruindo um Agente Jade Mesmo que não esteja fazendo coisa alguma, o agente continua executando Para terminar um agente, deve-se executar o método doDelete() que chama o método takeDown() Serve para remover todas as referências ao agente da plataforma

52 52 © LES/PUC-Rio Um Exemplo package examples.hello; import jade.core.Agent; public class HelloWorldAgent extends Agent { protected void setup() { // Mostra uma mensagem de Hello System.out.println("Hello World! Meu nome eh " + getAID().getName()); doDelete(); } protected void takeDown() { // Imprimindo uma mensagem de saida System.out.println("Agente " + getAID().getName() + " terminando."); }

53 53 © LES/PUC-Rio As Tarefas do Agente – Classe Behaviour Todas as tarefas dos agentes são executadas por meio de "comportamentos" Um comportamento é um objeto da classe Behaviour O agente adiciona um comportamento com o método addBehaviour() Comportamentos podem ser adicionados a qualquer momento –No método setup() –Dentro de outros comportamentos

54 54 © LES/PUC-Rio As Tarefas do Agente – Classe Behaviour Método action() –Método que define as operações que são executadas quando o comportamento está em execução Método done() –Método que especifica se um comportamento foi completado e deve ser removido do pool de comportamentos que um agente está executando

55 55 © LES/PUC-Rio O Esquema de um Comportamento public class UmComportamento extends Behaviour { public void action() { while (true) { // Código do Comportamento } public boolean done() { return true; }

56 56 © LES/PUC-Rio Detalhes sobre a Execução de Comportamentos Um agente pode executar diversos comportamentos concorrentemente O scheduling de comportamentos não é preemptivo –Quando um comportamento está agendado para execução, o método action é chamado e executa até retornar –Quem deve definir quando um agente deve passar da execução de um comportamento para outro é o desenvolvedor

57 57 © LES/PUC-Rio A Execução de um Agente

58 58 © LES/PUC-Rio A Hierarquia de Comportamentos Comportamentos Simples –Modelam os comportamentos atômicos –OneShotBehaviour e CyclicBehaviour Comportamentos Compostos –Modelam comportamentos que são compostos de outros comportamentos. Assim, as operações que devem ser executadas não estão definidas neste comportamento em si, mas nos comportamentos filhos que o compõem –SequentialBehaviour, ParallelBehaviour e FSMBehaviour

59 59 © LES/PUC-Rio A Hierarquia de Comportamentos

60 60 © LES/PUC-Rio Comportamentos Simples OneShotBehaviour –Modela comportamentos que só devem executar uma vez e que não podem ser bloqueados (parar o comportamento até que algum evento ocorra) CyclicBehaviour –Modela comportamentos atômicos que devem ser executados eternamente

61 61 © LES/PUC-Rio Comportamentos Compostos SequentialBehaviour –Executa seus sub-comportamentos seqüencialmente e termina quando todos estes estiverem terminados ParallelBehaviour –Executa seus sub-comportamentos concorrentemente e termina quando uma condição particular sobre o conjunto de sub- comportamentos é alcançada FSMBehaviour –Executa seus sub-comportamentos como uma Máquina de Estados Finita (FSM). Quando uma tarefa acaba, sua saída é usada para se calcular a transição para a próxima tarefa. O comportamento termina quando uma tarefa final é executada

62 62 © LES/PUC-Rio Esquemas de Comportamentos Simples // OneShotBehaviour public class MyOneShotBehaviour extends OneShotBehaviour { public void action() { // Executar a operação X } // CyclicBehaviour public class MyCyclicBehaviour extends CyclicBehaviour { public void action() { // Executar a operação Y }

63 63 © LES/PUC-Rio Esquema Genérico de Comportamento public class MyTwoStepBehaviour extends Behaviour { private int step = 0; public void action() { switch (step) { case 0: // Executar a operação X step++; break; case 1: // Executar a operação Y step++; break; } public boolean done() { return step == 2; }

64 64 © LES/PUC-Rio Comportamentos Especiais WakerBehaviour –Comportamento que espera um determinado período de tempo (em ms) para efetivamente executar a tarefa TickerBehaviour –Comportamento que executa uma tarefa periodicamente em intervalos de tempo constantes (em ms). Este comportamento nunca acaba

65 65 © LES/PUC-Rio WakerBehaviour public class MyAgent extends Agent { protected void setup() { System.out.println("Adicionando waker behaviour"); addBehaviour(new WakerBehaviour(this, 10000) { protected void handleElapsedTimeout() { // Executa a operação X } } ); } A operação X é executada 10 segundo depois de imprimir "Adicionando waker behaviour"

66 66 © LES/PUC-Rio TickerBehaviour public class MyAgent extends Agent { protected void setup() { addBehaviour(new TickerBehaviour(this, 10000) { protected void onTick() { // Executar a operação Y } } ); } A operação Y é executada periodicamente a cada 10 segundos

67 67 © LES/PUC-Rio A Comunicação entre Agentes A troca de mensagens é assíncrona e usa a FIPA ACL (Agent Communication Language)

68 68 © LES/PUC-Rio A Linguagem ACL Campos principais –Sender: o agente que envia a mensagem –Receivers: lista de agentes destino da mensagem –Performative: ato de fala que indica o que o agente que envia a mensagem espera com ela –Content: o real conteúdo da mensagem –Language: sintaxe usada para expressar o conteúdo –Ontology: denota a semântica dos itens do conteúdo –Outros campos de controle de convesação como: conversation-id, reply-with, in-reply-to, reply-by

69 69 © LES/PUC-Rio A Linguagem ACL - Exemplo Início da mensagem Tipo de ato de comunicação (Performativa) Controle de conversação ( inform :sender agent1 :receiver hpl-auction-server :content (price (bid good02) 150) :in-reply-to round-4 :reply-with bid04 :language FIPA SL :ontology hpl-auction ) Mensagem ACL Conteúdo da mensagem

70 70 © LES/PUC-Rio A Linguagem ACL – Performativas INFORMA porta está aberta QUERYA porta está aberta? CFPAlguém quer abrir a porta? REQUESTAbra a porta para mim AGREEOK, vou abrir a porta para você REFUSEEu não vou abrir a porta FAILUREEu não consigo abrir a porta

71 71 © LES/PUC-Rio A Linguagem ACL – Performativas PROPOSEEu posso abrir a porta para você, pelo seguinte preço SUBSCRIBEQuero ser avisado quando a porta for aberta NOT-UNDERSTOODPorta? Que porta?

72 72 © LES/PUC-Rio Enviando Mensagens Deve-se criar e montar um objeto ACLMessage e chamar o método send() do agente ACLMessage msg = new ACLMessage( ACLMessage.INFORM ); msg.addReceiver( new AID( "Agente2", AID.ISLOCALNAME ) ); msg.setLanguage( "English" ); msg.setOntology( "Weather-forecast-ontology" ); msg.setContent( "Today its raining" ); send(msg);

73 73 © LES/PUC-Rio Recebendo Mensagens Para se receber uma mensagem usa-se o método receive(), que recupera a primeira mensagem da fila de mensagens do agente Este método remove a mensagem da pilha, ou retorna null caso esteja vazia ACLMessage msg = receive(); if (msg != null) { // Processar a mensagem }

74 74 © LES/PUC-Rio Bloqueando um Agente à espera de uma Mensagem O scheduler de ações do Jade não pára a execução de uma ação caso não haja mensagens para um agente Para parar a execução de uma ação à espera de uma mensagem, deve-se usar o método block() public void action() { ACLMessage msg = myAgent.receive(); if (msg != null) { // Mensagem recebida - processá-la... } else block(); }

75 75 © LES/PUC-Rio Selecionando um Tipo de Mensagem da Fila Pode-se selecionar um tipo de mensagem da fila usando um MessageTemplate public void action() { MessageTemplate mt; mt = MessageTemplate.MatchPerformative(ACLMessage.CFP); ACLMessage msg = myAgent.receive(mt); if (msg != null) { // Mensagem do tipo CFP recebida - processá-la... } else block(); }

76 76 © LES/PUC-Rio O Serviço de Páginas Amarelas – Agente DF Todo agente deve registrar seu serviço no DF (Directory Facilitator) Só existe um DF em cada plataforma Jade

77 77 © LES/PUC-Rio Registrando um Serviço no DF Deve-se criar um objeto ServiceDescription e chamar o método register() de um DF (usualmente no método setup() do agente) protected void setup() {... // Registrar um agente vendedor de livros no DF DFAgentDescription dfd = new DFAgentDescription(); dfd.setName(getAID()); ServiceDescription sd = new ServiceDescription(); sd.setType("book-selling"); sd.setName("JADE-book-trading"); dfd.addServices(sd); try { DFService.register(this, dfd); } catch (FIPAException fe) { fe.printStackTrace(); }... }

78 78 © LES/PUC-Rio Removendo um Serviço do DF Chamar o método deregister() do DF (usualmente no método takeDown() do agente) protected void takeDown() { // Saindo do DF try { DFService.deregister(this); } catch (FIPAException fe) { fe.printStackTrace(); } // Mostrando uma mensagem de saída System.out.println("Agente vendedor " + getAID().getName() + " terminando"); }

79 79 © LES/PUC-Rio Procurando por Serviços no DF Criar um objeto DFAgentDescription e chamar o método search() do DF protected void setup() {... // Criando um TickerBehaviour para procurar agentes vendedores a cada minuto addBehaviour(new TickerBehaviour(this, 60000) { protected void onTick() { // Atualizando a lista de agentes vendedores DFAgentDescription template = new DFAgentDescription(); ServiceDescription sd = new ServiceDescription(); sd.setType("book-selling"); template.addServices(sd); try { DFAgentDescription[] result = DFService.search(myAgent, template); sellerAgents = new AID[result.length]; for (int i = 0; i < result.length; ++i) sellerAgents[i] = result.getName(); } catch (FIPAException fe) { fe.printStackTrace(); }... } );... }

80 80 © LES/PUC-Rio Concluindo... Jade é um framework de desenvolvimento de sistemas multi-agentes –Implementa o modelo de infraestrutura FIPA com registro, páginas amarelas e mecanismo de envio de mensagens Uso de AMS (Agent Management System), DF e de FIPA ACL –Ciclo de vida de um agente setup(), addBehaviour(), takeDown() –Abordagem orientada a tarefas: o comportamento dos agentes é decomposto em pedaços menores (Behaviour) que são adicionados ao agente quando necessário

81 FIM Perguntas?


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