Sistemas Multiagentes Uma Visão geral Motivação IA Distribuída - por que? Justificativas e Vantagens de SMA Conceitos Básicos Comunicação em SMA KQML FIPA.

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1 Sistemas Multiagentes Uma Visão geral Motivação IA Distribuída - por que? Justificativas e Vantagens de SMA Conceitos Básicos Comunicação em SMA KQML FIPA ACL Cenas dos próximos capítulos

2 Motivação : Ubiqüidade Ubiqüidade: Do latim “ubiquu” O que está em todo lugar a toda hora Ubiqüidade Computacional Os serviços computacionais poderão ser usados em toda parte e a qualquer hora “Jetsons”, “Matrix”, “Minority Report”. Cenário SeDi = Secretário Digital Júlia é Engenheira de Tráfego

3 Motivação : Agentes Reflexão Cenário dinâmico Integração de diversas mídias e dispositivos Como implementar? Sugestão: usar Agentes Inteligentes Agentes Ideal para aplicações autônomas, móveis e inseridas em uma sociedade Naturalmente capazes de: Reagir de forma autônoma e reativa Raciocinar de forma pró-ativa Adaptar-se ao ambiente onde estão inseridos Iteragir com outras entidades

4 Um Cenário... O sistema de tráfego aéreo da Ruritania entrou em pane, devido a condições atmosféricas adversas. Felizmente, os sistemas de tráfego aéreo computadorizados dos países vizinhos negociam entre si para controlar os vôos afetados. A situação potencialmente desastrosa se passa sem nenhum incidente mais grave. [Wooldridge e Jennings 95]

5 E Mais Um... Imagine que você tem a tarefa de encontrar um alvo móvel em uma determinada área (lembra de Minority Report?). Seus agentes então negociam entre si uma estratégia para percorrer todo o espaço no menor tempo possível.

6 De fato... Mundo onde informações e conhecimentos crescem (e mudam) rápido demais! O crescimento da Internet trás desafios constantes que incluem: Acesso a informações relevantes Identificação de oportunidades Ação no momento preciso Manipulação de grandes volumes de informação Ubiqüidade, Gerenciamento e Inteligência Ubiqüidade, Gerenciamento e Inteligência

7 Motivação : Agentes Iteração Solução compartilhada de problemas Requisito básico Mecanismo de Comunicação Linguagem comum Infra-estrutura Mas como implementar?

8 Conceitos Básicos

9 IA e Agentes IA cresceu muito nos anos 70 modelando a inteligência individual. Advento das redes de computadores modificou as necessidades! Inteligência como a integração dos processos de raciocinar, decidir, aprender e planejar. O Modelo de Agente aparece então como catalisador...

10 No Entanto... Vários problemas não podem ser tratados centralizadamente... Controle de linha de metrô Monitoramento de Redes de Computador Diagnóstico Médico Compra e Venda Como Resolvê-los?

11 A IA Distribuída Grupo de Entidades que podem Interagir Organização Ação e Interação Comportamento Social. Metáfora de inteligência é o Comportamento Social.

12 Várias noções de Distribuição... Resolução Distribuída de Problemas (RDP) envolve: Um grupo de especialistas Habilidades Complementares Organização Fixa Solução de Problemas Distribuídos envolve: Sistemas onde é difícil obter uma visão global. Sistemas Multiagentes (SMA)... Agentes podem preexistir Organização varia em tempo de execução

13 Um Sistema Multiagente Ambiente Esfera de Influência Organização Agentes Interação Recurso

14 RDP X SMA RDP é um subconjunto de SMA Agentes benevolentes, concebidos em conjunto SMA é base para RDP Implementação descentralizada de várias propriedades RDP e SMA são complementares

15 Relembrando... Algumas Características-chave de agentes... Autonomia Autonomia de Decisão Autonomia Autonomia de Execução Competência Competência para Decidir Agenda Agenda Própria

16 Relembrando... II Outras características que podemos encontrar são: Reatividade Adaptabilidade Mobilidade Personalidade Interatividade Ambiente de Atuação Comunicabilidade

17 Definindo SMA Um SMA é um sistema que possui os seguintes elementos: Um ambiente, E Um conjunto de objetos O Um conjunto de Agentes, A (A  O) Um conjunto de relações R, que liga objetos Um conjunto de operações Op Operadores que representam os resultados das operações em Op e as reações do ambiente a eles.

18 Então... Por que mesmo distribuir? Porque o problema é fisicamente distribuído. Porque o problema é heterogêneo. Porque as redes nos obrigam a distribuir. Porque o problema só pode ser resolvido pela integração de pontos de vista locais. Porque precisamos de adaptação a mudanças estruturais...

19 É boa idéia quando... Precisamos manter a autonomia das sub-partes; As interações são complexas Não é possível descrever o Problema a priori.

20 As vantagens... Maior rapidez na solução dos problemas Diminuição do overhead de comunicação Maior flexibilidade Aumento da Segurança

21 Resumindo... Um Sistema Multiagentes... Consiste de uma coleção de componentes autônomos, com objetivos particulares Que se interrelacionam De acordo com uma Organização Interagindo para resolver tarefas

22 Organização Conjunto de Compromisso Globais, Crenças e intenções comuns aos agentes que querem atingir um objetivo comum. Definem... Um conjunto de diretrizes... Uma política de interação. Muitos exemplos! O CIn Sua Família

23 Coordenação Fundamental para o trabalho conjunto. Um SMA pressupõe coordenação entre seus agentes! Porque... Há dependências entre as ações Nenhum indivíduo pode resolver o problema sozinho Deve-se respeitar as restrições globais Deve-se garantir a harmonia na execução conjunta de tarefas!

24 Coordenação... III Para coordenar com sucesso é preciso... Uma estrutura... Flexibilidade nas interações Comunicação! Negociação! Conhecimento e raciocínio Para reconhecer interações potenciais entre planos de ação!

25 Comunicação Habilita os agentes a intercambiar informações. Percepção Ação Modelada sobre a comunicação humana Atos de Fala Blackboard Tem esforços de padronização!

26 Negociação Esforço para solução de conflitos e cooperação Grupo de agentes “self-interested” que consegue chegar a uma decisão conjunta. Envolve.. Linguagem Protocolo – ex. Contract Net Processo de Decisão

27 Então... O fundamental é... Interagir!!! Com quem? Quando? Qual o conteúdo? Como? Que processos e recursos? Por que? Como estabelecer a compreensão mútua?

28 Design de SMA Quando partir para SMA? Quando o ambiente é aberto; Quando os agentes são a metáfora natural. Quando há distribuição de dados, controle ou expertise. Quando estamos lidando com sistemas legados.

29 Considerações em SMA Ação Como coordenar ações? O indivíduo e sua relação com o mundo Estados mentais Interação Comunicação Negociação/Argumentação Implementação

30 Comunicação... Relação dinâmica mediada por sinais, que quando interpretados, afetam os agentes envolvidos. Possibilita... Cooperação e Coordenação Em outra palavras... Comunicação é: Uma forma de ação Utilizada pelo agente para tornar realidade um estado do mundo

31 Tipos de comunicação Telepatia Acesso direto à uma Knowledge Base (KB) Lendo a mente... Cada um com sua KB KB compartilhada Problemas Podem usar o mesmo símbolo para denotar coisas diferentes Podem usar símbolos diferentes para denotar a mesma coisa Linguagem de Comunicação de Agentes (LCA) Comum

32 Atos da Fala Categorização das expressões humanas qto a Intenção do locutor Impacto do ato comunicativo no receptor Existem aproximadamente 4600 atos de fala! Não é esse o objetivo de uma LCA Ajuda a decidir as primitivas das LCAs Todo primitiva de uma LCA é um ato de fala

33 Para dar certo... Searle Condições normais de Entrada/Saída Condições Preparatórias Receptor capaz de realizar ação Emissor acredita nisto Receptor não deve fazer isto de qq maneira

34 Atos da Fala Linguagem Humana Atos comunicativos são interpretados a partir da mensagem e do contexto Nem sempre esta interpretação é óbvia Dificuldades “Cale-se !” (Comando) “Por favor, você pode se calar ?” (Pedido) “Você vai se calar ou não ?” (Pergunta) “Eu gostaria que você se calasse.” (Informação)

35 Atos da Fala : Categorias Representativos Expressam uma Proposta Ex: “Vamos jogar boliche amanhã?” Diretivos Expressam um Pedido ou Comando Ex: “Cale-se!” Comissivos Expressam Promessa ou Ameaça Ex: “Eu prometo doar R$1.000,00.” Expressivos Expressam Desculpas ou Agradecimentos Ex: “Desculpe pelo atraso?” Declarativos Mudam o Estado do Mundo Ex: “Eu os declaro marido e mulher!” Veredictos Expressam um Julgamento Ex: “West é criminoso.”

36 Atos da Fala Ato Locucionário Emissão da mensagem “Você poderia fazer um café?” Efeito Ilocucionário O que o locutor entende por algo “Ele me pediu para fazer café” Efeito Perlocucionário O real efeito do ato comunicativo no receptor “Ele me fez fazer café” Ideal Efeito perlocucionário previsível Para um dado Ato Locucionário, Efeito Ilocucionário = Efeito Perlocucionário. Ou seja, prever a reação do receptor!

37 Linguagens de Comunicação Baseadas na Teoria dos Atos da Fala (Searle, Austin) Objetiva a troca de informações entre agentes Transporte de mensagens na rede através de protocolos de baixo nível SMTP, TCP/IP, IIOP ou HTTP Esse transporte é transparente para o usuário Para o KSE, uma LCA é dividida em: Ontologia Linguagem interna (lógica) Codificação do conteúdo Linguagem externa Ato Locucionário (Performativa) Encapsulamento de infomações para o roteamento

38 Ontologias Definição Vocabulário cujos termos são relacionados a um certo domínio e precisamente definidos. Os relacionamentos entre esses termos também são especificadas usando técnicas de modelagem formal Uma vez especificada… Pode-se construir uma KB relacionadas ao domínio coberto pela ontologia Esta KB pode ser compartilhada com outros agentes interessados em conhecimentos sobre este domínio

39 Linguagem Interna (LI) O que é? Linguagem em que deve ser codificado o conhecimento que se deseja compartilhar com o destinatário da mensagem Exemplos KIF ( Knowledge Interchange Format ) Versão prefixada (“LISP like”) da lógica clássica de primeira ordem Não está totalmente implementada para uso comercial Produzida pelo KSE Linguagem natural Prolog, SQL, LISP RDF (Resource Description Framework) XML Ato Comunicativo Conteúdo Mensagem

40 Exemplo de uma Mensagem KIF (=(temperatura m1) (scalar 40 Celsius)) (defrelation solteiro (?x) := (and (man ?x) (not(casado ?x))))

41 Linguagem Externa ( LE ) O que é ? Linguagem que encapsula: O ato comunicativo = ato locucionário = performativa Informações para o roteamento Agente receptor Ontologia Linguagem interna Conteúdo … Exemplos KQML FIPA ACL

42 KQML : Problemas Ambigüidade e Termos Vagos O significado de performativas é pouco claro. Performativas com nomes inadequados Algumas performativas têm nomes que não correspondem diretamente ao ato comunicativo a ela associado Ex: “tell” Ausência de performativas Alguns atos comunicativos não estão representados entre as performativas disponíveis - Comissivas

43 FIPA Foundation for Intelligent Physical Agents www.fipa.org

44 FIPA : Histórico FIPA é uma associação sem fins lucrativos fundada em 1996 e localizada em Genebra na Suíça Objetiva promover o sucesso das aplicações, serviços e equipamentos baseados em agentes Provê especificações para maximizar a interoperabilidade entre aplicações, serviços e equipamentos baseados em agentes

45 FIPA FIPA x KQML Ao contrário do KQML, as especificações FIPA têm uma grande preocupação com a modelagem semântica Linguagem de Comunicação de Agentes FIPA ACL Linguagens Internas FIPA Content Language Library (FIPA-CLL) FIPA-SL, FIPA-RDF, FIPA-CCL, FIPA-KIF, … Mas também é independente de LI

46 FIPA ACL Sintaxe Praticamente igual ao KQML Conjunto de performativas menor accept-proposal, agree, cancel, cfp, confirm, disconfirm, failure, inform, inform-if, inform-ref, not-understood, propose, query-if, query-ref, refuse, reject-proposal, request, request-when, request-whenever, subscribe Semântica Definida precisamente Mensagens são mapeadas na FIPA-SL <i, inform(j,  ) pre: B i    B i (Bif j   Uif j  ) Efeito: B j 

47 Definindo Performativas... Inform – ato representativo, uma ação Está sol lá fora. Estou com sono. Visa.. Modificar as crenças de agentes Não pode ser realizado por acidente São uma tentativa

48 Request Ato Diretivo Tenta modificar as intenções do destinatário Dois tipos diferentes Request-to Request-that

49 FIPA ACL x KQML Igualdades Independência de IL e de ontologias Sintaxe idêntica Diferenças Visível principalmente na semântica Performativas são diferentes Os agentes de FIPA ACL são proibido de manipular diretamente a KB de outros agentes

50 Diferenças (situação fictícia) Em KQML Mensagem de A para B: achieve goal X Usa todo o vocabulário da LCA (performativa “achieve”) Em FIPA ACL Mensagem de A para B: inform ( achieve goal X ) A LCA não entende! A LI sim! Elimina a necessidade da performativa achieve na LCA Conteúdo FIPA ACL x KQML

51 Exemplo A1 envia a seguinte mensagem para A2... ( inform :senderA1 :receiverA2 :reply-withid1 :language...:ontology... :content((= available-service A1) (set(provide Professor(X,Y))))”

52 Exemplo A2 pergunta então a A1... ( query-ref :senderA2 :receiverA1 :in-reply-toid1 :reply-withid2 :languageProlog :ontologyCIn :content“Professor(X, ‘Agentes’)” )

53 Exemplo A1 responde ao agente A2... ( inform :senderA1 :receiverA2 :in-reply-toid2 :reply-withid3 :languageProlog :ontologyCIn :content“X = Geber, X = Flávia, X = Jacques...” )

54 Exemplo A simple one...

55 Agente Somador Linguagens Java KQML Ferramentas SACI (Simple Agent Communication Infrastructure)

56 Sociedade Agente Somador Agente Servidor Agente Cliente Facilitador (1) Advertise (2) Get Possible Servers (3) Forward (5) Forward (4) Ask One (6) Tell

57 Plus Server public static void main(String[] args) { Agent a = new PlusServer(); if (a.enterSoc("APlusServer")) { mbox.advertise("ask-one", "algebra", "matematica", "X+Y"); a.run(); // Fica lendo o Mailbox }

58 Plus Server public void run() { while (running) { Message m = mbox.polling(); if (m.get("performative").equals("forward")) { m = new Message(m.get("content").toString()); } if (m.get("performative").equals("ask-one")) { Message r = new Message("(tell)"); r.put("receiver", m.get("sender")); r.put("in-reply-to", m.get("reply-with")); r.put("content", calcula( (String)m.get("content") ) ); mbox.forward(r); } else { System.out.println("ignorando a mensagem"); } }

59 Plus Client public static void main(String[] args) { PlusClient a = new PlusClient(); if (a.enterSoc("AClient")) { a.run(args[0]); }

60 Plus Client public void run(String exp) { String ag = mbox.consultYP("ask-one", "algebra", "matematica", "X+Y"); Message m = new Message("(ask-one :content \""+ exp + "\")"); m.put("receiver", ag); m.put("reply-with", "rSoma"); mbox.forward(m); Message resposta = mbox.polling(); if (resposta.get("performative").equals("forward")) { resposta = new Message(resposta.get("content").toString()); } if ( ((String)resposta.get("in-reply-to")).equals("rSoma")) { System.out.println("\n\n>>>>>>>>> Resposta de “ + resposta.get("sender") + " foi “ + resposta.get("content")); } mbox.disconnect(); }

61 Cenas dos Próximos Capítulos Vimos... Motivação para SMA Cuidados em seu projeto Aplicações Veremos Comunicação entre agentes Organizações Protocolos de Cooperação e Negociação