SISTEMAS MULTIAGENTES Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes SISTEMAS MULTIAGENTES Fred Freitas flgf@di.ufpe.br

Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes Índice IA e SD Agentes Inteligência centralizada x distribuída Motivações Noções fraca e forte de agente Resolução distribuída de problemas - RDP Sistemas Multiagentes - SMAs SMAs Reativos SMAs Cognitivos Teoria dos Atos da Fala KSE:KQML,KIF e Ontolingua Sistemas Híbridos Problemas em IAD Aplicações Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes Sociedade de Objetos Evolução de Objetos Distribuídos : Objetos Concorrentes. Objetos concorrentes = objetos distribuídos + processador Inspiração biológica : células de um corpo. Como manter controle de versões e mudanças transparentes e robustas para todas as classes de usuários? Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes Sociedade de objetos Solução: Noção de tempo => Agentes. Mais atividade e menos passividade. Sobrevivência ligada à satisfação dos usuários (timeout). Apertos (91!) : Hosts completamente móveis através de VIP (Virtual IP) como uma subcamada do IP, migração e nomeação distribuída, implementados a nível de sistema. Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Modelo de Campo Computacional Novo, atraído pela gravitação Metáfora : Objetos concorrentes flutuando no mar (Campo Computacional). Forças em jogo : Gravitação - comunicação freqüente atrai objetos Repulsão - Balanceamento de carga Fricção - Objetos maiores tendem a não se mover Forças de Repulsão Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Arquiteturas Distribuídas Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes IA e SD Resolução de Problemas Aprendizado Simbólico Conexionista Dedução e inferência Planejamento Processamento de Linguagem Natural Sistemas Especialistas Agentes Interconexão de máquinas, sistemas, redes, etc Heterogeneidade Comunicação Concorrência Compartilhamento de recursos Objetos Distribuídos Escalabilidade Transparência Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

O que é um agente Agente é qualquer entidade que: percebe seu ambiente através de sensores (ex. cameras, microfone, teclado,mensagens de outros agentes,...) age sobre ele através de efetuadores (ex. video, auto-falante, impressora, braços, ftp, mensagens para outros agentes,...) Medida de desempenho: Critério que define o grau de sucesso das ações Agente sensores a m b i e n t e Racionalidade racionalidade é limitada (ex. máquina de calcular) não oniciênciente (ex. champs élisées) pode não ter tempo agir para obter mais dados perceptivos é racional! (ex. relógio) modelo do ambiente Raciocinador efetuadores

Propriedades Autonomia (IA) Adaptabilidade & aprendizagem (IA) raciocínio, comportamento guiado por objetivos reatividade Adaptabilidade & aprendizagem (IA) Comunicação => Cooperação ou Colaboração (IA) Personalidade (IA) Continuidade temporal Mobilidade

Inteligência : Centralizada ou Distribuída ? Cada um fa(e)z um pouco, e... somos UM! Não aproveitamos muito o trabalho alheio. A Internet nos faz trabalhar de forma mais inteligente (nenhum componente é crítico). Resolução de problemas : Há alguns cuja solução é inerentemente distribuída ou fica mais fácil distribuindo! Somos centralizados ou distribuídos ?? Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes Histórico HEARSAY II [Corkill et al.73] Arquitetura de quadro-negro. Sociedade da Mente [Minsky78] Distribuição, independência e emergência. Contract Net [Smith82] Leilão de tarefas. Robôs reativos [Brooks 86] Arquitetura de subsunção (taxonomia). Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Sociedade da Mente [Minsky] Uma porção de agências por mente! Ações e soluções emergem: conflitos, metas(prazer,dor), diferentes representações neurais e simbólicas,mecanismos de controle e vias, garis, ativadores,memória de agentes,reuso criativo,hierarquias de sociedades,scripts,habilidades construídas a partir de somas, teias de RNAs. Aceitam-se ambiguidades e erros! Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes H E A B F D C G Exemplo O Quebra-cabeça dos N(8) números é um NP-completo. A*-3x3 peças IDA*-4x4 peças RTA*-5x5 peças Sem escalabilidade RDP-testes c/30x30! Cd peça:ag.reativo. A solução emergiu das interações entre eles. Primitivas de satisfação, fuga e agressão, c/ pontuação por distância, restrições de trancamento, loops e pontas. Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Quebra-cabeça dos N(8) números Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Quebra-cabeça dos N(8) números E B C A H F D G Bloqueado Ativo Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Quebra-cabeça dos N(8) números E B C A H F D G Bloqueado Ativo Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Quebra-cabeça dos N(8) números B C E A H F D G Ativo Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Quebra-cabeça dos N(8) números B C H A G E F D Ativo Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Quebra-cabeça dos N(8) números A B C G H E F D Bloqueado Ativo Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes IA Clássica Metáfora psicológica: uma pessoa ou entidade resolve o problema. Inteligência atomizada, restrita aos micro aspectos de sua própria racionalidade. Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

IA Distribuída - Sistemas Multiagentes Complementa a metáfora psicológica com uma sociológica. As soluções emergem de ações e interações produtivas entre agentes autônomos. Relacionada aos macro aspectos dos agentes :agentes enquanto sociedade. Inspirada tb em linguística, sociologia, economia,filosofia, biologia e ... Redes Neurais! Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes IA Distribuída (IAD) Não é IA paralela, nem Sist.Distribuídos. Resolução grupal de problemas, através de cooperação ( diferente de colaboração). Grande interatividade e capacidade de comunicação. Organização - meios que garantam a convergência: Estruturas de autoridade e controle divididos. Divisão de conhecimento e recursos. Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Motivações de Multiagentes Avanços científicos: grandes redes heterogêneas abertas, concorrência, sistemas distribuídos, bibliotecas digitais Interdependências complexas Não há controle global Limitação de recursos e de racionalidade Problemas grandes e complexos, experimentação Domínios distintos Recuperação de informações(IR), Mineração de Dados e Mediação de alto nível. Internet! Simulação de sistemas naturais e sociais, jogos Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes Noção fraca de agente Racionalidade restrita a si próprio ( egoísmo ou autismo). Autonomia restrita : controle de seu estado interno. Sociabilidade autista ou consciente através de uma Linguagem de Comunicação de Agentes (Ex:KQML, Arcol). Reatividade. Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes Noção Forte de Agente Noções mentalísticas : postura intencional, não-mecanicista e útil, pelo emprego de crenças, desejos e intenções/escolhas (BDI). Honestidade e senso de equipe. Racionalidade e aprendizado/adaptação social. Resolução de problemas complexos e exploração. Programação Orientada a Agentes[Shoham]: Consistência interna (crenças,obrigações,...) Persistência de estado mental Capacidade de desincumbir a si e a outros, se não há capacidade de cumprir as metas. Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Noção Forte de Agente - Lógicas Difícil formalização : crenças exigem lógicas mais complexas, porque Acredita(Zé,Melhor-ponta(Garrincha)) e Mané=Garrincha não quer dizer que Acredita(Zé,Melhor-ponta(Mané)) ! Lógicas modais normais/ lógicas de conhecimento e crença. Mundos possíveis, crenças(KD45), lógicas que combinam atitudes diferentes. Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Divisão de soluções em IAD Resolução Distribuída de Problemas - RDP Sistemas Multiagentes - SMAs Reativos Cognitivos Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Resolução Distribuída de Problemas - RDP Ênfase no global: modelo, problema e critérios de sucesso. Objetivos da sociedade. Colaboração entre agentes distribuídos. E:Tarefas,ambiente. S:modelo dos agentes e esquema de resolução das tarefas. Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes Problema RDP Divisão em subproblemas Concepção Projeto dos Agentes Projeto das Interações Projeto das Organizações Resolução Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Sistemas Multiagentes - SMA Ênfase no local: modelo, problema e critérios de sucesso. Objetivos dos agentes. Coordenação entre agentes num mesmo ambiente. E:agentes,ambiente. S:tarefas resolvíveis e esquema de resolução das tarefas. Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes SMA Concepção Projeto dos Agentes Projeto das Interações Projeto das Organizações Resolução Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

SMAs Reativos X SMAs Cognitivos Conhecimento implícito Não-histórico Behaviorista ou positivista Reativo Comunicação indireta Inspirado em coletivos de animais Uma porção de agentes Conhecimento explícito Mentalista e histórico Subjetivista (BDI) Deliberativo Comunicação direta Inspirado nas sociedades humanas Poucos agentes Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes SMAs Reativos R. Brooks 86 - Arquitetura de subsunção (taxonomia) Controlar robôs físicos (dinamismo e desconhecimento). Inteligência pode ser gerada sem conhecimento explícito ou raciocínio abstrato! É uma propriedade emergente de certos sistemas complexos. A inteligência real está situada no mundo, e não em sistemas desincorporados ( especialistas, provadores, etc)! Comportamento inteligente emerge das interações com o ambiente. Competição entre camadas hierárquicas. Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

SMAs Reativos - Características Não há representação explícita de conhecimento. Não há representação do ambiente. Não há memória das ações. Os agentes possuem estados internos. 3 modelos : Funcionalidade emergente Eco-resolução PACO (PAdrões de COordenação) Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes Eco-resolução Solução é um estado estável de comportamentos. Eco-agentes possuem : Objetivo : Estado de satisfação Estado interno, baseado em autômato finito: Satisfeito Em busca de satisfação Em fuga Ações elementares: comportamentos de satisfação e fuga Vontade de estar satisfeito Obrigação de fugir, quando atacado Percepção : Quem o incomoda Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Tipos de SMAs Cognitivos Agentes organizados Perspectivas múltiplas, leis e regras sociais Agentes negociantes Resolução de conflitos por negociação Agentes intencionais Intenções (ou escolhas), compromissos, planos parciais Agentes cooperativos Representação mútuas, alocação de tarefas Módulos com comunicação. Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Descrição externa Raciocínio Social Raciocínio Decisão ED ER EC Revisão Percepção Recepção Emissão Ação Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Comunicação entre agentes Troca de mensagens ou Quadro Negro. Infra-estrutura de comunicação: Com ou sem conexão (email) Ponto a ponto, multicast ou broadcast Síncrona ou assíncrona Protocolos:KQML,HTTP,HTML,OLE,CORBA,DSOM. Segurança : Selos / autenticações. Mediação : Baseada em ontologias ou transacional. Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

SMAs Cognitivos - Teoria dos Atos de Fala Os SMAs Cognitivos podem basear-se em Teoria da Decisão, Utilidade, Jogos ou Dependência Mas devem basear-se na Teoria dos Atos de Fala. Como uma ação, a comunicação deseja mudar o ambiente. Atos de fala são assertivos(informativos), diretivos, comissivos, declarativos ou expressivos (emoções). KQML e Arcol (FIPA) procuram implementar alguns destes atos, mas há críticas. Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Knowledge Sharing Effort (KSE) Desenvolver infra-estrutura para reuso e compartilhamento de conhecimento. O KSE é organizado em três grupos de trabalho : Interlingua Group - tradução. Linguagem KIF. SRKB (Shared, Reuasable Knowledge Bases) Group - Construção de Ontologias Compartilháveis. External Interfaces Group - Linguagem KQML. Ontolingua - Tradução entre formalismos via KIF. Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

KQML - Knowledge, Query and Manipulation Language KQML é uma linguagem e um conjunto de protocolos que dão suporte a agentes na identificação, conexão e troca de informação com outros agentes. Mensagens KQML não enxergam o conteúdo das mensagens que elas transportam; É dividida em três camadas : camada de comunicação - parâmetros de baixo nível da comunicação (sender, recipient, id,etc) camada de conteúdo - normalmente em KIF; camada de mensagem - determina o tipo de interações da comunicação( linguagem de conteúdo, ontologia , etc) Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

KQML - Executivas (atos de fala) As executivas podem ser enquadradas nas seguintes categorias : Executivas de Conversação - trocas de informação e conhecimento na conversação de dois agentes (askif,ask-all;tell,advertise,insert,subscribe, recruiting) Executivas de Intervenção - intervenção do curso normal da conversação (error,sorry); Executivas de Facilitação e Rede - permitem que agentes achem outros agentes que podem processar suas consultas (register,unregister,transport-address, forward,broadcast,broker-one,recommend-one) Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

KIF - Knowledge Interchange Format Codifica o conhecimento a ser transportado em Lógica de 1a. Ordem com cálculo de predicados e teoria dos conjs. Útil na definição de ontologias. (defrelation PHYSICAL-DIMENSION (class PHYSICAL-DIMENSION )) (defrelation UNIT-OF-MEASURE (=> (UNIT-OF-MEASURE ?u) (and (defined (unit.dimension ?u )) (physical-dimension (unit.dimension ?u ))))) (defunction QUANTITY.DIMENSION (=> (physical-quantity ?q) (and (defined (QUANTITY.DIMENSION ?q )) (physical-dimension (QUANTITY.DIMENSION ?q ))))) Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Comunicação via KQML e KIF Exemplo : O facilitador recebe a seguinte mensagem : (broker-one :sender C :receiver facilitador :reply-with id3 :language KQML :ontology kqml-ontology :content (ask-all :sender C :reply-with id4 :language Prolog :ontology Campeonato Brasileiro :content “Campeao(Flamengo,Y)”)) Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Comunicação via KQML e KIF Exemplo (cont.) : Então, o agente facilitador depois de procurar pelas mensagens “advertise”que tem sido recebidas por ele, decide enviar a seguinte mensagem para o agente A : (ask-all :sender facilitador :receiver A :in-reply-to id1 :reply-with id4 :language Prolog :ontology Campeonato Brasileiro :content “Campeao(Flamengo,Y)”)) Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Comunicação via KQML e KIF Exemplo (cont.) : E o agente A responde com a seguinte mensagem : (tell :sender A :receiver facilitador :in-reply-to id4 :reply-with id5 :language Prolog :ontology Campeonato Brasileiro :content “Campeao(Flamengo, 1980), ... , Campeao(Flamengo, 1992)”) Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Comunicação via KQML e KIF Exemplo (cont.) :E então, o agente facilitador envia para o agente C : (forward :from A :sender facilitador :receiver C :in-reply-to id3 :reply-with id6 :language KQML :ontology kqml-ontology :content (tell :receiver C :language Prolog :ontology C. Brasileiro :content “Campeao(Flamengo, 1980), ... , Campeao(Flamengo,1992)”) Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes Ontolingua Ontologias “de prateleira” Ontolingua LOOM Ontol. “T-box” Epikit Axiomas Express Modelo Inform. Prolog Regras backwar chaining” CLIPS Regras forward chaining CORBA IDL KIF Lógica predic.1ª ordem Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes Colaboradores remotos Escritores Leitores Ontolingua Servidor / Editor de Ontologias HTTP Editor Aplicações remotas NGFP NGFP Aplic. GUI Bibl Servidor DB Tradutores: LOOM,IDL,CLIPS... Aplicações stand-alone Transferência de arquivos (Batch) Aplic. KQML BC Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes Sistemas Híbridos As camadas superiores são deliberativas e as inferiores são reativas, com maior precedência. Problema: como gerenciar interações clean entre camadas. InteRRaP - hierárquico : Interação com o mundo. Padrões de comportamento ativados com pré-condições Planos e cooperação Orientado por dados e metas Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes Problemas em IAD Ausência de metodologias de projeto claras. Incerteza e conflito. Interação e linguagens ainda não sedimentadas. Modelagem de outros agentes. Chaveamento cognitivo/ reativo. Quais informações devem ser globais e quais locais. Quando executar, planejar e coordenar. Principais : coerência e cooperação, através da coordenação (forte ligação com planejamento e escalonamentos). Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Dilema do Prisioneiro Duas pessoas foram presas, acusadas de haver praticado juntas um crime. A menos que uma delas confesse, não existem provas para mantê-los na cadeia por muito tempo O promotor oferece uma recompensa para quem confessar o crime (denunciando o companheiro), e neste caso o outro (que não confessou) receberá uma sentenca maior. Se ambos confessam eles irão para a cadeia, mas por um periodo de tempo mais curto. Se nenhum confessa (cooperam entre si) eles serão libertados por ausência de evidências.

Classificação social de agentes SMA Independente Cooperativo Discreto Cooperação Comunicativo Ñ-comunicativo emergente Deliberativo Negociador Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes

Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes Aplicações Transportes Tráfego urbano e aéreo Controle de aceleração de partículas Distribuição de eletricidade Alocação de recursos em fábricas distribuídas Sistemas de Telecomunicação Assistência a pacientes Controle de espaçonaves Fabricação de aço Simulação de comportamentos Cinema Mineração, cartografia, imagens Interpretação de dados e planejamento distribuídos BDs distribuídos e SDs Roteamento, equilíbrio de carga CSCW e PDAs CAD/CAM/CAE Recuperação de informações PLN Tomada de decisão distribuída Escalonamento Diagnóstico e monitoração Robótica : visão e trajetória Produtos: General Magic, IBM, etc. Fred Freitas - flgf@di.ufpe.br -Sistemas Multiagentes