Roteamento Baseado em Agentes
3.2 Desenvolvimento de Agentes Artificiais
Esse tipo de comportamento para resolver o problema coletivamente, descrito na seção 3.1, ins- pirou a tentativa de transladar os aspectos essenciais dos agentes biológicos para agentes arti- ficiais na resolução de problemas computacionais, levando ao desenvolvimento da inteligência de enxames e da meta-heurística da otimização por colônia de formigas.
(a)
(b)
(c)
(d)
Figura 3.1 - Demonstração da capacidade das formigas de encontrar um caminho ótimo do formigueiro até a fonte de comida. (a) inicialmente não existe nenhum feromônio no caminho e as formigas escolhem aleatóriamente o caminho a seguir. (b) como o caminho B é mais curto, essa formiga retorna primeiro para o formigueiro. (c) a terceira formiga escolhe o caminho com base na intensidade de feromônio, escolhendo a rota B. (d) a maioria das formigas acaba utilizando o caminho mais curto. Retirado de [24].
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Figura 3.2 - Caso o caminho B seja interrompido, as formigas conseguem explorar o am- biente para encontrar outros caminhos de menor distância até a fonte de comida. Retirado de [24].
3.2.1 Inteligência de Enxames
Inteligência de Enxames3.1 é uma propriedade de sistemas onde o comportamento coletivo de
agentes (não-sofisticados) interagindo localmente com o seu ambiente provoca o surgimento de padrões globais coerentes e funcionais. Ela possibilita a base com a qual é possível resolver problemas coletivamente (distribuídos) sem a necessidade de um controle central ou modelo global [17].
Essa nova área de pesquisa científica emergiu do estudo do comportamento de espécies como formigas, abelhas, vespas, peixes e pássaros, onde cada indivíduo da colônia possui suas próprias tarefas, e ainda o grupo como um todo aparece altamente organizado, sem uma ne- cessidade aparente de qualquer tipo de supervisão das atividades de integração dos indivíduos. Todas essas espécies possuem indivíduos com um comportamento social relativamente sim- ples, mas que em conjunto podem atingir um comportamento coletivo complexo por interação. Isso permite resolver problemas com objetivos globais de uma maneira mais eficiente do que se um único indivíduo tentasse resolver. É fácil perceber que o comportamento do enxame é rigorosamente associado ao comportamento dos indivíduos, ou seja, o comportamento cole- tivo dos indivíduos determina o comportamento do enxame. Por outro lado, o comportamento do enxame determina as condições sobre as quais cada indivíduo realiza as suas ações. A interação social entre indivíduos é essencial para o comportamento coletivo.
3.2.2 Otimização por Colônia de Formigas
A otimização por colônia de formigas é uma área de pesquisa dentro da inteligência de enxa- mes, sendo provavelmente a mais popular e a que obteve mais sucesso. A metaheuristica da otimização por colônia de formigas é uma estrutura de multi-agentes para otimização combi- natorial cujos principais componentes são [3]: um conjunto de agentes tipo formigas, o uso de memóriae decisões estocásticas, e estratégias coletivas e de aprendizado distribuido.
A peculariedade das colônias de formigas é que elas consistem de um grande número de in- divíduos nas quais diferentes tipos morfológicos existem que são especializados para deter- minadas tarefas. Coletivamente, as formigas desempenham tarefas complexas como construir estruturas ótimas para o ninho, proteger a rainha e as larvas, limpar o ninho, achar as melhores fontes de comida e otimizar as estratégias de ataques. Todas estas atividades acontecem sem a existência de um comando central.
3.2.3 Conceito de Estigmergia
A interação social entre indivíduos pode ser direta ou indireta. A interação direta é o contato di- reto visual, auditivo ou químico entre os indivíduos. A interação social indireta ocorre quando um indivíduo modifica o ambiente e o comportamento futuro dos outros indivíduos é influen- ciado pela mudança do ambiente. Esse tipo de interação é chamado de estigmergia3.2. Desta
forma, as atividades ocorrem distribuidamente, sem a necessidade de um comando central. Dois diferentes tipos de estímulos para a estigmergia podem ser distinguidos. As carac- terísticas físicas do ambiente podem ser modificadas, como a escavação de um buraco no local. Ao fazer isso, as outras formigas podem aumentar o buraco. Esse tipo de estímulo é chamado sematectônico3.3 No segundo tipo: as formigas modificam os estímulos locais e, portanto, o
comportamento de outras formigas. Por exemplo: ao depositar feromônios em certo local. Isto é chamado de estigmergia baseada em sinal. Como exemplo para a estigmergia baseada em sinal tem-se o problema de se encontrar o melhor caminho entre o formigueiro e uma fonte de comida. Nesse caso, as formigas tendem a seguir o caminho com a maior trilha de feromônios.
3.2 Do inglês: “stigmergy”. Esse termo é um pouco mais confuso para tradução, uma vez que não se pode encontrar uma tradução, ou um equivalente em português. Nesse caso, aplicou-se um neologismo a partir do termo em inglês para se obter o termo em português.
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Assim, em cada intersecção elas verificam qual o caminho que possui a trilha mais forte e com uma alta probabilidade seguem esse caminho. Entretanto, algumas formigas não seguem esse caminho, elas seguem caminhos com menos feromônios ou até sem feromônios. Esse comportamento permite que as formigas possam investigar outras alternativas para encontrar melhores caminhos.
A persistência da trilha de feromônios que elas liberam depende da taxa com a qual as formigas liberam o feromônio, da quantidade depositada e da evaporação de feromônio no ambiente. Assim, se diversas formigas utilizarem o mesmo caminho haverá uma maior concentração de feromônios nesse caminho.