Modelos de Sistemas Multi-Agente

Em (Horling & Lesser, 2004) os autores descreveram vários modelos de Sistemas Multi-Agente, descritos de seguida.

Os modelos hierárquicos são os mais utilizados no desenho de Sistemas Multi-Agente. Nestes modelos, os agentes organizam-se numa estrutura em árvore, onde os agentes de nível superior têm controlo sobre os agentes de nível inferior e onde as interacções normalmente só ocorrem entre agentes interligados por arcos, ou ramos, da árvore. Estes modelos são indicados à modelação dos mais variados tipos de problemas. No entanto, podem ser considerados frágeis já que uma falha num

dos níveis superiores pode acarretar uma falha global do sistema. Outro problema é a susceptibilidade a bottlenecks se a gestão da informação não for bem concretizada.

Os modelos holónicos representam sistemas em que cada sistema é constituído por sub-sistemas que por sua vez são constituídos por infra-sub-sistemas. Cada elemento de um sistema holónico é um holon, que resulta da combinação da palavra grega holos, que significa “todo”, com o sufixo on da língua inglesa, que sugere “parte”, como em proton ou neutron. Assim sendo, holon passa a designar o todo e a parte, implicando que tenha uma natureza recorrente. Estes modelos têm uma estrutura de controlo semelhante à dos modelos hierárquicos, tendo a grande diferença na autonomia dos holons em relação ao modo como os seus “subordinados” realizam tarefas. A desvantagem deste modelo, para além do desenho lógico dos níveis em holarquias (“holarchy”, em inglês), prende-se com a ausência de informação dos níveis superiores sobre o modo como a tarefa é realizada, o que implica uma dificuldade acrescida na previsão do desempenho do sistema.

Os modelos de aliança têm origem na teoria de jogos, sendo que as alianças entre agentes só existem enquanto não é satisfeito um objectivo comum, e deixam de existir quando esse objectivo é atingido. Uma aliança de agentes pode ser tratada como uma entidade única e autónoma e cada agente dessa aliança tem a responsabilidade de cooperar e coordenar as actividades de modo a que o objectivo seja alcançado. A vantagem destes modelos é a suposição de que o todo é maior do que a soma das partes, o que pode significar que uma aliança pode receber uma tarefa que um agente único não teria capacidade para realizar, e dessa forma aumentar a utilidade de todos os agentes da aliança. A desvantagem prende-se com o modo de formação das alianças, sobretudo em ambientes dinâmicos, uma vez que a agregação de agentes pode ser difícil por estes poderem estar associados a outras alianças.

Os modelos em equipa consistem num número de agentes cooperantes que trabalham conjuntamente de forma a alcançar um objectivo comum. Em relação ao modelo anterior, a diferença consiste em alcançar o máximo de utilidade do sistema (equipa) e não a utilidade individual, e é esperado que todos os agentes actuem em prol do objectivo da equipa. Como nas alianças, uma das vantagens de trabalhar em equipa é a possibilidade de resolver problemas de grande dimensão. Uma característica única destes modelos é a existência de redundância e a capacidade de resolver restrições globais. As grandes desvantagens são a interacção entre todos os agentes e a constante dispersão dos diferentes estados em que os agentes se encontram, uma vez que o número de comunicações aumenta significativamente em relação a outros modelos.

Os modelos de congregações são semelhantes a alianças e equipas, mas, ao contrário destes modelos, as congregações são formadas por agentes com características semelhantes ou complementares de modo a facilitar o processo de colaboração. Os agentes não têm um objectivo fixo mas sim um conjunto de capacidades ou requisitos que os leva a congregar. Estes agentes tentam maximizar a sua utilidade individual sendo esta necessidade que conduz à procura de membros que potencialmente podem contribuir para atingir os seus objectivos (estimulo à congregação). No entanto é necessário que ambos os agentes retirem benefícios substanciais da

congregação pois há um elevado tempo e energia dispendida na procura e formação da congregação.

Os modelos em sociedade são inerentes a sistemas abertos onde várias classes de agentes podem interagir, ingressar e abandonar a sociedade de livre vontade enquanto essa persiste. Uma vez que os agentes têm objectivos e capacidades diferentes, a sociedade tem de ser capaz de estabelecer regras, normas e convenções de forma a fornecer um nível de consistência e comportamento necessário à coabitação. O grande problema destes modelos é a sua complexidade no estabelecimento de regras da sociedade, pois estas têm de promover um equilíbrio entre flexibilidade que promova a obtenção dos objectivos e as restrições necessárias à vida em sociedade. Os modelos em federação admitem um grupo de agentes que concedem alguma autonomia de modo a poderem delegar num agente a representação da organização, chamado de facilitador, mediador ou intermediário. Os membros da federação interagem apenas com este mediador que é responsável pela comunicação de pedidos, estados e descrições do grupo com o exterior. A desvantagem com estes modelos é a tendência de afunilar demasiadas funções nos mediadores, originando bottlenecks no sistema.

Nos modelos de mercado existem três tipos de agentes: os compradores, os vendedores e os mediadores. Os compradores fazem propostas para utilização de recursos, realização de tarefas e aquisição de serviços ou bens enquanto os vendedores colocam um preço nas suas mercadorias e o mediador (que pode ser o vendedor) é responsável pelo leilão e determinação do vencedor. Estes modelos têm um controlo semelhante aos modelos federativos, onde um agente é responsável pela coordenação de um grupo de agentes, mas no entanto os participantes são competitivos entre si e não cedem autonomia aos mediadores, embora confiem nas suas deliberações. Ao tirar partido das regras de mercado, aumenta-se a justiça das interacções, desde que os agentes se comportem condignamente, ou seja, que não burlem o mercado. Uma forma de desencorajar este tipo de comportamento é a utilização de anonimato e comunicações seguras aliadas a estratégias dissuasoras.

Os modelos baseados em organizações matriciais recorrem a uma estrutura em que um agente ou uma equipa de agentes são geridos por mais do que um agente-gestor. Baseiam-se no modo como os humanos agem, pois estes sofrem influências de diversas entidades ao mesmo tempo (família, emprego, etc.), e é uma forma de os agentes partilharem capacidades entre si, esperando-se que as várias influências acabem por gerar um benefício alargado. O agente tem de ter autonomia e raciocínio de modo a resolver conflitos entre os vários objectivos dos gestores. Uma maneira de resolver conflitos pode ser a atribuição de funções de utilidade ao binómio entre o trabalho a realizar e o benefício desse trabalho para outras entidades.

Por último, os modelos compostos são simplesmente combinações dos modelos acima descritos, e possuem as vantagens e desvantagens dos tipos de modelos adoptados.

Na Tabela 3 é apresentado um resumo das características, vantagens e desvantagens dos diferentes modelos apresentados nesta subsecção.

Tabela 3 – Características, vantagens e desvantagens dos modelos de Sistemas Multi-Agente (Horling & Lesser, 2004)

Modelo Característica principal Vantagens Desvantagens Hierárquico Decomposição ^{Mapeia vários domínios}

comuns

Frágeis; podem levar a

bottlenecks

Holónico ^{Decomposição com} autonomia

Explora a autonomia de unidades funcionais

Deve organizar os holons; falta de previsão de desempenho

Aliança ^{Dinâmico, dirigido por}

objectivos ^{Explora força nos números}

Os benefícios de curto prazo podem não superar os custos de construção da organização

Equipa Coesão a nível de grupo

Lida com problemas de grande granularidade;

Centrado nas tarefas

Aumento da comunicação entre agentes

Congregação ^{Vida longa, dirigido por} utilidade

Facilita a descoberta de agentes

Os conjuntos podem ser excessivamente restritivos

Sociedade Sistema aberto ^{Serviços públicos; convenções} bem definidas

Potencialmente complexos, os agentes podem requerer

capacidades adicionais relacionadas com sociedade Federação Agentes intermédios ^{Facilita a alocação dinâmica}

de agentes

Os intermediários podem originar bottlenecks

Mercado Competição

Bom na alocação; utilidade acrescida através da centralização; equidade acrescida através de licitações

Potencial para colusão, comportamentos maliciosos; a

complexidade da decisão da alocação pode ser elevada

Matricial Gestores múltiplos Partilha de recursos

Potencial para conflitos; necessária uma elevada sofisticação dos agentes

Composto ^{Organizações} concorrentes Explora os benefícios de vários modelos Sofisticação ampliada; desvantagens de vários modelos