Centro de Ciências Exatas e da Terra
Departamento de Informática e Matemática Aplicada Programa de Pós-Graduação em Sistemas e Computação
Avaliação de arquiteturas de agentes emocionais:
uma abordagem baseada em métricas de qualidade
e na influência das emoções sobre usuários
Dissertação de Mestrado
Marcílio de Oliveira Meira
Marcílio de Oliveira Meira
Avaliação de arquiteturas de agentes emocionais:
uma abordagem baseada em métricas de qualidade
e na influência das emoções sobre usuários
Dissertação de mestrado submetida ao Programa de Pós-Graduação em Sistemas e Computação do Departamento de Informática e Matemática Aplicada da Universidade Federal do Rio Grande do Norte como parte dos requisitos para a obtenção do grau de Mestre em Sistemas e Computação (Msc.).
Seção de Informação e Referência
Catalogação da Publicação na Fonte. UFRN / Biblioteca Central Zila Mamede
Meira, Marcílio de Oliveira.
Avaliação de arquiteturas de agentes emocionais: uma abordagem baseada em
métricas de qualidade e na influência das emoções sobre usuários / Marcílio de
Oliveira Meira. - Natal, RN, 2012.
87 f.
Orientador: Anne Magály de Paula Canuto.
Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Centro
de Ciências Exatas e da Terra. Departamento de Informática e Matemática Aplicada.
Programa de Pós-Graduação em Sistemas e Computação.
1. Inteligência artificial – Dissertação. 2. Arquitetura de agentes – Dissertação. 3.
Agentes emocionais – Dissertação. 4. Interação humano computador – Dissertação. I.
Canuto, Anne Magály de Paula. II. Universidade Federal do Rio Grande do Norte. III.
Título.
Agradecimentos
Agradeço a Deus por ter me dado a oportunidade de iniciar e concluir o
mestrado. Sou imensamente grato por todas as oportunidades que me foram dadas de
crescimento intelectual e moral.
À minha família agradeço por todo auxílio prestado, pela compreensão e apoio
em todos os momentos.
Agradeço a minha orientadora Anne Magály de Paula Canuto, pelos
conhecimentos transmitidos.
Aos professores André Maurício Cunha Campos, Roberta de Souza Coelho e
Alberto Signoretti pelas contribuições valiosas sugeridas.
Aos meus amigos que me incentivaram nos momentos difíceis.
Agradeço também a todos os professores colegas de trabalho e alunos do
IFRN, campus Pau dos Ferros/RN, pelo incentivo e prontidão em participar dos experimentos
Resumo
Há uma necessidade dos projetistas de sistemas multiagentes em determinar a
qualidade dos sistemas logo nas fases iniciais do processo de desenvolvimento. As
arquiteturas dos agentes também fazem parte do projeto desses sistemas, e por isso também
precisam ter sua qualidade avaliada. Motivados pelo importante papel que as emoções
desempenham em nossas vidas diárias, pesquisadores de agentes incorporados têm buscado
criar agentes capazes de ter interação afetiva e natural com usuários, de forma que produza
algum resultado benéfico ou desejável. Para isso, vários estudos propondo arquiteturas de
agentes com emoções foram surgindo sem o acompanhamento dos devidos métodos
necessários para avaliação dessas arquiteturas. Assim, o objetivo principal deste trabalho é
propor uma metodologia de avaliação de arquiteturas de agentes emocionais, que avalia os
atributos de qualidade do projeto das arquiteturas, além da avaliação da interação humano
computador, sobre os efeitos na experiência subjetiva dos usuários de aplicações que as
implementam. A metodologia é baseada em um modelo de métricas bem definido. Na
avaliação da qualidade do projeto arquitetural, os atributos avaliados são: extensibilidade,
modularidade e complexidade. Na avaliação dos efeitos na experiência subjetiva dos usuários,
que envolve a implementação das arquiteturas em uma aplicação e que sugerimos ser no
domínio de jogos de computador, as métricas são: agradabilidade, ajuda percebida, animação,
carinho percebido, confiança, cooperação, inteligência, interesse, naturalidade nas reações
emocionais, realidade do comportamento, redução de frustração e simpatia, além do tempo
médio e média de tentativas. Realizamos experimentos com esta metodologia e avaliamos
cinco arquiteturas de agentes emocionais: BDIE, DETT, Camurri-Coglio, EBDI,
Emotional-BDI. Duas das arquiteturas, BDIE e EBDI, foram implementadas numa versão do jogo
Campo Minado e avaliadas quanto à interação humano computador. Nos resultados, a DETT
se destacou com o melhor projeto arquitetural. Os usuários que jogaram a versão do jogo com
agentes emocionais tiveram um melhor desempenho do que os que jogaram sem agentes. Na
avaliação da experiência subjetiva dos usuários, as diferenças entre as arquiteturas foram
pouco relevantes.
Área de concentração: Sistemas multiagentes.
Abstract
There is a need for multi-agent system designers in determining the quality of
systems in the earliest phases of the development process. The architectures of the agents are
also part of the design of these systems, and therefore also need to have their quality
evaluated. Motivated by the important role that emotions play in our daily lives, embodied
agents researchers have aimed to create agents capable of producing affective and natural
interaction with users that produces a beneficial or desirable result. For this, several studies
proposing architectures of agents with emotions arose without the accompaniment of
appropriate methods for the assessment of these architectures. The objective of this study is to
propose a methodology for evaluating architectures emotional agents, which evaluates the
quality attributes of the design of architectures, in addition to evaluation of human-computer
interaction, the effects on the subjective experience of users of applications that implement it.
The methodology is based on a model of well-defined metrics. In assessing the quality of
architectural design, the attributes assessed are: extensibility, modularity and complexity. In
assessing the effects on users' subjective experience, which involves the implementation of
the architecture in an application and we suggest to be the domain of computer games, the
metrics are: enjoyment, felt support, warm, caring, trust, cooperation, intelligence,
interestingness, naturalness of emotional reactions, believabiliy, reducing of frustration and
likeability, and the average time and average attempts. We experimented with this approach
and evaluate five architectures emotional agents: BDIE, DETT, Camurra-Coglio, EBDI,
Emotional-BDI. Two of the architectures, BDIE and EBDI, were implemented in a version of
the game Minesweeper and evaluated for human-computer interaction. In the results, DETT
stood out with the best architectural design. Users who have played the version of the game
with emotional agents performed better than those who played without agents. In assessing
the subjective experience of users, the differences between the architectures were
insignificant.
Concentration area: Multiagent systems.
Sumário
1. Introdução 1
1.1. Motivação …... 2
1.2. Objetivos …... 3
1.3. Contribuições …... 4
1.4. Organização do trabalho …... 5
2. Conceitos Relacionados 6 2.1. Agentes BDI …... 6
2.2. Agentes com Emoções …... 8
2.2.1. BDIE …... 9
2.2.2. EBDI …... 12
2.2.3. DETT …... 16
2.2.4. Emotional-BDI …... 18
2.2.5. Arquitetura de Camurri e Coglio …... 22
2.3. Considerações Finais …... 24
3. Metodologias de Avaliação de Arquiteturas de Agentes 26 3.1. Métodos de avaliação analítico e experimental …... 26
3.2. Avaliação de arquiteturas de agentes …... 27
3.3. Avaliação de agentes emocionais …... 31
3.4. Considerações finais …... 35
4. Metodologia 37 4.1. Modelo Proposto …... 37
4.2. Etapas da Avaliação …... 39
4.2.1. Avaliação dos Atributos de Qualidade …... 39
4.2.1.1. Analisar Modelos Arquiteturais …... 40
4.2.1.2 Avaliar a Extensibilidade …... 40
4.2.1.3. Avaliar a Modularidade …... 41
4.2.1.4. Avaliar a Complexidade …... 42
4.2.1.5 Classificar Arquiteturas …... 43
4.2.1.6. Analisar Resultados dos Atributos de Qualidade …... 43
4.2.2. Avaliação dos Efeitos da Interação Com Agentes Emocionais …... 44
4.2.2.1. Projetar Aplicações com Agentes Emocionais …... 45
4.2.2.3. Definir e Organizar a População …... 48
4.2.2.4. Verificar a Compreensão das Expressões Emocionais …... 48
4.2.2.5. Realizar Experimentos e Aplicar Questionários …... 48
4.2.2.6. Analisar Resultados da Verificação das Expressões Emocionais …... 49
4.2.2.7. Analisar Resultados da Experiência Subjetiva …... 49
4.3. Considerações Finais …... 50
5. Experimentos 52 5.1. Avaliando Atributos de Qualidade …... 52
5.1.1. Análise dos Módulos e Componentes …... 52
5.1.2. Avaliação da Extensibilidade …... 53
5.1.3. Avaliação da Modularidade …... 54
5.1.4. Avaliação da Complexidade …... 55
5.1.5. Classificação das Arquiteturas …... 57
5.1.6. Análise dos Resultados dos Atributos de Qualidade …... 57
5.2. Avaliando Interação Com Agentes Emocionais …... 58
5.2.1. Aplicações …...…... 58
5.2.1.1. Jogo Campo Minado …... 58
5.2.1.2. Aplicação Javagotchi …... 62
5.2.2. Questionários …... 65
5.2.3. Definindo População …... 68
5.2.3.1. Divisão da População em Grupos …... 69
5.2.4. Resultados da Verificação das Expressões Emocionais …... 73
5.2.5. Resultados da Experiência Subjetiva …... 73
5.3. Considerações Finais …... 76
6. Considerações Finais 78 6.1. Trabalhos Futuros …... 79
Lista de Figuras
Figura 1 - Sistema de Raciocínio Procedural – PRS …... 8
Figura 2 - Arquitetura BDI e seus componentes …... 10
Figura 3 - Visão funcional da arquitetura BDIE …... 10
Figura 4 - Diagrama esquemático da arquitetura EBDI …... 14
Figura 5 - Comparação da arquitetura BDI original e a BDI melhorada com OCC ….... 17
Figura 6 - Arquitetura DETT com a Disposição incorporada ao modelo BDI com OCC 17 Figura 7 - Módulo Gerente para as Habilidades Efetivas …... 19
Figura 8 - O gerente de Sentido e Percepção …... 20
Figura 9 - Arquitetura conceitual Emotional-BDI …... 20
Figura 10 - Estrutura geral do agente emocional …... 22
Figura 11 - Atributos de qualidade para medir sobre as arquiteturas …... 40
Figura 12- Análise da coesão das arquiteturas …... 54
Figura 13- Análise do acoplamento das arquiteturas …... 54
Figura 14 - Análise das métricas fan-in e fan-out das arquiteturas …... 55
Figura 15 - Análise das métricas de complexidade das arquiteturas …... 56
Figura 16 - Jogo Campo Minado com agente emocional. …... 59
Figura 17 - Espaço emocional prazer excitação adaptada de Russell …... 60
Figura 18 - Diagrama de papéis dos agentes para o Campo Minado …... 61
Figura 19 - Diagrama da visão geral do sistema Campo Minado …... 61
Figura 20 - Trecho de código no Jadex da crença TabelaEmocoes contida nos arquivos descritores dos agentes. …... 62
Figura 21 - Interface da aplicação Javagotchi …... 63
Figura 22 - Diagrama de visão geral do agente BDIE na aplicação Javagotchi …... 64
Figura 23 - Questionário nº 1 para validar as expressões emocionais …... 65
Figura 24 - Questionário nº 2 para avaliar a experiência e desempenho do usuário com as implementações das arquiteturas …... 66
Figura 25 - Interface do jogo informa a performance do jogador …... 67
Figura 26 - Questionário nº 3 para avaliar a performance do usuário jogando sem a influência de um agente emocional …... 67
Figura 27 - Versão simplificada do jogo Campo Minado sem agentes …... 68
Figura 28 - Validação do reconhecimento das expressões emocionais …... 73
Lista de Tabelas
Tabela 1 - Módulos e componentes da arquitetura BDIE ... 11
Tabela 2 - Módulos e componentes da arquitetura EBDI ... 15
Tabela 3 - Módulos e componentes da arquitetura DETT ... 16
Tabela 4 - Exemplo de Semântica DETT ... 18
Tabela 5 - Módulos e componentes da arquitetura Emotional-BDI …... 21
Tabela 6 - Módulos e componentes da arquitetura de Camurri e Coglio …... 23
Tabela 7 - Comparação de métodos de análise de arquiteturas ... 30
Tabela 8 - Modelo de medidas para avaliar arquiteturas de agentes com emoções ... 38
Tabela 9 - Métricas, fórmulas e variáveis para o atributo extensibilidade …... 41
Tabela 10 - Métricas, fórmulas e variáveis para o atributo modularidade …... 42
Tabela 11 - Métricas, fórmulas e variáveis para o atributo complexidade …... 43
Tabela 12 - Quantificação das variáveis necessárias ao cálculo das métricas dos atributos de qualidade... 53
Tabela 13 - Resultado das métricas de extensibilidade das arquiteturas …... 53
Tabela 14 - Resultado das métricas de modularidade das arquiteturas …... 55
Tabela 15 - Resultado das métricas de complexidade das arquiteturas …... 56
Tabela 16 - Quadro comparativo de todas as métricas dos atributos de qualidade …... 57
Tabela 17 - Estímulos e emoções relacionados no jogo Campo Minado …... 59
Tabela 18 - Resumo dos procedimentos realizados com a população …... 70
Tabela 19- Resultado da experiência subjetiva dos usuários com os agentes emocionais 74 Tabela 20 - Resultado do desempenho dos grupos de participantes no jogo Campo Minado ... 75
Capítulo 1
Introdução
Rosalind Picard (1997) definiu a expressão Computação Afetiva como "a
computação que se refere a, resulta de, ou deliberadamente influencia as emoções". Desde
então, pesquisas foram desenvolvidas buscando prover máquinas e computadores com
habilidades emocionais semelhantes às de usuários humanos, como por exemplo, as
habilidades de reconhecimento e expressão emocional (Ciceri e Stefania, 2008).
Ainda mais, as emoções são consideradas elementos-chave para tornar mais
eficaz a interação humano computador (IHC): "as máquinas nunca poderão ter todas as
habilidades emocionais que as pessoas precisam, no entanto, há evidências de que as
máquinas exigirão pelo menos algumas desses habilidades para parecer inteligentes quando
interagindo com pessoas" (Picard et al., 2001).
Dessa forma, nas últimas décadas o tópico sobre emoções tem ganhado
crescente interesse dentro da comunidade que estuda a interação humano computador
(Hayes-Roth et al., 1997; Canamero, 2001; Nass et al., 2002; Trappl et al., 2002; Norman, 2004;
Prendinger e Ishizuka, 2004; Peter et al., 2008; Beale e Creed, 2009). Seguindo o trabalho
pioneiro de Bates (1994) e Picard (1997), os agentes que exibem emoções humanas agora se
tornaram um assunto comum para ambos círculos de pesquisa industrial e acadêmica (Brave
et al., 2005).
Segundo Padgham (1996), existem muitas razões para se incorporar emoções
em agentes, onde uma delas é que as emoções podem tornar os agentes mais envolventes e
críveis, para que possam melhor atuar em vários sistemas interativos envolvendo simulação,
aplicações de entretenimento, educação e treinamento, entre outras. Padgham ainda acredita
que um modelo emocional bem sucedido nos permitirá construir agentes de software que se
aproximem dos humanos na sua flexibilidade e habilidade de se adaptar e sobreviver em
ambientes complexos, dinâmicos e imprevisíveis.
Wehrle (1998) também ofereceu algumas motivações para modelar emoções
• como uma forma de melhorar nosso conhecimento sobre a natureza da emoção e suas
implicações;
• no âmbito da engenharia, observando o critério de desempenho, para se construir bons
artefatos para tarefas concretas;
• na interação humano computador, levando em consideração questões de aceitação,
desempenho, e usabilidade, o uso de agentes com emoções para melhorar a interação
das pessoas com os computadores.
Como exemplo da incorporação das emoções em agentes, destacam-se os
personagens virtuais encontrados nos trabalhos Oz Project (Bates, 1994), Comic Chat
(Kurlander et al., 1996), e Virtual Theatre (Hayes-Roth e Van Gent, 1997), assim como o robô
humanoide Kismet (Breazeal, 2002), pois todos incluem a emoção como componente
fundamental de sua interação com os usuários (Maldonado et al., 1998; Lester et al., 2000).
1.1. Motivação
A razão de se analisar a arquitetura de um software é para aprender sobre o
sistema que está para ser implementado, e com isso ter o benefício de uma semântica clara e
universalmente definida sobre as descrições da arquitetura do software. Um outro motivo é
que a arquitetura tem um grande impacto sobre a qualidade de um sistema de software, e por
isso é importante sermos capazes de tomar decisões informadas sobre tal arquitetura em uma
série de situações (Bengtsson, 1998).
Em grandes sistemas de software, os atributos de qualidades de software tais
como desempenho, segurança e modificabilidade não dependem apenas das práticas a nível
do código (por exemplo, escolha da linguagem, projeto detalhado, algoritmos), mas também
da arquitetura do software como um todo (Woods e Barbacci, 1999).
Segundo García-Magariño et al. (2010), os projetos de sistemas multiagentes
(SMA) também carecem de mecanismos adequados para determinar sua qualidade logo nas
fases iniciais do processo de desenvolvimento. Como as arquiteturas de agentes também
fazem parte dos projetos de SMA, pois descrevem seus agentes, sua organização e interação
social, então essas arquiteturas também precisam ter avaliadas sua qualidade e seu potencial
aprendizado, simulações organizacionais, mudanças de comportamentos, e outros.
Se o projeto do sistema ou aplicação a ser desenvolvida incluirá agentes que
expressam ou processam emoções, também é importante que as arquiteturas desses agentes
tenham sido avaliadas, para verificar se sua qualidade atende aos requisitos do sistema antes
de implementá-lo.
Além das questões de qualidade, Beale e Creed (2009) destacam que pelo
importante papel que as emoções exercem na interação entre as pessoas, também é essencial
que se entenda em detalhe o impacto que as emoções têm nas interações entre os usuários e os
agentes. Apesar de haver muitas de pesquisas interessadas nos agentes emocionais (Gratch e
Marsella, 2004; Bickmore e Picard, 2005; Maldonado et al., 2005; Mazzotta e de Rosis,
2006; Burleson e Picard, 2007; Grolleman et al., 2006; Isbister, 2006; Gong, 2007), o
potencial dos agentes incorporados (entidades antropomórficas baseadas em tela) em
melhorar a interação humano computador ainda não foi esclarecido.
Portanto, na área de arquiteturas de agentes com emoções, observa-se um
problema fundamental que é há carência de estudos que ofereçam resultados de experimentos,
e principalmente uma metodologia específica, de avaliação das arquiteturas de agentes com
emoções, que aborde pelo menos dois pontos: os atributos de qualidade e os efeitos da
interação do usuário com o agente emocional.
1.2. Objetivos
É importante que se saiba como avaliar as arquiteturas de agentes com
emoções, que métodos ou etapas são necessários realizar, que aspectos da arquitetura devem
ser levados em consideração, que métricas utilizar, e em que domínios de aplicação uma
arquitetura fornece agentes emocionais com melhor desempenho. Para isso, deve-se ter
definida uma metodologia que permita avaliar tanto os aspectos da qualidade do projeto
arquitetural dos agentes emocionais, quanto seu potencial sobre a interação humano
computador.
Portanto, diante dessas necessidades de determinação da qualidade das
arquiteturas de agentes, nos estágios iniciais do desenvolvimento das aplicações, e de estudos
sobre o impacto dos agentes emocionais sobre a interação humano computador, este trabalho
com emoções que ofereça suporte a todas essas carências.
Esta metodologia baseia-se num modelo de métricas bem determinado, a partir
da definição dos objetivos, que são: avaliar as arquiteturas sobre os atributos de qualidade e
sobre os efeitos da interação do usuário com os agentes emocionais.
Para a avaliação dos atributos de qualidade, as métricas a serem mensuradas
são: extensibilidade, modularidade e complexidade. Para avaliar o processo de interação
humano computador, implementa-se as arquiteturas em agentes emocionais incorporados, e
então mede-se a experiência subjetiva de usuários da aplicação sobre as métricas:
agradabilidade, ajuda percebida, animação, carinho percebido, confiança, cooperação,
inteligência, interesse, naturalidade nas reações emocionais, realidade do comportamento,
redução de frustração e simpatia. Para isso, é preciso escolher um domínio de aplicação
específico, que sugerimos o uso de jogos de computador.
1.3. Contribuições
As possíveis contribuições da metodologia proposta neste trabalho atingem
principalmente os projetistas de arquiteturas de agentes emocionais e desenvolvedores de
aplicações que envolvem o uso de agentes com emoções.
Os desenvolvedores de aplicações, poderão ter critérios objetivos para analisar
e escolher a arquitetura que contribuirá melhor para alcançar as qualidades desejadas no seu
sistema, antes de ser implementado. Além disso, sabendo-se como avaliar o potencial da
influência dos agentes emocionais de uma determinada arquitetura sobre os usuários, os
desenvolvedores também saberão se a arquitetura escolhida poderá de fato melhorar o
desempenho dos usuários, e favorecer uma experiência subjetiva adequada desses usuários
com o agente emocional.
Os projetistas de arquiteturas de agentes com emoções também são
beneficiados, pois poderão utilizar as métricas aqui propostas como meio de verificação e
validação de suas próprias arquiteturas. Poderão identificar problemas arquiteturais, tomar
decisões importantes sobre que aspectos considerar na arquitetura para atender critérios de
qualidade, e buscar um projeto arquitetural que vise a maximização dos efeitos positivos
1.4. Organização do trabalho
O próximo capítulo apresenta o embasamento teórico sobre arquitetura BDI,
agentes com emoções, e a discussão de cinco das principais arquiteturas de agentes
emocionais.
No capítulo 3 destacamos diversos trabalhos relacionados à esta pesquisa,
abordando métodos que já foram empregados na avaliação de outras arquiteturas de agentes,
métricas utilizadas, e discussões de trabalhos na avaliação da interação afetiva dos usuários
com os agentes emocionais.
No capítulo 4, descrevemos em detalhes a nossa metodologia, o modelo de
métricas proposto, e todas as etapas necessárias para realizar a avaliação de uma arquitetura
de agente com emoções.
Em seguida, no capítulo 5, apresentamos resultados de experimentos realizados
usando a metodologia. Por fim, concluímos no capítulo 6 com algumas considerações finais
Capítulo 2
Conceitos Relacionados
Wooldridge (2002) faz um levantamento sobre as cinco principais tendências
que marcaram a história da computação que foram: a ubiquidade, a interconexão, a
inteligência, a delegação e a orientação humana. Essas tendências guiaram o surgimento de
um novo campo da ciência da computação: os sistemas multiagentes. Segundo Wooldridge,
um agente é um sistema computacional capaz de ações independentes em benefício de seu
usuário ou proprietário, e um sistema multiagentes consiste de um número de agentes, que
interagem uns com os outros, tipicamente trocando mensagens entre eles em alguma
infraestrutura de redes.
Nas próximas seções, serão descritos alguns dos principais conceitos sobre a
arquitetura BDI, que deu origem às versões estendidas com emoções, os modelos emocionais
e as arquiteturas avaliadas neste trabalho. Por fim, o capítulo é concluído com algumas
considerações sobre essas arquiteturas, expondo suas dificuldades e as justificativas pela quais
algumas delas não puderam ser implementadas.
2.1. Agentes BDI
BDI é o acrônimo para Belief (crenças), Desire (desejos) e Intention
(intenções), que se traduz nos agentes desse tipo, respectivamente, como o conhecimento
sobre seu ambiente, seus objetivos ou motivação, e seus planos ou deliberação para alcançar
seus objetivos (Rao e Georgeff, 1995).
A arquitetura dos agentes BDI baseia-se na teoria do raciocínio prático humano
(Bratman, 1987), que é o processo de decidir em cada momento que ação tomar para a
consecução dos objetivos. Esse processo possui duas atividades: primeira, a deliberação, que
decide quais objetivos o agente quer alcançar; e segunda, o raciocínio meio-fim, que é o como
o agente realizará esses objetivos e cujo resultado é um plano de ações a executar.
No raciocínio prático encontramos algumas complicações como:
computacionais que serão colocados sob recursos limitados, como processador e
memória disponíveis;
• em qualquer ambiente real, as duas atividades operarão na presença de restrições de
tempo. Assim, os agentes devem controlar para que seu raciocínio seja efetivo e
eficiente, pois o recurso de computação é valioso;
• os agentes não podem ficar deliberando indefinidamente.
Wooldridge (2002) definiu o raciocínio meio-fim como o processo de decidir
como chegar a um fim, ou intenções, usando os meios disponíveis, que são as ações. Mas para
isso, a arquitetura BDI precisa de um sistema planejador ou algoritmo de planejamento, que
tome como entrada um objetivo (intenção ou tarefa), o estado atual do ambiente (crenças do
agente), as ações disponíveis do agente, e gere como saída um plano. Georgeff e Lansky
(1987) destacam que para a implementação desse planejador pode ser simplesmente dá ao
agente uma biblioteca de planos previamente projetada.
Wooldridge destaca ainda que as intenções desempenham um papel muito
importante no raciocínio prático, pois as intenções guiam o raciocínio meio-fim, persistem,
restringem deliberação futura, e influenciam as crenças sobre as quais o raciocínio prático
futuro se baseará. Daí observa-se que as intenções interagem com as crenças dos agentes.
Todavia, para implementar um agente de raciocínio prático, ou um agente BDI,
Wooldridge sugeriu que para a tomada de decisão, a estrutura básica seja um loop (ciclo) que
continuamente observa o mundo e atualiza as crenças, delibera para decidir que intenção
realizar: filtra as opções disponíveis, encontra um plano e o executa.
A primeira arquitetura de agente que explicitamente empregou o paradigma
BDI foi o PRS (Procedural Reasoning System) de Georgeff e Lansky (1987), que teve uma
aplicação prática em um sistema de controle de tráfego aéreo chamado OASIS. No PRS, o
agente vem equipado com uma biblioteca de planos pré-compilados (figura 1).
A arquitetura BDI posteriormente foi estendida por muitos pesquisadores para
originar outras arquiteturas, como por exemplo a EBDI (Jiang, 2007), BDIE (Hernández et
al., 2004), e DETT (Parunak et al., 2006) que são arquiteturas de agentes com emoções
avaliadas nesta pesquisa. Segundo Jiang (2007), a arquitetura BDI tem se mostrado muito
lógicos para modelagem e raciocínio de seus agentes, há um considerável conjunto de
sistemas de software que empregam os conceitos da arquitetura, tais como o sistema PRS.
Contudo, como o próprio Jiang esclarece, a arquitetura BDI ignora a influência das emoções
no processo de tomada de decisões.
2.2. Agentes com Emoções
Existem muitas razões para se incorporar emoções em agentes, onde uma delas
é que as emoções podem tornar os agentes mais envolventes e críveis, para que possam
melhor atuar em vários sistemas interativos envolvendo simulação, como em aplicações de
entretenimento, educação e treinamento (Padgham, 1996).
As emoções também podem desempenhar um papel funcional no
comportamento de humanos e animais, particularmente no comportamento como parte de um
sistema social complexo (Toda, 1982), ou como no Woggles de Oz-world (Bates, 1994), onde
as emoções modificam o comportamento físico dos agentes: um agente feliz se move mais
rapidamente, enquanto um agente triste se move mais vagarosamente.
Segundo Padgham (1996), as emoções podem afetar os objetivos de um agente,
e consequentemente afetar suas ações, assim como os objetivos também podem afetar os
estados emocionais. Ainda mais, as emoções podem influenciar o comportamento dos agentes
diretamente, como por exemplo afetando a expressão facial, ou indiretamente através do
sistema racional, adicionando, removendo ou priorizando objetivos, por exemplo.
Figura 1 - Sistema de Raciocínio Procedural – PRS
No entanto, para que os agentes possam “experimentar” alguma emoção, é
necessário que seus arquitetos os projetem com algum mecanismo ou subsistema de
processamento dessas emoções, o que normalmente tem sido feito pela escolha de um modelo
emocional dentre as várias teorias estruturantes das emoções (Breazeal, 2003; Hernández et
al., 2004; Crane et al., 2006).
Sobre esses vários estudos que buscam estruturar e categorizar as emoções,
podemos observar duas principais linhas: uma abordagem discreta, que defende a existência
de emoções discretas universais (Plutchik, 1980; Ekman, 1992), e uma abordagem
dimensional que supõe a existência de duas ou mais dimensões majoritárias que são capazes
de descrever e distinguir diferentes emoções (Russell, 1997).
Existem ainda alguns estudos como o de Ortony et al. (1988) que desenvolveu
um modelo de representar as emoções em sistemas de inteligência artificial, conhecido como
modelo OCC, que segue uma abordagem cognitiva estrutural, usando regras para definir os
estados emocionais, e que já foi experimentado em arquiteturas de agentes com emoções
(Parunak et al. 2006). Outros estudos tentam combinar várias outras teorias emocionais como
é o caso do sistema Cathexis (Velásquez, 1999) que busca identificar e criar modelos
explícitos para seis famílias diferentes de emoções. Mas apesar do campo da inteligência
artificial geralmente aceitar um modelo computacional de emoções, ainda não há uma
definição clara sobre que modelo usar (Crane et al., 2006).
Nas próximas seções serão descritas cinco das principais arquiteturas de
agentes com emoções, onde para cada uma abordaremos seus principais módulos e
componentes. No fim do capítulo, levantamos algumas considerações sobre as fragilidades
pelas quais algumas das arquiteturas não puderam ser totalmente avaliadas.
2.2.1. BDIE
A primeira arquitetura de agentes com traços de emoções a ser discutida é a
abordagem BDIE (Hernández et al., 2004), que foi motivada pela necessidade de se trabalhar
com interação humano robô e pelo interesse de criar agentes artificiais para jogos de
computadores. O objetivo dessa arquitetura é capturar os efeitos das emoções em uma mente
humana e reproduzi-las em agentes artificiais.
1995), porém lhe adicionou novos componentes para provê-la com habilidades emocionais.
Através das figuras 2 e 3, é possível notar graficamente as diferenças entre as arquiteturas
BDI e BDIE.
A figura 2 representando a arquitetura BDI mostra distintamente três
repositórios de dados: crenças, desejos e intenções, além de três algoritmos de processamento
de dados: Processo Perceptual, Gerador de Desejos, e o Planejamento e Algoritmo de
Execução. Por outro lado, na figura 3 representando a arquitetura BDIE, notam-se os novos
módulos contendo ambos repositórios de dados e processos: sistema perceptual, sistema
motivacional, sistema de comportamento e o sistema emocional, onde todos possuem
interdependências entre si. Na tabela 1, observam-se detalhadamente os módulos e
componentes da arquitetura BDIE.
O módulo do Sistema Emocional mantém o estado afetivo do agente, e trabalha
Figura 2 - Arquitetura BDI e seus componentes
Fonte: Hernández et al., 2004
Figura 3 - Visão funcional da arquitetura BDIE
com três níveis de emoções: emoções primárias, secundárias e terciárias. Segundo Damasio
(1994), as emoções primárias estão ligadas a tarefas fundamentais da vida para que o
indivíduo possa sobreviver, e as emoções secundárias estão relacionadas a processos
cognitivos de alto nível que interpretam a informação perceptual e modifica o estado afetivo
de acordo com tal informação. As emoções terciárias estão envolvidas com dados reflexivos
(Sloman 2000), e podem incluir emoções como vergonha e orgulho.
Essas emoções são o resultado de outros processos que realizam a apreciação
afetiva (affective appraisal) e a avaliação cognitiva (cognitive evaluation) do estímulo de
entrada. Nessa arquitetura, as emoções estão classificadas em dois espaços emocionais: um
discreto, contendo um conjunto de seis emoções, e um espaço contínuo bidimensional com a
valência (valence) e a excitação (arousal) como seus eixos ou variáveis.
No módulo Perceptual recebe como entrada os estímulos dos sensores e gera as
crenças de primeiro nível. No entanto, possui ainda outros dois níveis, onde cada um dos três
está relacionado a um dos três níveis de emoções.
Analisando os outros módulos, encontramos o Sistema Motivacional, que
utiliza o conceito de variáveis homeostáticas, as quais permitem identificar quando uma meta
foi alcançada ou não, dado seu nível de prioridade dentre as outras metas. Segundo Hernández
(2004), as variáveis homeostáticas agem como qualquer outra meta: quando estão dentro dos
níveis normais de variação, é considerada satisfeita e então não leva a um processo de tomada
de decisão. No entanto, quando essas variáveis ficam com seus valores abaixo dos níveis
normais, então são consideradas insatisfeitas e então tentarão levarão o algoritmo de tomada
de decisão a um comportamento para torná-las satisfeitas.
Por último, o Sistema Comportamental contém o processo de planejamento e o
plano atual, cujos algoritmos são intercaláveis e que podem ser implementados através de, por
exemplo, um sistema de regras ou um algoritmo reativo bem simples.
Tabela 1 - Módulos e componentes da arquitetura BDIE
Módulos Componentes
Nome Tipo
Sistema Perceptual processo perceptual função crenças repositório de dados Sistema Motivacional algoritmo de tomada de
decisão
Tabela 1 - Módulos e componentes da arquitetura BDIE
desejos repositório de dados
Sistema Comportamental
algoritmo de
planejamento função intenções repositório de dados plano atual função
Sistema Emocional avaliadores função emoções repositório de dados
O ciclo de atualização da BDIE acontece da seguinte forma:
• Os sensores recebem o atual estímulo de entrada, que são introduzidos como crenças
de primeiro nível no repositório de crenças;
• Os avaliadores de primeiro nível verificam se alguma emoção primária pode ser
disparada;
• Se uma emoção primária for ativada, o espaço emocional é atualizado e o desejo
correspondente fica insatisfeito, e então o controle de execução passa para o algoritmo
de planejamento;
• Se nenhuma emoção primária ficar ativa, o segundo nível de avaliadores é invocado, e
então computam os desejos de segundo nível, dado os de primeiro nível;
• O espaço emocional é atualizado e a emoção atual é computada, e então o controle de
execução é transferido para o algoritmo de planejamento;
• O próximo comportamento é executado.
2.2.2. EBDI
A arquitetura EBDI proposta por Jiang et al. (2007) separa o raciocínio prático
do mecanismo específico da emoção, estende a arquitetura BDI tradicional e é influenciada
pelas emoções primárias e secundárias dentro do processo de tomada de decisão.
Segundo Jiang, para que se possa incorporar emoções dentro de agentes, é
necessário que sejam resolvidos três problemas: primeiro, como medir ou apresentar as
emoções, segundo, como as emoções afetam o processo de tomada de decisão, e terceiro,
Comparando a arquitetura BDI tradicional com a EBDI, observa-se que a
última possui quatro módulos: emoção, crenças, desejos, e intenções (tabela 2), ao contrário
da primeira que só possui os três últimos. Esses quatro módulos são conectados através de
quatro funções principais que serão discutidas a seguir.
Na arquitetura EBDI, foi presumido que todas as emoções, crenças, desejos e
intenções estariam armazenadas de acordo com alguma prioridade, o que cria uma hierarquia
a ser considerada durante a tomada de decisão.
Diferentemente da arquitetura BDI original, que tem suas crenças obtidas
apenas a partir da função perceptora do ambiente, na EBDI, as crenças são influenciadas tanto
pelo ambiente quanto pela situação emocional. Além disso, foram adicionados métodos que
permitem adquirir crenças não apenas de forma perceptual, mas também através da
comunicação e da contemplação, que é uma reconsideração das crenças baseada na situação
atual das emoções e nas intenções.
Como vimos na arquitetura BDI, Wooldridge (2002) destacou a importância
dos papéis das intenções sobre o raciocínio prático. Porém, Jiang modificou o número desses
papéis de quatro para cinco, a partir do momento que levou em consideração as emoções.
Assim, na EBDI, as intenções persistem, guiam o raciocínio meio-fim, são determinadas pelas
emoções atuais, restringem a deliberação futura, e influenciam as emoções nas quais o
raciocínio prático está baseado.
As intenções, na arquitetura EBDI, representam o foco atual do agente, que são
as coisas pelas quais o agente se compromete a tentar realizar e que são afetadas pela situação
atual do agente.
De uma forma geral, podemos agrupar as funções principais da arquitetura
EBDI em seis grupos que conectam os módulos da arquitetura - emoções, crenças, desejos e
intenções (figura 4):
● Funções de revisão de crenças (brf-see, brf-msg, brf-in): são três
funções visto que as fontes de atualização das crenças são a percepção, comunicação e
a contemplação.
● Funções de atualização das emoções (euf1 e euf2) : são duas funções
● Função de geração de opções (options): é similar à do modelo BDI, ou
seja, gera o conjunto de desejos do agente.
● Função de filtro (filter): também similar à função do modelo BDI para
gerar o conjunto de intenções.
● Função de planos (plan): combina as intenções e as ações possíveis do
Figura 4 - Diagrama esquemático da arquitetura EBDI
agente para gerar um plano de ações.
● Função de execução de planos (execute): executa a sequência de ações
produzidas no plano.
Com essas funções unindo os quatro módulos, a arquitetura EBDI pode ser
resumida em um loop de um agente BDI que gerencia e integra as emoções (figura 4).
Tabela 2 - Módulos e componentes da arquitetura EBDI
Módulos Componentes
Nome Tipo
Crenças
brf-see função brf-msg função brf-in função crenças repositório de dados
Desejos opções função desejos repositório de dados
Intenções
filtro função intenções repositório de dados
plano função
Emoções
euf1 função euf2 função emoções repositório de dados
O ciclo de execução da arquitetura EBDI pode ser resumido da seguinte forma:
• Quando os sensores detectam nova informação do ambiente ou mensagens de
comunicação, novas crenças candidatas são geradas, que junto com as atuais intenções
disparam a atualização das emoções;
• Baseado na nova crenças, nas atuais intenções, e na emoção atualizada, as crenças são
reavaliadas, que junto com as intenções geram os desejos;
• A escolha das opções ou intenções são baseadas na influência das emoções, nas atuais
crenças, desejos e intenções;
• A partir do resultado desta deliberação, as emoções secundárias são disparadas, e esta
atualização é baseada nas atuais intenções, crenças e emoções primárias;
não mudar desde a primeira atualização, então há um refinamento da tomada de
decisão, que reconsiderará novamente as crenças, desejos e intenções;
• Finalmente o plano é gerado e executado.
2.2.3. DETT
Observando as emoções como elementos essenciais ao comportamento
humano, considerando-as tão importantes quanto a análise racional em situações estressantes
como a de um combate, Parunak et al. (2006) propuseram um modelo de emoções para
agentes situados utilizando como guia o modelo OCC (Ortony et al., 1988).
DETT (Disposition, Emotion, Trigger, Tendency), que é a sigla para
Disposição, Emoção, Gatilho e Tendência, é o modelo de emoções proposto por Parunak et
al. (2006) que captura os aspectos essenciais do modelo de emoções OCC. DETT foi
projetado para agentes situados, e trata suas emoções como disparadas pela sua percepção
(gatilho), em vez de ser um resultado puramente do raciocínio interno.
Tabela 3 - Módulos e componentes da arquitetura DETT
Módulos Componentes
Nome Tipo
Crenças percepção função crenças repositório de dados
Desejos análise função desejos repositório de dados Intenções ação função
intenções repositório de dados
Emoções
avaliação função emoções repositório de dados disposição repositório de dados
O modelo de emoção DETT, que foi baseado em dois outros trabalhos EISTein
(Ilachinski, 2004) e MANA (Lauren e Stephen, 2002), possui um objetivo particular de
eficiência computacional para permitir manipular dúzias ou até centenas de agentes em uma
simulação de combate não interativa.
Parunak propõe inicialmente uma comparação entre a arquitetura BDI original
influenciam apenas a Análise como na BDI original. Elas também influenciam a Apreciação
que gera as emoções, e que por sua vez influenciam a Análise.
A arquitetura DETT, além das modificações apresentadas na figura 5, ainda
adiciona um novo componente ao modelo, a Disposição (figura 6), que assim como os
Desejos, são persistentes, e possuem um mapeamento com as Emoções. Uma Disposição
modula a Apreciação para determinar a extensão para a qual uma dada crença dispara a
correspondente emoção. A Emoção por sua vez modula a Análise para impor uma Tendência
à intenção resultante.
A seguir na tabela 4, observa-se um exemplo dado por Parunak de duas
Figura 5 - Comparação da arquitetura BDI original e a BDI melhorada com OCC
Fonte: Parunak et al., 2006
Figura 6 - Arquitetura DETT com a Disposição incorporada ao modelo BDI com OCC
disposições com suas emoções, gatilhos e tendências correspondentes.
Tabela 4 - Exemplo de Semântica DETT
Disposição Emoção Gatilho Tendência
Covardice Medo (a) Presença de um inimigo armado
(b) Ataque chegando
(a) Menos atenção a ordens (b) Tende a se mover para longe da ameça
Irritabilidade Raiva Presença de inimigo (a) Mais provável a se engajar no combate
(b) Tende a se mover em direção à ameaça
Fonte: Parunak et al., 2006.
Podemos resumir os passos realizados no ciclo de atualização da arquitetura
DETT da seguinte forma:
• O processo de Percepção atualiza as crenças, que é baseado numa infraestrutura de
ferormônios (Brueckner, 2000), que estão espalhados espacialmente e evaporam com
o tempo.
• As crenças juntamente com a matriz de Disposição são utilizadas para realizar a
Apreciação das emoções. Uma emoção persistirá enquanto o gatilho que a dispara
persistir;
• Em seguida tem a vez o processo de Análise que usa as crenças e recebe o estado atual
das emoções, e considera ainda o valor dos desejos para a atualização as intenções,
que sucede a execução das ações.
2.2.4. Emotional-BDI
Pereira et al. (2005) também propôs uma extensão da arquitetura BDI
acrescentando-lhe as emoções, que segundo o autor, a arquitetura incorpora um modelo
acurado do raciocínio prático (Bratman, 1987) através da interconexão dos mecanismos que
são responsáveis por gerenciar o estado emocional do agente, os recursos e habilidades, e
todos os mecanismos que compõem a arquitetura BDI clássica.
Segundo Pereira et al. (2005), a arquitetura Emotional-BDI soluciona três
problemas encontrados na BDI original:
explícita dos meios que o agente pode tomar suas decisões sem comprometer as ações
futuras e seu desempenho geral;
• O problema do tempo para reconsideração do ambiente: onde os processos de
deliberação e os instrumentos usados deveriam ser dinâmicos e tão adaptativos às
mudanças de ambiente quanto possível;
• A falta de outros estados mentais humanos: que apesar do fato de que os estados
mentais: crenças, desejos e intenções, são flexíveis o suficiente para modelar os
agentes BDI para atuar em uma ampla gama de cenários, existem alguns casos onde o
uso de outros estados mentais seria apropriado (Norling, 2004).
Assim, para solucionar a falta de informação sobre os limites dos recursos, a
Emotional-BDI fez uso dos conceitos de Habilidades e Recursos, introduzidos na BDI
original por Padgham e Lambrix (2005), onde as Habilidades são os planos ou biblioteca de
planos de ações disponíveis ao agente, e os Recursos (físicos ou virtuais) são os meios de
tornar as Habilidades em planos de ação que o agente pode executar no seu ambiente.
Como os agentes não são oniscientes, eles possuem informações limitadas
sobre o ambiente, o que leva a possuírem limitados Recursos e Habilidades disponíveis ou,
como são chamados nessa arquitetura, Efetivos. Dessa forma, chegamos à primeira função da
arquitetura que é a função de revisão de Recursos Efetivos EC-ER-rf, que é responsável por
tornar disponíveis as Habilidades e Recursos para o agente usá-los (figura 7).
Para tratar dos estímulos obtidos do ambiente, a arquitetura foi provida de um
Módulo de Sensoriamentoe Percepção, que possui dois mecanismos complementares: o filtro
Figura 7 - Módulo Gerente para as Habilidades Efetivas
sensorial, que extrai informações diretamente dos sensores e lhes associam regras, e o filtro
de percepção, responsável por dar significado aos dados processados pelo filtro anterior
(figura 8).
Figura 8 - O gerente de Sentido e Percepção
Fonte: Pereira et al., 2005
Figura 9 - Arquitetura conceitual Emotional-BDI
Por fim, o último novo componente à arquitetura BDI, que é o Gerente de
Estado Emocional, é responsável por controlar o uso de todos Recursos e Habilidades em
todas as fases do processamento da informação da arquitetura Emotional-BDI.
A figura 9 exibe a arquitetura conceitual Emotional-BDI, onde podemos agora
ver todos os módulos novos, suas interações entre si e entre os antigos componentes da
arquitetura BDI original. As funções que apresentam um apóstrofo concatenado no nome
(brf', gen-options', filter', execute') correspondem às funções já existentes na arquitetura BDI
original, mas que foram tiveram de ser modificados para considerar os novos conceitos de
Recursos, Habilidades, e o Estado Emocional. A tabela 5 resume todos os módulos e
componentes dessa arquitetura.
Tabela 5 - Módulos e componentes da arquitetura Emotional-BDI
Módulos Componentes
Nome Tipo
Crenças brf ' função crenças repositório de dados
Desejos gen-options ' função desejos repositório de dados
Intenções
filter ' função intenções repositório de dados
execute' função
Gerente de Estado Emocional
função de extração das
emoções função emoções repositório de dados
Gerente de Habilidades
EC-ER-rf função habilidades repositório de dados
recursos repositório de dados
Gerente de Percepção
filtro (sensorial) função regras de associação
semântica repositório de dados filtro (perceptual) função regras de identificação
de dados repositório de dados
O ciclo de atualização da arquitetura Emotional-BDI acontece da seguinte
forma:
habilidades e recursos efetivos, e estado emocional;
• Há a deliberação da seleção das opções baseada nas opções geradas, crenças, desejos,
intenções, habilidades e recursos efetivos, e estado emocional;
• A ação é executada baseada nas intenções, habilidades e recursos efetivos, e estado
emocional;
• novamente os eventos externos são reavaliados, e as atitudes bem sucedidas e as
impossíveis são descartadas.
2.2.5. Arquitetura de Camurri e Coglio
Camurri e Coglio (1998) sugeriram uma arquitetura de agentes com emoções,
sobre a qual realizaram experimentos utilizando robôs móveis que interagiam com humanos
em um palco de teatro, onde naquele ambiente havia comunicação através de elementos
musicais e de dança.
A proposta da arquitetura trata de um agente que possui estado emocional,
interage com o mundo externo, recebendo estímulos de entrada e enviando saídas de volta.
Seu estado emocional desenvolve-se ao longo do tempo, influencia as saídas, e sua evolução
responde às entradas.
Observando a estrutura da arquitetura exibida na figura 10, as setas brancas
indicam um buffer entre componentes, as setas pretas e contínuas indicam os repositórios de
dados e as setas pontilhadas indicam os fluxos de informação com o mundo exterior. Os
Figura 10 - Estrutura geral do agente emocional
componentes onde as setas se originam têm acesso somente de escrita no buffer, e os que
aparecem no fim das setas, acesso somente de leitura. Os primeiros componentes atuam como
produtores e os segundos como consumidores.
Os retângulos representam os componentes ativos da estrutura, onde a Entrada
tem a responsabilidade de prover os sensores, processar os dados de entrada e distribuí-los
para os componentes Reativo, Emocional e Racional. Segundo os autores, esse componente
de entrada, por ter todas essas funções, precisa ser construído com vários módulos cada um
responsável por um certo tipo de processamento.
O componente de Saída envia sinais ao mundo externo através de áudio e
mensagem a outros agentes, onde seu processamento se baseia no resultado do que já foi
processado nos componentes Reativo, Emocional e Racional. A Saída também pode enviar
sinais de retorno ao componente de Entrada. Da mesma forma que o componente de Entrada,
o de Saída também possui diversos módulos cada um para um certo tipo de processamento.
O componente Reativo por sua vez processa as entradas vindas da Entrada e
produz saídas reativas para os componentes de Saída e Emocional. Segundo os autores dessa
arquitetura, esse processamento reativo é relativamente rápido e com quase nenhum estado.
Por outro lado, componente Racional consiste de algum conhecimento sobre o mundo externo
e sobre as metas que o agente deve alcançar, além de um motor de inferência baseado em
prova de teoremas.
Por fim, o componente Emocional toma como estímulo as saídas dos
componentes de Entrada, Reativo e Racional, e possui um processamento de um estado
emocional entre muitos outros possíveis. Esse último componente não produz uma “saída
emocional” para a Saída, e sim apenas a influência através de um parâmetro específico.
O processo de atualização da arquitetura de Camurri-Coglio é flexível e não
restringe a um único fluxo possível sua implementação. Na tabela 6, é possível ver um resumo
de todos os módulos e componentes dessa arquitetura.
Tabela 6 - Módulos e componentes da arquitetura de Camurri e Coglio
Módulos Componentes
Nome Tipo
Tabela 6 - Módulos e componentes da arquitetura de Camurri e Coglio
Racional
motor de inferência função conhecimento do mundo externo
e de si próprio repositório de dados
Emocional
computação do estado
emocional função estado emocional repositório de dados
Reativo processador reativo função saídas reacionais repositório de dados
Saída
processador de saídas reativas,
racionais e emotivas função processo de envio de dados para
o ambiente e outros agentes função saídas repositório de dados
2.3. Considerações Finais
Acredita-se que a ausência de documentação ou falta de clareza sobre o
funcionamento interno dos módulos e componentes de uma arquitetura possa impossibilitar
sua avaliação e a consequente aplicação da metodologia que apresentamos nesta pesquisa,
principalmente, em relação à implementação para avaliar o processo de interação humano
computador.
Das arquiteturas de agentes com emoções apresentadas acima, as que
consideramos não serem possíveis de ser implementadas, e que não aparecem nas
implementações dos experimentos do Capítulo 5, foram a DETT (Parunak et al., 2006), a
Emotional-BDI (Pereira, 2005), e a de Camurri e Coglio (1998). Apesar disso, elas tiveram
seus os atributos de qualidade avaliados, já que esse tipo de avaliação não dependia de
detalhes internos e sim apenas das quantidades de módulos e componentes. As demais
arquiteturas, BDIE (Jiang et al., 2007) e EBDI (Hernández et al., 2004), seus autores
forneceram detalhes suficientes para que fossem implementadas.
Sobre a arquitetura de Camurri e Coglio (1998), que é uma arquitetura em
camadas, segundo Jiang et al. (2007) essa arquitetura possui dificuldades por ser muito geral,
falta-lhe a claridade semântica e conceitual das arquiteturas sem camadas, além da
necessidade de se considerar todos os caminhos possíveis nos quais as camadas podem
Já a arquitetura Emotional-BDI de Pereira (2005), possui outra deficiência que
é a impossibilidade de representar a diferença entre agentes emocionais e agentes racionais
normais: o interpretador abstrato da arquitetura apenas inicializa o estado emocional do
agente, e depois não mais o atualiza durante o loop do algoritmo.
Nas arquiteturas BDIE e EBDI, além de influenciar as intenções, as emoções
também influenciam as crenças, o que permite que um agente perceba os estímulos externos
diferentemente dependendo do estado afetivo, e que também um objetivo alcançado possa
causar uma emoção de “felicidade” ou “satisfação” ao agente. Padgham (1996) também
discute uma outra característica importante nos agentes com emoções que é a priorização de
objetivos a partir do estado emocional atual. Ambas arquiteturas contemplam essa
característica por adotarem os conceitos de emoções primárias e secundárias.
A arquitetura BDIE traz uma separação das técnicas do raciocínio prático do
mecanismo da emoção, permitindo assim acoplar modelos emocionais quando necessários ou
atualizar o motor de raciocínio do agente independentemente. Nessa arquitetura é possível ter
nos processos a priorização de crenças, metas, intenções e emoções, o que leva em conta as
limitações de recursos computacionais disponíveis.
Já a EBDI, que também estende a BDI original, propõe-se a separar claramente
o que conceitualmente cada agente deve ter. Dessa forma, há uma distinção entre as diferentes
estruturas de dados o que, segundo seus autores, em outras arquiteturas de agentes, está
misturado, e tal separação permite focar em cada componente em seu projeto e
Capítulo 3
Metodologias de Avaliação de Arquiteturas de
Agentes
Neste capítulo, são descritos trabalhos relacionados à avaliação de agentes, os
quais foram tomados como referenciais para se obter métricas e métodos para compor uma
metodologia adequada à avaliação de arquiteturas de agentes emocionais.
Nas próximas seções, serão discutidas diversas abordagens a respeito da
avaliação de arquiteturas de agentes, começando pelos métodos de avaliação, em seguida
descrevendo métricas adotadas na avaliação de outras arquiteturas de agentes e sistemas
multiagentes, e por fim serão discutidos estudos específicos sobre a avaliação de agentes com
emoções.
3.1. Métodos de avaliação analítico e experimental
Hayes-Roth (1991) apresentou diversos objetivos e questões que se pretende
responder com uma avaliação de arquitetura integrada de agentes. Por exemplo, observar se a
arquitetura fornece um framework suficiente ou natural para se alcançar os requisitos
estabelecidos, se permite generalizar sobre diferentes tarefas, métodos e domínios, se suporta
desempenho efetivo com alta utilidade, ou como o desempenho da arquitetura varia com os
parâmetros da aplicação. Nesse mesmo trabalho, ela classificou os métodos de avaliação
formal para endereçar essas questões e outras similares em duas principais categorias:
métodos analíticos e métodos experimentais.
A respeito da categoria analítica, Hayes-Roth debateu sobre os métodos de
avaliação matemáticos, que fornecem as vantagens de se ter a certeza matemática sobre
declarações muito gerais ou universais, a respeito de classes inteiras de comportamentos e
fenômenos numerosos difíceis para se enumerar em detalhes específicos. Por outro lado,
como desvantagem, ela explica que a complexidade dos sistemas que estão sendo analisados
podem levar a modelos matemáticos intratáveis que frequentemente resistem à análise, onde
realidade, comprometendo assim a utilidade da construção do modelo. Por fim, ela conclui
que métodos formais muitas vezes devem ser completados por outras técnicas.
Sobre a outra categoria, o método de avaliação experimental mede as
propriedades de instâncias particulares de rodadas de experimentos em sistemas particulares
de IA, e no fim os resultados são usados como evidências a favor ou contra certas conclusões.
Segundo Hayes-Roth, os experimentos fornecem um framework para inferência indutiva de
relações gerais entre os conceitos de projeto da IA e o desempenho de sistemas baseado em
observações. O objetivo é descobrir relações gerais que podem ser esperadas sempre que se
mantém as condições adequadas. Porém, devido a inviabilidade se fazer observações para
todos os casos envolvidos em uma hipótese de relação, torna-se necessário generalizar e tirar
conclusões sobre o que iria acontecer para todos os casos com base nas observações de apenas
alguns casos particulares.
Hayes-Roth faz ainda uma série de observações sobre avaliação experimental,
tais como o cuidado com o efeito causado sobre o cenário ambiental pela quantidade de
variáveis envolvidas, que devem ser reduzidas tanto quanto possível para se ter experimentos
mais controlados e se obter efeitos particulares mais confiáveis dessas variáveis, além do
controle na manipulação de variáveis independentes enquanto observamos os seus efeitos
sobre as variáveis dependentes. Por fim, ela relata experimentos comparando duas
arquiteturas, onde afirma que que algumas variáveis são muito difíceis de se controlar e que
limitam as conclusões, e, além disso, os experimentos só permitem concluir sobre o nível de
desempenho de forma relativa entre os sistemas.
3.2. Avaliação de arquiteturas de agentes
Sobre qualidade de arquitetura de agentes, Hexmoor (1999) relatou que a
comparação de funcionalidades e atributos de arquiteturas são fúteis por serem dependentes
do domínio. Assim, ele enfatiza as avaliações empíricas das arquiteturas sobre suas próprias
qualidades, além da utilidade de se desenvolver métricas independentes de domínio como por
exemplo, a medida do número de oportunidades perdidas devido a lentidão de reações dos
agentes, o impacto da intencionalidade nas oportunidades, a autonomia, a robustez e a
tolerância a falhas.
suposição a respeito da constância da taxa de aparição de oportunidades e do tempo de reação,
acreditamos que também são dependentes do domínio. Além disso, as demais métricas por ele
utilizadas requerem interações entre os agentes para serem medidas, que envolvem questões
de coordenação, cooperação e comunicação, e também não se aplica a nossa metodologia que
não contempla essas questões.
Por outro lado, no campo das avaliações formais, Alechina et al. (2007a)
defendeu que apesar das descrições informais serem úteis, elas podem ser difíceis de serem
confirmadas quando se tenta determinar se um dado sistema apresenta uma propriedade
particular como consequência de sua arquitetura. Alechina ainda explicou a classificação das
arquiteturas de agentes através da especificação de ambos os conjuntos de conceitos ou
estados possíveis (crenças, objetivos, emoções) e de habilidades ou transições possíveis
(ações, percepções, aprendizado, planejamento) realizados pelo sistema. A partir dessa
classificação, e baseado em uma lógica definida que axiomatize o conjunto de transições do
sistema, pode-se dizer que uma arquitetura tem uma propriedade particular se uma fórmula na
lógica que expressa esta propriedade é verdadeira em todas as transições dos sistemas
definidas na arquitetura.
Dessa forma, usando uma lógica chamada SimpleAPL (Alechina et al., 2007b),
Alechina apresentou uma metodologia de avaliação formal de arquiteturas de agentes, que
consiste em definir um conjunto de sistemas de transição correspondendo a uma arquitetura
de interesse, e verificar as propriedades desse conjunto de sistemas de transição. As questões
endereçadas com essa metodologia podem ser por exemplo quanta memória ou tempo uma
arquitetura requer para resolver um problema, ou quantas mensagens os agentes em cada
sistema têm que trocar para resolver um dado problema, ou ainda a respeito da correção das
propriedades da arquitetura na lógica.
Rose et al. (2003) relatou suas investigações em uma arquitetura de agentes
que incorpora camadas sociais e filosóficas, cuja avaliação em cenários de testes, permitiu-lhe
fazer comparações entre os desempenhos das arquiteturas de agentes com diferentes
combinações e ordens de precedência dos princípios filosóficos. As métricas consideradas por
Rose para a avaliação de desempenho incluíam:
• medir os objetivos independentes alcançados;
