Programação Orientada a Programação Orientada a Agentes Agentes e e Sistemas MultiagentesSistemas Multiagentes

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Programação Orientada a Programação Orientada a

Agentes Agentes

e e

Sistemas Multiagentes

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Conteúdo

• Motivação

• Exemplos de sistemas multiagentes

• Sistemas multiagentes estritamente cooperativos

• Sistemas multiagentes intermediários

• Sistemas multiagentes estritamente não- cooperativos

• Aplicações

• Balanço geral

• Conclusão

• Referências

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O que é um procedimento/função?

• Um procedimento é uma abstração de um comando e é caracterizado por:

– realizar operações que modificam o estado do sistema;

• Uma função é uma abstração e uma expressão e é caracterizada por:

– Realizar alguma operações sobre ‘valores’ e devolver um ‘resultado’

• Ambos são metáforas de modelagem

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O que significa dizer que um sistema é estruturado? Como reconhecemos

um sistema estruturado?

• Utiliza como metáfora de modelagem procedimentos e funções

• Utiliza metodologia de desenvolvimento estruturada

• Utiliza ferramentas implementação

estruturadas

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O que é um objeto?

• É uma entidade de abstração caracterizada por:

– Encapsulamento/information hidding;

– Capacidade de relacionamentos com outros objetos de herança/agregação

– Comunica-se através do envio de mensagens

• É uma junção das abstrações de comando,

expressão e declaração

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• Utiliza objetos como metáfora de modelagem

• Utiliza metodologia de desenvolvimento orientada à objetos;

• Utiliza ferramentas implementação orientadas à objetos

O que significa dizer que um sistema é orientado a objetos? Como

reconhecemos um sistema orientado

a objetos?

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Um sistema concebido de forma orientada a objetos pode ser também concebido de forma

estruturada?

Um sistema concebido de forma orientada a objetos pode ser

implementado de forma

estruturada?

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O que é um agente?

• É uma entidade de abstração caracterizada por:

– Autonomia;

– Racionalidade (busca sempre atingir seus objetivos);

– Capacidade social (interação com outros agentes);

– Reatividade;

– Pro-atividade;

– Mobilidade;

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O que significa dizer que um sistema é “orientado a agentes”? Como

reconhecemos um sistema

“orientado a agentes”?

• Utiliza o agente como metáfora de modelagem

• Utiliza metodologia de desenvolvimento

orientada à agentes

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Caracterização de um sistema

• Abstração utilizada na modelagem?

• Linguagem de Implementação?

• Metodologia de desenvolvimento?

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POO X POA

POO POA

Unidade básica Objeto Agente Parâmetros

definindo o estado da

unidade básica

Nenhum Crenças,

compromissos, capacidades,...

Processo

computacional

Envio de mensagens e resposta a métodos

Envio de mensagens e resposta a métodos Tipo de

mensagem Sem restrições Com restrições (informar,

requerer,

perguntar,...) Restrição nos

métodos

Nenhuma Consistência

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Desenvolvimento orientado a objetos

• Busca:

– Definição das entidades que serão representadas no sistema;

– Definição das funcionalidades que estão associadas a cada entidade;

– Definição dos objetos e relacionamentos de agregação e herança;

– Definição de atributos e métodos.

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Desenvolvimento orientado a agentes

• Busca:

– Definição das entidades que serão representadas no sistema (domínio);

– Definição das percepções e ações que cada agente pode realizar;

– Definição de crenças e objetivos.

– Definição dos relacionamentos de comunicação entre

os agentes (estabelecer protocolos);

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Sistemas Multi-Agentes

Inteligência solitária ou coletiva?

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Porque Distribuir a IA?

Razões segundo as comunidades...

• De Ciências humanas: As capacidades intelectuais provêm – disposições genéticas, interações com os semelhantes e com o

ambiente

• Da psicologia: O ser humano

– faz raciocínios em paralelo, tem mais de uma opinião ou ponto de vista sobre uma coisa

• De IA:

– adicionar a dimensão sociológica à psicológica já existente

• Da resolução de problemas

– há problemas funcionalmente ou espacialmente distribuídos e há problemas complexos demais

• Da indústria

– poder trabalhar com vários especialistas com pontos de vista diferentes

• De informática

– extensão da noção de (multi)objetos

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Sendo assim, temos...

Objeto Agente

Desenvolvimento OO Desenvolvimento OA

Metáfora para modelagem

Sistema “Multiobjetos” Sistema “Multiagentes”

Agente = Objeto com intencionalidade

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Exemplo de sistema

• Sistema de Fornecimento de Água para Caldeiras - Resolução Distribuída de Problemas

– O importante é atingir o objetivo global;

– As tarefas são pré-definidas

– A ênfase é dada na modelagem de cada agente

– Usualmente não existe grande comunicação entre os agentes;

– Existe um controle global

Information Repository Knowledge

broker

Verification Agent Diagnostic

Agent HCI

Agent Monitoring

Agent Tracking

Agent Data

Acquisition Agent

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Exemplo de sistemas

• Formigueiro - Sistema Multiagentes Reativo – O mais importante é o problema;

– O problema é resolvidos por nós individuais que interagem entre si;

– Existe um grande número de nós;

– Os nós são normalmente são idênticos e possuem conhecimento limitado;

– Cada nós não tem consciência do problema geral;

– Os nós ‘cooperam’ entre si;

– A solução ‘surge’ através das interações entre os nós.

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Exemplo de sistemas

• Time de Futebol - Sistema Multiagentes Cognitivo Cooperativo

– Cada jogador possui um conhecimento individual e limitado;

– Cada jogador não pode resolver o problema sozinho;

– Cada jogador pode ter características diferentes dos demais;

– Cada jogador age de forma autônoma e assíncrona;

– Existe um objetivo global que é de conhecimento de todos os indivíduos;

– Este objetivo global está acima dos objetivos individuais de cada agente;

– Não existe um controle global;

– A junção das capacidades individuais resolve o problema.

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Exemplo de sistemas

• Negociação trabalhista - Sistema Multiagentes Cognitivo Não-Cooperativo

– Os objetivos de cada parte são usualmente contrapostos;

– A informação de cada parte é incompleta;

– Existe um objetivo global desejado, mas que não é mais importante que os objetivos individuais;

– Cada parte procura convencer seu oponente para que ele ceda (ocorre um processo de negociação);

– Não da para ter certeza sobre o que a outra parte vai fazer;

– Não existe um controle centralizado do processo;

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Historicamente

• Existe uma diferenciação entre um sistema desenvolvido como um DPS e como um MAS.

• Alguns pesquisadores consideravam que DSP é uma sub-área de MAS, e outros consideravam o inverso.

• Nos dias atuais existe um tendência a considerar tudo como MAS

• A diferença entre os sistemas agora está:

– Na distribuição do conhecimento;

– Na existência ou não de um objetivo global;

– Se o objetivo global existir, qual o grau de compromisso que que cada agente tem com ele, quando confrontado com os seus objetivos individuais?

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Taxonomia Anterior

MAS

Reativo Cognitivo IA

IA convencional IA Distribuída Outros

DPS

Não-cooperativo Cooperativo

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Taxonomia ‘Moderna’

MAS IA

IA convencional IA Distribuída Outros

Estritamente Cooperativo Estritamente Não- Cooperativo

Classificações Intermediárias

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Problemas dos MAS

• Como descrever e alocar as entidades de um problema em tre os agentes do sistema?

• Como habilitar os agentes para se comunicar e interagir?

Que linguagem de comunicação utilizar?

• Como garantir que os agentes vão agir de forma coerente, sem provocar efeitos indesejáveis? (Dilema do prisioneiro)

• Como habilitar os agentes para representar e raciocinar sobre as ações de outros agentes para conseguir se

coordenar com eles?

• Como gerenciar a limitação de recursos de cada agente?

• Como construir um MAS de forma efetiva? Como definir plataformas tecnológicas e metodologias de

desenvolvimento?

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Processo de Desenvolvimento de um MAS

• Similar a divisão-e-conquista;

• Busca-se definir:

– Quem são os agentes

– Protocolo de comunicação entre os agentes (redes de contrato) – Regras de funcionamento de cada agente (Relações entre:

crenças, percepções e ações)

Ask(agent(ID), product(nome(“CD”), autor(“Chico Buarque”) ))

Products(Autor(“Chico Buarque”), [CD(...),CD(...)])

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Jogos dos 8 Números

• Objetivo: Colocar as letras em ordem alfabética no menor tempo possível

• Este problema é np-completo

H E A

B F D

C G

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Jogos dos 8 Números

• Considerando cada agente como uma peça, temos que:

– Cada agente tem como objetivo ir para a sua posição;

– Cada agente sabe a sua posição atual e pode estar ou não ativo;

– Apenas um agente está ativo de cada vez (A, em seguida B, etc.)

– Cada agente pode:

• ‘Atacar’ um outro agente;

• Fugir quando for atacado;

• A fuga só pode ocorrer quando o agente não estiver bloqueado;

• Percorrer o caminho padrão, mesmo estando em sua posição.

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Jogos dos 8 Números

• O protocolo de comunicação é:

– Ataque: ataque (atacante(...), posição_atacado(...)) – Fuga: Fugir (posição_fuga(...))

– Bloqueado: Block (atacante(...))

– PercorrerCaminhoPadrão();

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E B C A H F D G

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Task Allocation Problem

• Objetiva minimizar a interdependência de tarefas

– Diminuir o overhead de comunicação

– Aumentar as chances de se encontrar uma solução consistente

• Este foi um dos primeiros problemas atacados pela

IA distribuída com o Contract Net Protocol (CNP).

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Task Allocation Problem

• Cada agente pode assumir dois papéis – Gerente

– Contratante

• Dada uma tarefa, o agente (contratante) determina se esta pode ser quebrada em sub-tarefas concorrentes.

• Ele usa o protocolo para anunciar as sub-tarefas para os outros agentes (Gerentes) e esperar por ofertas.

• O contratante recebe as ofertas feitas, escolhe a melhor e anuncia o vencedor;

• O vencedor pode então, se quiser, ver se esta tarefa pode ser subdividida, e se tornar um Contratante.

- Contract Net Protocol -

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Task Allocation Problem

1 2 3 4 5

Objetivo: Levar o conjunto de blocos para o ponto 5 na mesma ordem.

Regras: - Só se pode mover um bloco de cada vez;

- Cada bloco só pode se mover para o posição imediatamente

ao lado

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Task Allocation Problem

1 2 3 4 5

• Cada agente pode assumir a tarefa de levar um número x de blocos, e, se não conseguir, ele pode subdividir esta tarefa e esperar ‘ofertas’.

• Tomando um conjunto de n agentes e de 3 problemas, temos:

– Assistentes para análise de e-mails;

– Assistentes para organização de agenda de horários;

• Controle de tráfego aéreo;

• Comércio eletrônico;

• Jogos com Personagens;

• Histórias Interativas;

• Busca na Internet;

• Sistemas de Controle (tempo real);

• Sistemas de Telefonia

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Balanço geral

• Vantagens

– Robustez;

– Eficiência;

– Possibilidade de resolver problemas mais complexos;

• Desvantagens

– Falta uma metodologia de desenvolvimento bem definida;

– Sobrecarga de comunicação;

– Maior complexidade do “paradigma” de

desenvolvimento

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Concluindo

O que significa dizer que um determinado problema pode ser

melhor resolvido com uma

abordagem multiagentes?

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• Problema complexo

– divide and conquer

– ex. jogo dos 8 números, ordenação, etc.

• Problema intrinsecamente distribuído

– ex. jogos com personagens, administração de sistemas, controle de tráfego, etc.

• Problemas exigindo rápido tempo de resposta

– processamento paralelo

– ex. busca na internet, grupo musical, etc.

• Problema com domínios de conhecimento ou tarefas

– um agente para cada tipo de conhecimento/tarefa

– ex. usina nuclear

Quando usar...

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• Utilizando linguagens OO convencionais + Bibliotecas adicionais

– Para comunicação: JATLite (KQML), FIPA;

– Para raciocínio

• Motores de inferência lógica: JEOPS, ABE, JESS, CLIPS

• Motores de inferência bayesiana: Hugin, MSBN;

• Redes neurais;

– Para mobilidade: Aglets, Telescript, etc.

• Utilizar ambientes de desenvolvimento

– Agent Builder

• Utilizar linguagens orientadas a agentes:

– Agents0, Jackal, etc.

Depois de descobrir que deve

usar, o que fazer?

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