II. Agentes Inteligentes y los Sistemas Multiagente. Marin Lujak

Transcripción

1 II. Agentes Inteligentes y los Sistemas Multiagente Sesión 2 Marin Lujak 1

2 De la Sesión 1: 1. Qué es la IAD? 2. Cuándo aparece la IAD? 3. Cuándo se utiliza la IAD? 4. Qué son las ventajas de la IAD? 5. Qué son los usos tipicosde la IAD? 6. Qué son los dos tipos de sistemas de la IAD? 7. Qué es un agente/agente inteligente? 8. Qué es un sistema multiagente? 2

3 Índice Características deseables de un Agente de Software Características de los Sistemas Multi-Agente Organización Social o Sistemas multiagente distribuidos Cooperación Coordinación Comunicación 3

4 Característicasdeseablesde un Agente de Software Autonomía: Los agentes pueden operar sin la intervención de humanos o de otros agentes. Racionalidad: Un agente intenta cumplir sus objetivos si son viables. Iniciativa (proactividad): Los agentes tienen un carácter emprendedor y pueden actuar guiados por sus objetivos. Veracidad: Un agente siempre dice la verdad. Benevolencia: Un agente ayuda a otros agentes, si al hacerlo no genera conflictos con sus propios objetivos. Sociabilidad: Los agentes son capaces de interactuar con otros agentes (humanos o no) a través de un lenguaje de comunicación de agentes (ACL:Agent Communication Language). Reactividad: Los agentes son capaces de percibir estímulos de su entorno y de reaccionar ante dichos estímulos. Movilidad: Capacidad de un agente de trasladarse a través de la red. 4

5 Características de los SMA Organización Social Sistema Jerárquico Sistema en Red Sistema Federado Sistema Distribuido Sistema Descentralizado Sistema Jerárquico Sistema en Red Sistema Federado 5

6 Sistemas multi-agente distribuidos (SMA-D) Un sistema multiagente distribuido consta de múltiples agentes autónomos que no comparten memoria principal, sino que cooperan a través de una red de comunicaciones que los interconecta, Los sistemas centralizados tienen un punto de fallo único (hay un único computador en el que se ejecutan todas las aplicaciones). En los sistemas multiagente distribuidos, los agentes que lo componen están dispersos y, por lo tanto, tienen probabilidades de fallo independientes. Esta característica puede utilizarse para preveerla aparición de fallos parciales y posibilitar su tratamiento (otro agente puede sustituir al que ha fallado). De esta forma, el sistema distribuido permite la construcción de sistemas que operan de forma continua. 6

7 Propiedades de los Sistemas Multiagente distribuidos Los sistemas distribuidos deben intentar cumplir de manera aceptable con: Eficiencia. La idea base de los sistemas distribuidos es obtener sistemas que, estando formados por un conjunto de agentes, sean mucho más rápidos que cualquiera de estos agentes por separado. En la práctica, esto es una utopía. El coste asociado a la comunicación de los distintos agentes que componen el sistema distribuido puede hacer que sus prestaciones disminuyan de forma considerable. El problema de la comunicación eficiente y rápida. Escalabilidad. Un sistema multiagente distribuido debería funcionar de igual forma tanto para unos pocos agentes como para un conjunto enorme de ellos. El tipo de red condiciona tremendamente el rendimiento del sistema; por tanto, puede que lo que funcione para un tipo de red, para otro requiera un nuevo diseño. Fiabilidad. Una de las ventajas claras que ofrece la idea de un sistema multiagente distribuido, es que el funcionamiento del sistema no debe estar ligado a ciertos agentes, sino que cualquier agente pueda suplir a otro en caso de que uno se estropee o falle. La forma más evidente de lograr la fiabilidad de todo el sistema es el uso de redundancia, es decir, la información no debe estar almacenada en un solo agente, sino en un conjunto de ellos. 7

8 Campos de aplicación de los Sistemas multiagente distribuidos 1. los campos donde la distribución es fundamentalmente un medio para conseguir un fin, 2. aquellos campos donde es un problema en sí misma. En los primeros, el uso de soluciones distribuidas pretende alcanzar las siguientes metas: Computación masivamente paralela, de propósito general y de alta velocidad. Tolerancia a fallos (confianza, disponibilidad). Respuesta a demandas con requisitos de tiempo real. En los segundos, son los propios requisitos de la aplicación los que fuerzan a evolucionar hacia soluciones distribuidas: Bases de datos distribuidas. Es necesario acceder a los datos desde lugares geográficamente dispersos Fabricación automatizada. Es necesaria la colaboración de muchos procesadores para coordinar las tareas a desempeñar. Supervisión remota y control. Los puntos (sensores, actuadores, nodos) donde se toman las decisiones de control pueden estar diseminados en diferentes partes de un sistema distribuido. Toma de decisiones coordinada. Hay muchas aplicaciones donde es necesario que varios procesadores participen en la toma de decisiones, por ejemplo, porque cada uno de ellos tiene una parte relevante de los datos y es necesario fusionarlos en cualquier momento. 8

9 Requisitos de los Sistemas multiagente distribuidos Los sistemas distribuidos necesitan obligatoriamente un soporte de comunicaciones. Este servicio de comunicaciones debe ser fiable y presentar un rendimiento aceptable. En los sistemas multiagente distribuidos aparecen los problemas clásicos de los sistemas concurrentes: recursos compartidos y sincronización, entre otros. 9

10 Cooperación El objetivo de la cooperación es mejorar el modo de trabajo de los agentes. Las formas de cooperación entre agentes, las cuales dependen del contexto de resolución de problemas y del dominio de aplicación son: Estructura organizacional, Planificación, Negociación, Intercambio de resultados intermedios, etc Cooperación vs. Colaboración Cooperación: la actuación conjunta facilita los objetivos diferentes pero compatibles de los actores Colaboración: realización conjunta de un trabajo o tarea 10

11 Coordinación Concepto universal : Ciencias Sociales, Economía, Biología, Robótica, Ingeniería del Software, Lenguajes de Programación, Inteligencia Artificial (Distribuida), Semántica borrosa : Múltiples definiciones Esto no es coordinación! Coordinación en los Sistemas Multiagente (SMA): la coordinación es un problema clave en la construcción de SMAs la capacidad para coordinarse es una característica esencial de un agente 11

12 La coordinación en los SMA: perspectivas diferentes Interés del diseñador en la coordinación Diseño a nivel micro Diseño a nivel macro construir sistemas de múltiples agentes con características deseadas Varios diseñadores de agentes La coordinación es la integración y el ajuste del trabajo individual con el fin de alcanzar una meta mayor (B. Singh) Un diseñador de de agentes agentes benévolos diseñar todo un sistema de resolución de problemas 12

13 Coordinación a nivel macro: resolución distribuida de problemas Ejemplo: Gestión de tráfico rodado red de autopistas urbanas Construir un sistema que genere planes de señalización en función del estado del tráfico 13

14 Coordinación a nivel macro: resolución distribuida de problemas Arquitectura TRYS (Cuena et al.): agentes de resolución de problemas cada agente es responsable de un área problema genera planes alternativos de señalización local y los comunica al agente coordinador agente coordinador resuelve las interdependencias entre los planes locales envía los planes locales adaptadosa los agentes para su ejecución

15 La coordinación en los SMA: perspectivas diferentes Interés del diseñador en la coordinación Diseño a nivel micro en un entorno abierto con múltiples agentes diseñar un agente adicional con características deseadas Varios diseñadores de agentes La coordinación es una forma Diseño a nivel macro de adaptarse al entorno (von Martial) construir sistemas de múltiples agentes con características deseadas Un diseñador de agentes agentes benévolos diseñar todo un sistema de resolución de problemas 15

16 Comunicación entre agentes La comunicación entre agentes es la llave para obtener todo el potencial del paradigma de agentes Al igual que el desarrollo del lenguaje humano fue la llave para el desarrollo de la inteligencia y de la sociedad Los agentes emplean un lenguaje de comunicación (ACL Agent Communication Language) para comunicar información y conocimiento 16

17 Comunicación entre agentes Distintas formas de interaccionar: Sistemas de pizarra Zona de trabajo común en la que se encuentra la información a compartir No hay comunicación directa entre los agentes Pueden existir agentes con tareas de control específicas Pueden existir varias pizarras Inconveniente: comunicación centralizada Paso de Mensajes La comunicación se establece directamente entre dos agentes (emisor y receptor) Pueden existir agentes facilitadores Ventaja: flexibilidad Comunicación mediante el entorno Sin comunicación (inferencia; teoría de juegos). 17

18 Requisitos para un lenguaje de comunicación de agentes Forma: debería ser declarativa, sintácticamente simple y fácil de leer por humanos y programas. Contenido: distinguir el lenguaje que expresa los actos comunicativos del lenguaje que expresa el contenido del mensaje. Semántica Implementación: transparente a las capas inferiores y debe permitir a los agentes simples implementar subconjuntos del lenguaje. Red: debe dar soporte a la tecnología actual y ser independiente de los mecanismos de transporte. Entorno: permitir heterogeneidad y dinamismo. Confiabilidad: dar soporte para una comunicación segura y fiable entre los agentes. 18

19 Comunicación entre agentes Organizaciones de estandarización OMG Object Management Group UML (Unified Modeling Language) CORBA (Common Object Request Broker Architecture) MASIF (Mobile Agent System Interoperability Facility) KSE (Knowledge Sharing Effort, ARPA 1990) Sintaxis: KIF (Knowledge Interchange Format) Semática: Ontolingua(Lenguaje para construir, publicar y compartir ontologías) Pragmática: KQML (Knowledge Query Manipulation Language) FIPA (Foundation for Intelligence Physical Agents, 1996) FIPA ACL Basado en la teoría de actos del habla Performativas Comunicación en el nivel de conocimiento SL (Semantic Language) 19

20 Lenguajes de comunicación de agentes (ACLs): KQML y FIPA-ACL KQML: En la comunicación intervienen los siguientes elementos: El protocolo de interacción Estrategia de alto nivel seguida por el agente software para controlar la interacción con otros agentes Desde esquemas de negociación hasta esquemas tan simples como: cada vez que desconozcas algo de tu interés busca a algún agente que lo sepa y pregúntale El lenguaje de comunicación Es el medio a través del que se intercambian los actos de la comunicación Indica si el contenido de la comunicación es una información, una respuesta o algún tipo de consulta El protocolo de transporte Mecanismo de transporte utilizado en la comunicación TCP, SMTP, HTTP... 20

21 Lenguajes de comunicación de agentes (ACLs): KQML y FIPA-ACL El lenguaje KQML está dividido en 3 capas La capa de contenido Relacionada con el contenido del mensaje Puede expresarse en cualquier lenguaje KQML sólo tiene interés en identificar el inicio y el final del contenido La capa de mensaje Es el núcleo del lenguaje KQML Determina los tipos de interacción que puede realizar un agente Identifica el protocolo, la ontología y el acto del habla (performative) La capa de comunicación Identifica las características del mensaje que describen los parámetros de bajo nivel de la comunicación (emisor, receptor e identificador de mensaje) 21

22 FIPA Foundation for Intelligent and Physical Agents Organización internacional dedicada a la promoción de la industria de los agentes inteligentes mediante el desarrollo de especificaciones que soporten la interoperabilidad entre agentes y aplicaciones basadas en agentes Cubre todos los aspectos de un entorno de agentes Aplicaciones Arquitectura Comunicación Protocolos de Interacción, Actos comunicativos y Lenguajes de Contenidos Gestión de Agentes Transporte de mensajes Publican conjuntos de especificaciones: FIPA 97, FIPA 98, FIPA 2000, FIPA

23 FIPA ACL Basado en la Teoría de los Actos del Habla Un mensaje en FIPA ACL representa la intención de realizar alguna acción (acto comunicativo) Un mensaje en FIPA ACL tiene una sintaxis similar a un mensaje en KQML El primer elemento de la lista es el identificador del acto comunicativo (obligatorio) El resto de la lista son pares parámetro-valor sin un orden predefinido (opcionales) (inform ) :sender :receiver :in-reply-to gestor-bolsa agente1 accion-telefonica :content (Precio Telefonica 20) :language :ontology prolog IBEX-35 23

24 Protocolos de Interacción Para poder establecer una conversación entre agentes es necesario definir previamente el protocolo que van a seguir durante la conversación Un protocolo de interacción es una descripción detallada del tipo y orden de los mensajes involucrados en una conversación entre agentes Un agente puede participar simultáneamente en múltiples diálogos con diferentes agentes y con diferentes protocolos de interacción Dentro del estándar FIPA (utilizando AUML) se encuentran definidos algunos de los protocolos más extendidos 24

25 Protocolos de Interacción Para utilizar un protocolo en una conversación, los agentes deben escribir el nombre del protocolo a utilizar en el parámetro : protocol Un protocolo termina cuando: Se alcanza el último mensaje del protocolo o Se elimina el nombre del protocolo del parámetro :protocol. Cuando un agente no conoce un determinado protocolo tiene que devolver un mensaje refuseexplicando el motivo por el que rechaza la comunicación Si durante el seguimiento de un protocolo, un agente recibe un mensaje no contemplado en el mismo tiene que devolver un mensaje notunderstood Está prohibido responder un not-understood con otro not-understood para no caer en bucles infinitos 25

26 UML para agentes? Agentes: objetos autónomos e interactivos Su comportamiento se basa en estados internos Sus actividades incluyen: Metas y Condiciones. que guían la ejecución de las tareas definidas Dan lugar a protocolos de interacción más complejos Estados internos más complejos. 26

27 AUML AUML = Agent Unified Modelling Language UML es insuficiente para modelar sistemas multiagente Comparados con los objetos, los agentes son activos ya que actúan por razones que emergen de ellos mismos Entre otros aspectos, necesitamos modelar los protocolos de interacción entre agentes Diagramas de Protocolo Similar a los diagramas de interacción utilizados en UML 27

28 Diagramas de Protocolo Un Diagrama de Protocolo (DP) tiene 2 dimensiones: La vertical representa el tiempo, La horizontal representa el rol de los agentes involucrados en la interacción, Un DP especifica la secuencia de las comunicaciones por lo que contiene una colección de mensajes parcialmente ordenados entre un agente emisor y un agente receptor Un DP también permite especificar protocolos de interacción anidados 28

29 FIPA -Request Un agente pide que otro realice cierta acción (request... :protocol fipa-request...) Inform-done o inform-result Excepciones: Not-understood Cancel 29

30 FIPA-Request(ejemplo) A envía a B: (request:content (action (enviar paquete33 Sevilla)) : protocol FIPA-Request:reply-with q1) Si no entiende el mensaje, B contesta a A: (not-understood : content((request :content(action(enviar paquete33 Sevilla)) :protocol FIPA-Request:reply-with q1) (unknow(word paquete33))) : protocol FIPA-Request:in-reply-to q1) 30

31 FIPA-Request(ejemplo) Si no puede realizar la acción, B contesta a A: (refuse: content((request :content(action(enviar paquete33 Sevilla)) :protocol FIPA-Request:reply-with q1) (out-of-service Sevilla)) : protocol FIPA-Request:in-reply-to q1) 31

32 FIPA-Request(ejemplo) Si puede realizar la acción, B contesta a A: (agree: content((request :content(action(enviar paquete33 Sevilla)) :protocol FIPA-Request:reply-with q1) (salida paquete33 18:00 (dirección Sevilla))) : protocol FIPA-Request:in-reply-to q1) 32

33 FIPA-Request(ejemplo) Si ha habido algún error, B contesta a A: (failure: content((request :content(action(enviar paquete33 Sevilla))) (error xxxxx))) :protocol FIPARequest:in-reply-to q1) Si la acción se ha ejecutado correctamente, B contesta a A: (inform: content((request :content(action(enviar paquete33 Sevilla))) (paquete33 in Sevilla))) :protocol FIPA-Request:in-reply-to q1) 33

34 FIPA-Query Este protocolo posibilita la petición de información Se inicia con uno de las siguientes actos comunicativos: query-if (verdad o falsedad de una proposición) query-ref (información en referencia a un objeto) failure(error) not-understood (no entiende la petición) El participante puede responder con: inform(la información solicitada) refuse(rechazar la petición) 34

35 FIPA-Query(ejemplo query-if) El agente A pregunta a B si está registrado en un servidor ANS: (query-if :sender A :receiver B :content(registered(server ans1) (agent B)) :protocol FIPA-Query:reply-with q1) El agente B le contesta que no: (inform:sender B :receiver A :content (not(registered (server ans1) (agent B))) :protocol FIPA-Query:in-reply-to q1) 35

36 FIPA-Query(ejemplo query-ref) El agente A pregunta a B por los servicios que tiene disponibles: (query-ref :sender A :receiver B :content(all?x(available-service B?x)) :protocol FIPA-Query:reply-with q1) El agente B le contesta que puede reservar en trenes y aviones: (inform:sender B :receiver A :content(= (all?x(available-service B?x)) (set(reserve-ticket train) (reserve-ticket plane))) :protocol FIPA-Query:in-reply-to q1) 36

37 FIPA-Request-When Un agente pide que otro realice cierta acción cuando cierta condición lógica sea cierta (request-when... :protocol fipa-request-when... ) Refuseo agree Inform-done o inform-result Excepciones: Not-understood Cancel 37

38 FIPA-Contract-Net Es un protocolo de Negociación Este protocolo se utiliza para permitir que un agente iniciador solicite la ejecución de una tarea a uno o más agentes El iniciador hace una llamada para ver qué agentes pueden realizar la tarea Los agentes receptores pueden rechazar el mensaje, no entenderlo o devolver al iniciador una propuesta con sus precondiciones para realizar la tarea Cuando el iniciador recibe las propuestas, las evalúa, escoge a un agente (o a varios) para realizar la tarea y envía una aceptación al agente (o agentes) elegido y un rechazo al resto Cuando los agentes contratados realicen la tarea informan al iniciador. Estos agentes pueden subcontratar la tarea a otros 38

39 FIPA Contract-Net y Iterated-Contract-Net 39

40 FIPA-English-Auction Protocolo de Subasta El subastador intenta encontrar el precio de venta de un objeto proponiendo inicialmente un precio por debajo del valor del mercado para después ir incrementándolo gradualmente Una vez anunciado el precio, el subastador espera un tiempo para ver si algún comprador expresa su intención de pagar dicha cantidad Si un agente acepta el precio, el subastador incrementa el precio y lo anuncia al resto esperando nuevas propuestas La subasta termina cuando no hay pujas para el último precio propuesto Se vende si en la última puja el precio supera un determinado precio de reserva (privado para el subastador) No se vende si en la última puja el precio no supera el precio de reserva 40

41 FIPA-Dutch-Auction Protocolo de Subasta En este protocolo un subastador intenta encontrar el precio de venta de un objeto proponiendo inicialmente un precio por encima del valor del mercado para después irlo reduciendo gradualmente Al anunciar el precio, el subastador espera un tiempo para ver si algún comprador expresa su intención de pagar la cantidad Si ningún agente acepta el precio, el subastador disminuye el precio y lo anuncia al resto esperando nuevas propuestas La subasta termina cuando: Hay algún comprador para el precio propuesto (se vende), o Se ha bajado el precio hasta el mínimo permitido (no se vende). Inspirado en las subastas de los mercados de flores holandeses 41

42 Bibliografia Macal, Charles M., and Michael J. North. "Introductory tutorial: Agent-based modeling and simulation." Simulation Conference (WSC), Proceedings of the 2011 Winter. IEEE, Kraus, Sarit. "Negotiation and cooperation in multiagent environments." Artificial Intelligence 94.1 (1997): Wooldridge, Michael. Chapter 8: Communication. An introduction to multiagent systems. John Wiley & Sons,