Planejamento e Solucionamento de Problemas Distribuídos

1. Planejamento e Solucionamento de Problemas Distribuídos Sistemas Multiagente Ewerton Felipe Miglioranza Sistemas Multiagente - Planejamento e Solucionamento de Problemas Distribuídos

2. Ênfase • Trabalho em conjunto. • Quando um agente sozinho não consegue realizar ou realiza de forma menos eficiente uma tarefa. • Recursos distribuidos. • Requer coerência e competência. • Coerência: vontade de trabalhar em conjunto (normalmente assumido previamente). • Competência: saber trabalhar em conjunto (principal foco - querer não é poder!). Sistemas Multiagente - Planejamento e Solucionamento de Problemas Distribuídos

3. Motivação • Busca por uma solução: agentes em conjunto buscam uma solucao geral partindo de sub-problemas. • Busca por um planejamento: como decompor um problema em subproblemas, alocação de subproblemas, troca de soluções e finalmente como reagrupar as soluções. • Exemplos: Torre de Hanói, sensoreamento distribuído (tráfego, aeroportos), sistemas de entregas distribuídos. Sistemas Multiagente - Planejamento e Solucionamento de Problemas Distribuídos

4. Estratégias • Compartilhamento de tarefas (Task Sharing). • Compartilhamento de resultados (Result Sharing). • Planejamento distribuído (Distributed Planning). Sistemas Multiagente - Planejamento e Solucionamento de Problemas Distribuídos

5. Task Sharing • Idéia: um agente com muitas tarefas pede ajuda para outros com poucas ou nenhuma. • Passos: - Decomposição: gerar lista de possíveis tarefas ou subdividir um problema para repassar. - Alocação: designar as sub-tarefas para os agentes apropriados. - Realização: cada agente completa sua tarefa, o que pode incluir nova decomposição (recursivamente). - Síntese dos resultados: o agente devolve a solução do sub-problema repassado para que a solução final possa ser composta. Sistemas Multiagente - Planejamento e Solucionamento de Problemas Distribuídos

6. Exemplo Torre de Hanói • Decomposição: mover o maior disco para a estaca de destino (decomposição recursiva). • Alocação: qualquer agente disponível. • Realização: executar a decomposição recursiva. • Síntese dos resultados: o agente recebe os resultados para compor uma sequência de movimentos e retornar a solução. Sistemas Multiagente - Planejamento e Solucionamento de Problemas Distribuídos

7. Task Sharing • Prós: - Simples. - Funciona bem em sistemas homogêneos. • Contras: - Encotrar agentes livres e capazes de realizar uma sub-tarefa. - Em geral complexidade alta. - Problema se o ambiente muda enquanto um agente espera a resposta. Sistemas Multiagente - Planejamento e Solucionamento de Problemas Distribuídos

8. Result Sharing • Idéia: vários agentes compartilham seus resultados a fim de otimizar suas soluções: - Confiança: resultados independentes de uma mesma tarefa podem ser trocados a fim de aumentar a confiança das soluções. Ex: um grupo de alunos que recebe um mesmo exercício. - Completude: cada agente formula um resultado para as tarefas as quais fora designado, e esses resultados juntos cobrem uma área mais completa do problema geral. Ex: monitoramento de veículos distribuído. Sistemas Multiagente - Planejamento e Solucionamento de Problemas Distribuídos

9. Result Sharing • Idéia: vários agentes compartilham seus resultados para otimizar: - Precisão: para refinar um resultado, um agente precisa saber mais sobre as soluções encontradas pelos outros agentes. Ex: Aplicação de engenharia concorrente. - Tempo: mesmo que um agente possa resolver uma grande tarefa sozinho, resolver sub-tarefas paralelamente pode ser mais rápido. Sistemas Multiagente - Planejamento e Solucionamento de Problemas Distribuídos

10. Result Sharing • Falar é fácil... - Excesso de comunicação. - Como saber o que fazer com os resultados compartilhados? - Muitos resultados para analizar. Como selecionar? Sistemas Multiagente - Planejamento e Solucionamento de Problemas Distribuídos

11. Result Sharing - Alternativas • Cooperação por funcionalidade: - Idéia usada pelo monitoramento de veículos distribuídos. - Tratar resultados parciais obtidos com formulação de tentativas (heurísticas) e trocas interativas. - Problema: Distração (todos tentando resolver a mesma parte do problema). Sistemas Multiagente - Planejamento e Solucionamento de Problemas Distribuídos

12. Result Sharing - Alternativas • Repositórios compartilhados e busca negociada: - Ter um repositório central, guardando todas as respostas aos sub-problemas encontradas pelos agentes. - Diminui a troca de mensagens. • Problemas: - Um agente não sabe o que pode acontecer ao fazer uma escolha. - Um agente pode relaxar restrições, tornando soluções descartadas em soluções possíveis. - Torna o domínio do problema mais complexo (negociação). Sistemas Multiagente - Planejamento e Solucionamento de Problemas Distribuídos

13. Result Sharing - Alternativas • Busca heurística de restrições: - Usar heurísticas para resolver dependências mais fáceis. - Evitar desperdícios com backtracking. • Organização estrutural: - Organizar agentes em grupos de comunicação (interesses). - Reduz a troca de mensagens. Problemas: - Separar os agentes. - Buscas podem se tornar complexas. Sistemas Multiagente - Planejamento e Solucionamento de Problemas Distribuídos

14. Result Sharing - Alternativas • Estratégias de comunicação: - Decidir qual o melhor momento para a troca de mensagens (Ex: DVM). - Garantir que a mensagem foi recebida: - Repetição da mensagem. - Usar heurísticas para determinar as mudanças na base. • Estrutura das tarefas: - Captar relações intrínsecas ao problema. - Dependente do problema. Sistemas Multiagente - Planejamento e Solucionamento de Problemas Distribuídos

15. Distributed Planning • Generalização do solucionamento distribuído. • Problema passa a ser gerar um plano. • Planejamento centralizado para planos distribuídos. • Planejamento distribuído para planos centralizados. • Planejamento distribuído para planos distribuídos. Sistemas Multiagente - Planejamento e Solucionamento de Problemas Distribuídos

16. Distributed Planning • Planejamento centralizado para planos distribuídos: - Execuções são planejadas sequencialmente. - Um agente pode separar o problema em threads. • Problemas: - Dificuldade em dividir um problema (número de agentes vs. tamanho do subproblema). - Planejamento sequencial. Sistemas Multiagente - Planejamento e Solucionamento de Problemas Distribuídos

17. Distributed Planning • Planejamento distribuído para planos distribuídos: - Versão mais complexa. - Plano não está representado inteiramente no sistema (distribuído). - Plan Merging. - Interative Plan Formation. - Negotiation. Sistemas Multiagente - Planejamento e Solucionamento de Problemas Distribuídos

18. Distributed Planning • Plan Merging: - Agente inicia um plano individual. - Agentes resolvem conflitos mudando seus planos. - Funciona paralelamente (planejamento e execução). • Problemas: - Sincronização. - Pode demorar para convergir. - Dependências locais. Sistemas Multiagente - Planejamento e Solucionamento de Problemas Distribuídos

19. Distributed Planning • Interative Plan Formation: - Agente constroi um conjunto de planos que satisfaçam seu objetivo. - Processo consiste em realizar uma busca de como esses conjuntos podem ser unidos. • Negotiation - Trata da escolha do agente que deve mudar seu plano. - Trata de assegurar a honestidade de um agente. - Diversos meios... Sistemas Multiagente - Planejamento e Solucionamento de Problemas Distribuídos

20. Distributed Planning - Execução • Execução: - Temos um plano, mas e se um agente falhar? • Post-Planing Coordination: - Planos alternativos (planos de contingência). - Problema de muitos planos. • Pre-Planing Coordination: - Assegurar previamente que qualquer ação tomada pelo agente faça-o ficar em coordenação com os outros. - Agente pode trabalhar em qualquer parte do problema que se encaixe em suas responsabilidades. Sistemas Multiagente - Planejamento e Solucionamento de Problemas Distribuídos

21. Distributed Planning - Execução • Execução: - Temos um plano, mas e se um agente falhar? • Interleaved Planning, Coordination and Execution: - Intercalar planejamento, coordenação e execução. - Garantir que o planejamento e a coordenação sejam revistos continuamente. • Runtime Plan Coordination Without Communication: - Inferir planos de outros agentes através da observação. - Utilizar racionalidade. Sistemas Multiagente - Planejamento e Solucionamento de Problemas Distribuídos

22. Conclusões • Várias ferramentas e técnicas bem estudadas. • Atualmente um dos principais desafios é saber como e onde aplicar essas ferramentas. • Desenvolver estratégias de planejamento distribuídos ainda envolve muita “arte”. Sistemas Multiagente - Planejamento e Solucionamento de Problemas Distribuídos

23. Referências • Multiagent Systems - A Modern Approach to Distributed Artificial Intelligence. Gerhard Weiss. Sistemas Multiagente - Planejamento e Solucionamento de Problemas Distribuídos