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Programação de Agentes em uma Linguagem Orientada a Objetos: a Solução EOOPS

Programação de Agentes em uma Linguagem Orientada a Objetos: a Solução EOOPS. Abordagens de programação EOOPS: Integração objetos-regras de produção JEOPS. Exemplos Atuais de Aplicações Complexas. Recuperação de Informação na Internet Informação desorganizada e enorme Comércio Eletrônico

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Programação de Agentes em uma Linguagem Orientada a Objetos: a Solução EOOPS

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  1. Programação de Agentes em uma Linguagem Orientada a Objetos: a Solução EOOPS Abordagens de programação EOOPS: Integração objetos-regras de produção JEOPS

  2. Exemplos Atuais de Aplicações Complexas • Recuperação de Informação na Internet • Informação desorganizada e enorme • Comércio Eletrônico • Vários sites, produtos, preços, prazos, etc. • Jogos Eletrônicos • Realismo e oponentes competitivos

  3. Pontos em comum • Aplicações 3M • Muito grande (muitas linhas de código) • Muita gente • Muitos e variados serviços (componentes) • Serviços IA (dedução, indução, comunicação,...) • Modelo das preferências do usuário, coordenação de ações, comportamento dirigido a objetivos,... tudo encapsulado no conceito de agente • Serviços não-IA • BD, GUI, WWW, Mobilidade, ...

  4. Consequentemente, é preciso... • Engenharia de Software • Metodologia, gerência e qualidade de software • Material humano qualificado • Cada vez mais escasso • Reutilização e integração de componentes (serviços) • Não “reinventar a roda” • Questão: como integrar e facilitar reutilização?

  5. Reasoning Mechanism Como implementar os agentes? • “Linguagens de IA” • Orientadas a agentes (ex. Agent0, Placa, 3APL) • Programação em lógica (prolog) + Oferecem os serviços básicos dos agentes + Coesão - Sistemas desenvolvidos não são facilmente integráveis • Poucos componentes a reutilizar e pouca gente • Metodologia? AIOL (AI-OrientedLanguage)

  6. Host AI - Oriented Language Language Como implementar os agentes? • Linguagens orientadas a objetos • Java, C++, ... + Facilitam a reutilização e integração de serviços + Engenharia de software + Mão de obra disponível - Não oferecem de antemão as funcionalidades dos agentes (raciocínio)

  7. Integração Objetos / Regras de produção Por que não ter o melhor dos mundos?

  8. AIOL OO Reasoning Mechanisms Mechanism Como integrar dedução com OO? • OO dentro de IA • ex. ObjLog (fim dos anos 80), LIFE, .... + trata herança mais facilmente - mesmos problemas de integração com outros sistemas e de pouca reutilização

  9. AI AIOL Host Host Language Language Reasoning Mechanism Como integrar dedução com OO? • IA e OO cooperando • ex. Jasper, JavaLog, InterProlog (fim anos 90) + técnica promissora mas... - requer dupla habilidade de programação - pode não ser eficiente ou viável Tempo de execução

  10. Host Language Como integrar dedução em OO? • IA dentro de OO • Abordagem 1: Tradução • ex. Prolog Café , jProlog, Minerva and Jinni • “Caixa preta” • Muito bom mas ainda requer dupla habilidade AI - Oriented AI - Oriented Translator Language Language Reasoning Mechanism

  11. Extended Host Knowledge Language Base - - - - ---- - - - - ---- - - - - - -- - - - - ---- - - - - - - Como integrar dedução em OO? • IA dentro de OO • Abordagem 2: Novas Agent-Oriented (Hybrid) Programming Languages • Primitivas redefinidas/extendidas!!! • ex. Jack e AgentJava - excelentes (caixa branca) mas ainda incipientes....

  12. Como integrar dedução com OO? • IA dentro de OO • Abordagem 3: API • ex. CLIPS, NéOpus, RAL/C++ (meados dos anos 80) • Implementação mais usada: EOOPS • Embedded Object-Oriented Production Systems • Linguagem OO + Sistema de Produção

  13. EOOPSEmbedded Object-Oriented Production Systems

  14. Lembrete sobre sistemas de produção • Conjunto de • Base de regras de produção • Base de fatos • Conjunto de conflitos (das regras disparáveis) • Passos (encadeamento progressivo) • Unificação da condições das regras com os fatos • Resolução de conflitos entre regras ativas • Execução das ações da regra escolhida

  15. Base defatos Base de Regras Motor de Inferência Pai(João, José) Pai(José, Marcos) unificação  p1, p2, p3: Pai(p1,p2)  Pai(p2,p3)  Avo(p1,p3) Avo(João, Marcos) Lembrete sobre sistemas de produção

  16. unificação Conjunto de Conflito resolução de conflitos Regra execução Adiciona/Retira Fatos Lembrete sobre sistemas de produção Base de Regras Base de Fatos Ciclo Obs: para não ter de re-testar a cada ciclo, só testa os fatos modificados (retirados, adicionados)

  17.  p1, p2, p3: Pai(p1,p2)  Pai(p2,p3)  Avo(p1,p3) Pai(João, José) Pai(José, Marcos) Nome: Marcos Nome: José Nome: João Regra Avo Para todo objeto p1, p2 e p3 da classe Pessoa, SE p1.ehPai(p2); p2.ehPai(p3); ENTÃO pai pai Pessoa Pessoa Pessoa Integração Objetos/Regras • Mudança filosófica • Fatos: string => Objetos • Predicados: string => métodos dos objetos • Casamento estrutural => Casamento comportamental (pertinência a classes + veracidade dos predicados)

  18. Integração Objetos/Regras em EOOPS: características • Eficiência • RETE? • Expressividade • ordem lógica (0, 0+, 1) implementada? • Encadeamentos • Progressivo e/ou regressivo? • Estratégias de Controle • Flexível? Declarativa? • Uniformidade da integração

  19. Uniformidade da Integração • Aspectos • Sintático: como aparentam as regras? • Semântico: quão respeitados são os conceitos da linguagem OO? • Vantagens • Facilidade de uso • Engenharia de Software: reutilização, modularidade, extensibilidade, ...

  20. Uniformidade da Integração • Desvantagens: modified problem • Encapsulamento não permite ao motor de inferência “ver” as mudanças em um objeto (fato) • ex. como saber se um objeto Pessoa passou a ter avô sem precisar perguntá-lo (de novo)?

  21. Sistema Ling. Progr. Unif. Integr. Serviços Eficiência Encad. Resol. Conflitos CLIPS C++ - - +/- - RAL/C++ C++ +/- + + - NéOpus Smalltalk + - +/- + JESS Java - +/- +/- - JEOPS Java + + +/- +/- Integração Objetos/Regras:Algumas Propostas

  22. Regras CLIPS • Nem todos objetos são utilizados • As regras tem sintaxe própria (lisp-like) (defclass Pessoa (is-a USER) (role concrete) (pattern-match reactive) (slot nome (create-accessor read-write)) (slot pai (create-accessor read-write))) (defrule RegraAvo "O pai do pai de alguém é seu avô” ?a <- (object (is-a Pessoa) (nome ?nomeAvo)) ?p <- (object (is-a Pessoa) (nome ?nomePai) (pai ?a)) (object (is-a Pessoa) (nome ?nomeNeto) (pai ?p)) => (printout t ?nomeAvo “ é avô de ” ?nomeNeto crlf) )

  23. CLIPS • Outras caraterísticas • COOL (CLIPS Object-Oriented Language) • Foi uma linguagem utilizada bem difundida (> 5.000 usuários) • Aplicações • medicina, multiagentes, helpdesk, aplicações aeroespaciais, etc. • Sites • http://herzberg.ca.sandia.gov/jess/ • http://www.ghg.net/clips/CLIPS.html

  24. Regras RAL/C++ • Utiliza classes C++, se indicado • Sintaxe um pouco mais próxima à de C++ class Pessoa { public: char nome[20]; Pessoa pai; ... } wmedef PessoaMT:Pessoa {} RegraAvo { // O pai do pai de alguém é seu avô Avo (PessoaMT nome::NomeAvo) Pai (PessoaMT nome::NomePai pai==Avo) Neto (PessoaMT nome::nomeNeto pai==Pai) --> printf(“%s é avô de %s\n”, NomeAvo, NomeNeto); )

  25. Regras NéOpus • Toda classe Smalltalk • Regras com sintaxe de Smalltalk Object subclass: #Pessoa instanceVariableNames: ‘nome pai’! RegraAvo “O pai do pai de alguém é seu avô” | Pessoa a p n | a = p pai. p = n pai. actions Transcript show: a nome, ‘ é avô de ’, n nome, cr.!

  26. Pessoa nome idade timePreferido(): Time timePreferifo(t : Time) Time nome nome(): String nome(n : String) NéOpus • ViraCasaca | Pessoa p| (p timePreferido) nome = “Santa Cruz”. Actions | Time bom | bom := Time new. bom nome: “Sport”. p timePreferido: bom. P modified. time

  27. NéOpuswww-poleia.lip6.fr/~fdp/NeOpus.html • Outras características • Bases de regra são representadas por classes abstratas (herança!) • Controle declarativo (via Metabase) • Aplicações • controle de aparelhos respiratórios, prova de teoremas, transformação de modelo de dados, análise de harmônicas, Actalk,... • Infelizmente... • SmallTalk dançou!

  28. Regras JESS (CLIPS para Java) • Pode usar classes Java, com restrições • Regras com sintaxe própria (lisp-like) class Pessoa { private String nome; private Pessoa pai; ... } (defclass Pessoa Pessoa) (defrule RegraAvo "O pai do pai de alguém é seu avô” ?a <- (Pessoa (nome ?nomeAvo)) ?p <- (Pessoa (nome ?nomePai) (pai ?a)) ?n <- (Pessoa (nome ?nomeNeto) (pai ?p)) => (printout t ?nomeAvo “ é avô de ” ?nomeNeto crlf) )

  29. JEOPS Java Embedded Object Production System Made in Cin (1997/2-2000/1) http://www.di.ufpe.br/~jeops/ http://sourceforge.net/projects/jeops/

  30. JEOPS - Princípios • Java • 1001 serviços • Uniformidade total de integração • Reutilização de componentes • Engenharia de Software • Facilidade de uso • Fachada única de acesso

  31. Base de Objetos Base Interna de Regras Knowledge Conjunto de Conflito Base - - - - ---- - - - - ---- - - - - - -- - - - - ---- - - - - - - JEOPS - Arquitetura Agente assert run objects flush JEOPS Rete Gera entradas Consulta Base de Conhecimentos Assert = insere objetos na base de objetos Objects = recupera objetos da base de objetos Flush = limpa base de objetos (fatos)

  32. Esquemade Compilação JEOPS JEOPS JEOPS JEOPS Compilation Environment Compilation Environment Compilation Environment Compilation Environment Rule Base Rule Base JEOPS JEOPS Rule Base Rule Base (.rules) (.rules) Rule Pre Rule Pre - - Compiler Compiler (.java) (.java) JEOPS JEOPS Engine Engine Application Application JAVA JAVA (.java) (.java) Compiler Compiler • Mais simples de implementar • Mais rápido de executar ByteCodes ByteCodes (.class) (.class) JAVA JEOPS JEOPS JEOPS Runtime Environment Runtime Environment Runtime Environment Runtime Environment JEOPS JEOPS Inference Inference Engine Engine

  33. Regras JEOPS • Rule ::= "rule" "{" <Rule Body> "}" • Rule Body ::= <Declarations> <Local Declarations>? <Conditions> <Actions> • Declarations ::= "declarations" (<class name> <ident> ("," <ident>)* )* • Local Declarations ::= "localdecl" (<class name> <ident> "=" <expression>)* • Conditions ::= "conditions" (<expression>)* • Actions ::= (Action)+ • Action ::= "assert" "(" <expression> ")" | "retract" "(" <expression> ")" | "modified" "(" <expression> ")" | <block>

  34. JEOPS - Exemplo de Utilização • Definição das classes • Jogador, Time, Partida, ... class Jogador { private Time time; private int habilidade; ... } class Partida { private int etapa; private int tempo; ... } class Time { private Jogador[] jogs; ... } class Goleiro extends Jogador { ... } class Atacante extends Jogador { ... } class Meia extends Jogador { ... }

  35. JEOPS - Exemplo de Utilização • Criação das regras rule Retranca { declarations Partida p; // para toda instância p da classe Partida Jogador a; // para toda instância a da classe Jogador localdecl Time meuTime = a.getTime(); conditions p.getEtapa() == 2; // Estamos no segundo tempo, ... p.getPlacar(meuTime) >= p.getPlacarAdversario(meuTime); meuTime.getCategoria() < // ... e eu sou ruim p.getTimeAdversario(meuTime).getCategoria(); actions a.vaParaDefesa(); // Então bola pro mato... modified(a); }

  36. JEOPS - Exemplo de Utilização • Criação dos objetos • Execução do motor de inferência RegrasFutebol base = new RegrasFutebol(); Time camaroes = new Time(“Camaroes”); base.assert(camaroes); base.assert(new Atacante(camaroes, “MBoma”)); base.assert(new Lateral(camaroes, “Mila”)); base.assert(new Meia(camaroes, “Nkekessi”)); base.assert(new Goleiro(camaroes, “Silva”)); ... base.assert(new Partida(brasil, camaroes)); base.run();

  37. JEOPS - Outras Características • Pré-compilação de regras • Regras convertidas em classes Java • comando: • java jeops.compiler.Main nome_do_arquivo.rules • Rete • Algoritmo eficiente de unificação • Aplicações • Administração de rede, Jogos interativos (NetMaze, Enigmas, Guararapes), Recuperação de Informação, Geração de variações fonéticas

  38. JEOPS - Outras Características • Resolução de conflitos • Mecanismo flexível de definição de políticas • Classes • LRUConflictSet • MRUConflictSet • NaturalConflictSet • OneShotConflictSet • PriorityConflictSet

  39. Passos para o desenvolvimento de aplicações 1. Definir as classes • Atributos e métodos 2. Definir as regras • Interação entre os objetos da base 3. Voltar ao passo 1 4. Escolher estratégia de resolução de conflito 5. Deixar a base de conhecimentos trabalhar...

  40. Estudo de Caso com o JEOPS:Definindo estratégias de combate

  41. JEOPS - Estudo de Caso • O ambiente: • Vários jogadores, cada um com sua civilização • Cada civilização é composta por várias cidades, localizadas em diversos pontos do mapa • Cada civilização tem um exército que pode ser usado para conquistar novas cidades ou defender as suas próprias cidades

  42. JEOPS - Estudo de Caso • Pensando nas classes... Jogador Cidade UnidCombate Localizacao - nome: String - pais: String - nome: String - dono: Jogador - local: Localizacao - nome: String - dono: Jogador - movim: int - local: Localizacao ataca(e: UnidCombate) anda(l: Localizacao) - linha: int - coluna: int dist(l:Localizacao): int

  43. JEOPS - Estudo de Caso • Pensando nas regras... rule defendeCidade { // Se houver algum inimigo por perto da declarations //minha cidade, é melhor atacá-lo primeiro Jogador eu; Cidade cid; UnidCombate exercAdv; ..... Mas eu preciso usar o meu melhor soldado para atacar o inimigo!!! - Quem é este soldado?

  44. JEOPS - Estudo de Caso • Repensando nas classes... Jogador Cidade UnidCombate Localizacao - nome: String - pais: String - nome: String - dono: Jogador - local: Localizacao - nome: String - dono: Jogador - movim: int - local: Localizacao ataca(e:UnidCombate) anda(l:Localizacao) - linha: int - coluna: int dist(l:Localizacao): int melhorUnidade(): UnidCombate

  45. JEOPS - Estudo de Caso • Repensando nas regras... rule defendeCidade { // Se houver algum inimigo por perto, declarations // é melhor atacá-lo primeiro Jogador eu; Cidade cid; UnidCombate exercAdv; preconditions eu.getNome().equals(“Carlos”); cid.melhorUnidade() != null; // Ou eu estaria perdido! cid.getDono() == eu; exercAdv.getDono() != eu; // Ele realmente é meu adversário? cid.getLocal().dist(exercAdv.getLocal()) <= exercAdv.getMovim(); actions cid.melhorUnidade().ataca(exercAdv); } Mas se eu estiver em tratado de paz com o meu adversário? Devo atacá-lo? Além disso, vamos tornar o código mais legível...

  46. JEOPS - Estudo de Caso • Repensando nas classes... Jogador Cidade UnidCombate Localizacao - nome: String - pais: String emPaz(j:Jogador):bool - nome: String - dono: Jogador - local: Localizacao - nome: String - dono: Jogador - movim: int - local: Localizacao ataca(e:UnidCombate) anda(l:Localizacao) - linha: int - coluna: int dist(l:Localizacao): int melhorUnidade(): UnidCombate podeSerAlcançada (u:UnidCombate): boolean

  47. JEOPS - Estudo de Caso • Repensando nas regras... rule defendeCidade { // Se houver algum inimigo por perto, declarations // é melhor atacá-lo primeiro Jogador eu; Cidade cid; UnidCombate exercAdv; preconditions eu.getNome().equals(“Carlos”); cid.melhorUnidade() != null; // Ou eu estaria perdido! cid.getDono() == eu; exercAdv.getDono() != eu; // Ele realmente é meu adversário? cid.podeSerAlcançada(exercAdv); !eu.emPaz(exercAdv.getDono()); actions cid.melhorUnidade().ataca(exercAdv); }

  48. JEOPS - Estudo de Caso • E se a cidade estiver desprotegida? • Mais uma regra para tratar deste caso! rule defendeCidade2 { declarations Jogador eu; Cidade cid; UnidCombate exercAdv, meuExerc; preconditions eu.getNome().equals(“Carlos”); cid.melhorUnidade() == null; // Problemas a vista!!! cid.getDono() == eu; meuExerc.getDono() == eu; exercAdv.getDono() != eu; // Ele realmente é meu adversário? cid.podeSerAlcançada(exercAdv); cid.podeSerAlcançada(meuExerc); actions meuExerc.anda(cid.getLocal()); // Corra para proteger a cidade! }

  49. JEOPS - Estudo de Caso • Já sei me defender... quero agora ampliar meus domínios... rule atacaCidade { // Se eu estiver perto de uma cidade inimiga, declarations // devo atacá-la!!! Jogador eu; Cidade cid; UnidCombate meuExerc; preconditions eu.getNome().equals(“Carlos”); cid.getDono() != eu; meuExerc.getDono() == eu; meuExerc.getAtaque() >= 3; // Não vou atacar com qualquer um cid.podeSerAlcançada(meuExerc); !eu.emPaz(cid.getDono()); actions meuExerc.ataca(cid.getLocal()); }

  50. JEOPS - Estudo de Caso • Repensando nas classes... Jogador Cidade UnidCombate Localizacao - nome: String - pais: String emPaz(j:Jogador):bool - nome: String - dono: Jogador - local: Localizacao - nome: String - dono: Jogador - movim: int - local: Localizacao - ataque: int - defesa: int ataca(e:UnidCombate) anda(l:Localizacao) - linha: int - coluna: int dist(l:Localizacao): int melhorUnidade(): UnidCombate

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