Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente

1. Universidade Federal do Rio Grande do Sul Instituto de Informática Programa de Pós-Graduação em Computação Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente Rejane Frozza Prof. Dr. Luis Otávio Campos Alvares (orientador) (Defesa de Tese de Doutorado)

2. Sumário Escopo  Motivação  Problemática  Objetivos  Coordenação  Proposta para Avaliação  Aplicação e Resultados  Conclusões, Contribuições e Trabalhos Futuros  Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 2

3. Inteligência Artificial Sistemas Multiagentes Coordenação Avaliação Escopo do Trabalho Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 3

4. Coordenação Por que avaliar ? Para que avaliar ? Como avaliar ? Mas ... Motivação Atividades Humanas Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 4

5. Qual modelo/mecanismo de coordenação melhor se adapta para a solução de um problema de coordenação específico ? Avaliação Problemática ? ? ? ? ? ? Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 5

6. Objetivos apresentar uma proposta de avaliação para a coordenação, voltada aos projetistas e desenvolvedores de sistemas multiagentes;  fornecer critérios que auxiliem a tomada de decisão de qual modelo de coordenação utilizar em uma aplicação multiagente;  fornecer critérios que possam avaliar o comportamento de um sistema coordenado.  Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 6

7. Visão do conceito de coordenação Jennings [JEN 93 e 96], Malone [MAL 94], Durfee [DUR 2001] Ciancarini [CIA 2000], Huhns e Stephens [HUH 99], Ferber [FER 95] Aplicações (modelos) Sheory [SHE 97], Liu [LIU 2000], Modi [MOD 2000], Jong [JON 97] Reis [REI 2001], Andrade [AND 2002], Yunpeng [YUN 2001], Goldberg [GOL 99], Tambe [TAM 99], Callantine [CAL 2003] Avaliação de coordenação Jong [JON 99], Barber [BAH 2000], Durfee [DUR 2001], Excelente-Toledo [EXC 2002]    Mecanismos de coordenação Jennings [JEN 96], Lesser [LES 98], Decker [DEC 95], Ferber [FER 95] Kuwabara [KUW 95], Nagendra [NAG 97], Ossowski [OSS 99]  Metodologia Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 7

8. agentes necessitam informações;  recursos limitados;  otimização de custos ;  objetivos satisfeitos.  Coordenação Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 8

9. Capacidade dos agentes organizarem suas ações (individuais ou coletivas) para serem executadas de maneira coerente no ambiente onde co-habitam, evitando conflitos, gerenciando recursos disponíveis, explorando a tomada de decisão e chegando a resultados satisfatórios. Coordenação Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 9

10. Mecanismos de Coordenação  Organização, Planejamento e Negociação [Ossowski, 1999] Organização, Contrato, Planejamento e Negociação [Jennings e Nwana, 1996]   Sincronização, Planejamento, Reatividade e Regulamentação [Ferber, 1995] Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 10

11. Modelos de Coordenação Modelos de Coordenação em algumas Aplicações Formação de Coalizão Look-Ahead Pontos Focais Comunicação de Avaliação Matriz de Ganhos GPGP Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 11

12. Formação de coalizão Look- ahead Pontos focais Comunicação de avaliação Matriz de ganhos GPGP Preditividade Adaptabilidade Controle das ações Comunicação Conflitos Troca de informações Tipo do agente Aplicações Vantagens Desvantagens Coordenação com comunicação: informações trocadas entre os agentes Coordenação sem comunicação: matriz de ganhos, pontos focais, regras Mecanismo para resolução de conflitos Quadro Comparativo . . . . . . . . . Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 12

13. .Look-ahead Sincronização. . Formação de coalizão Planejamento. . Pontos focais Reativa. . Comunicação de avaliação Regulamentação. . Matriz de ganhos . GPGP Mecanismos x Modelos Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 13

14. Avaliação Critérios Avaliação Avaliação Qualitativa Avaliação Quantitativa tomada de decisão grau de importância Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 14

15. Alguns trabalhos relacionados: Avaliação da Coordenação Jong [JON 99] - problema da presa e do predador (Sinais de Avaliação -técnica de aprendizado por reforço) Barber [BAH 2000] - flexibilidade, custo da solução de coordenação, qualidade da solução do problema Durfee [DUR 2001] - população de agentes, ambiente e solução Excelente [EXC 2002] - recompensa obtida pelo agente nas tarefas Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 15

16. preditividade adaptabilidade controle das ações Características e capacidades dos agentes comunicação Análise do problema para escolha do modelo de coordenação (classificação) conflitos troca de informações tipo do agente Coordenação Multiagente Características da aplicação ambiente da aplicação taxa de qualidade dos resultados características da tomada de decisão Avaliação a posteriori características de flexibilidade taxa de sucesso na resolução de conflitos (critérios) Proposta para avaliação Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 16

17. São fornecidas considerações sobre a escolha de um ou outro modelo de coordenação. Análise do Problema (classificação) Destina-se a melhorar o processo de tomada de decisão sobre a escolha de um modelo de coordenação adequado às características do problema. Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 17

18. Classificação (critérios) Critérios relacionados: preditividade;  adaptabilidade;  controle das ações;  comunicação;  conflitos;  troca de informação;  tipo do agente;  ambiente da aplicação.  Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 18

19. Classificação (questões) Questionário: Os agentes possuem /possuirão conhecimento das capacidades dos outros agentes ? ( ) não ( ) sim Os agentes possuem /possuirão a capacidade de prever o estado futuro do ambiente ou do comportamento/ações dos outros agentes ? ( ) não ( ) sim, alguns agentes ( ) sim, todos agentes Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 19

20. Ambientes dinâmicos - tomada de decisão rápida (Reatividade) Protocolo de comunicação, decisão sobre planos (Planejamento) Relação: questões - coordenação Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 20

21. Comunicação precária, restrita (Pontos Focais, Matriz de Ganhos) Escalonamento de tarefas (Sincronização) Relação: questões - coordenação Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 21

22. Comunicação necessária- analisar o objetivo da comunicação Situações de Conflito (GPGP, look-ahead, formação de coalizão) Relação: questões - coordenação Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 22

23. preditividade adaptabilidade controle das ações Características e capacidades dos agentes comunicação Análise do problema para escolha do modelo de coordenação (classificação) conflitos troca de informações tipo do agente Coordenação Multiagente Características da aplicação ambiente da aplicação taxa de qualidade dos resultados características da tomada de decisão Avaliação a posteriori características de flexibilidade taxa de sucesso na resolução de conflitos (critérios) Proposta para avaliação Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 23

24. São fornecidas características e dados numéricos do comportamento da coordenação. Avaliação a Posteriori É aplicada sobre o mecanismo de coordenação escolhido e desenvolvido. Utilizam-se critérios para verificar o comportamento do sistema em relação à coordenação. Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 24

25. taxa de qualidade dos resultados (taxa de resultados satisfatórios atingidos)  características da tomada de decisão pelos agentes (capacidade dos agentes decidirem sobre as ações a serem realizadas em determinadas situações)  Taxa = (resultados satisfatórios/ total de simulações)*100 Número de agentes, tempo dispendido, comunicação Avaliação a Posteriori (critérios) Critérios propostos: Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 25

26. características de flexibilidade do modelo de coordenação (facilidade na incorporação/redução de agentes)  taxa de sucesso na resolução de conflitos (resolução dos conflitos que surgem durante as atividades dos agentes)  Taxa = (conflitos resolvidos / total de conflitos)*100 Escalabilidade do método, situação imprevista Avaliação a Posteriori (critérios) Critérios propostos: Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 26

27. Frozza Jong Barber Durfee Excelente Critérios Propostos x Trabalhos Relacionados - 6 modelos de coordenação - critérios para análise do problema - critérios a posteriori - um único modelo de coordenação - um único critério: taxa de captura da presa - avaliação sobre o modelo de coordenação desenvolvido - negociação, arbítrio, voto, auto-modificação (técnicas: resolução conflitos) - critérios: comunicação, mensagens trocadas entre agentes, tempo de CPU, tempo de tomada de decisão, qualidade da solução - não especifica modelos/mecanismos de coordenação - critérios : população de agentes (heterogeneidade, complexidade), ambiente (interações, mudanças, distributividade), solução (resultados satisfatórios) - agentes selecionam mecanismos de coordenação - critérios: recompensa total obtida pelo agente, número de tarefas cooperativas Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 27

28. Estudo de Caso - Robocup Aplicação - Time UFRGS [Bagatini, 2001] Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 28

29. Classificação (questionário) Coordenação - Time UFRGS Modelos de coordenação implementados  Pontos Focais (sem comunicação) Com comunicação (oferecida pelo Soccerserver) Definição de esquemas táticos (jogadas)  Jogada de ataque: 5 jogadores Objetivo: fazer gol Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 29

30. Esquemas táticos Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 30

31. Valores das Características e Descrição 2 Características 1 3 chuta de longe chuta bem chuta mal marcação não está marcado está marcado individualismo é individualista não é individualista chute a gol chuta bem a gol não chuta bem a gol distância do gol próxima média longe Esquemas Táticos - Características e Valores Esquema tático 1: 1,1,1,1,2 ou 3.  Esquema tático 2: 2,1,2,1,1.  Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 31

32. Focal (esquema tático) =  raridade(característica) + 0,5*extremidade(característica) Coordenação - Pontos Focais[Fenster, 1998] Coordenação sem comunicação explícita.  Pontos focais = pontos de convergência.  Propriedades = raridade e extremidade.  Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 32

33. Coordenação – Com Comunicação Tomada de decisão individual para escolha do esquema tático.  Comunicação da escolha aos outros agentes.  Método do vizinho mais próximopara a decisão.  Protocolo de comunicação.  Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 33

34. Pontos focais Com comunicação 50 50 Total simulações 31 26 19 24 Resultados satisfatórios 62% 52% Resultados insatisfatórios Taxa satisfatória Resultados - Avaliação a Posteriori critério 1: taxa de qualidade dos resultados  Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 34

35. Resultados - Avaliação a Posteriori Número de gols por esquema tático  Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 35

36. Pontos focais Com comunicação 05 05 Agentes envolvidos na tomada de decisão 02 01 Total de agentes esquemas táticos, próprias caract. Conhecimento esquemas táticos Comunicação sem com Resultados - Avaliação a Posteriori critério 2: características da tomada de decisão  Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 36

37. Pontos focais Com comunicação 01 01 Tomada de decisão Novos agentes sem alterações sem alterações Conflitos podem aumentar podem aumentar não afetado afetado Tempo comunicação Resultados - Avaliação a Posteriori critério 3: características de flexibilidade  Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 37

38. Pontos focais Com comunicação 50 50 Total simulações 25 25 Conflitos resolvidos 12 09 Conflitos surgidos (total) 48% 36% Taxa satisfatória Resultados - Avaliação a Posteriori critério 4: taxa de sucesso na resolução de conflitos  Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 38

39. Estudo de Caso - Gerenciamento de Agendas Distribuídas [SIL 2003] Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 39

40. Modelo de Coordenação (classificação) Modelo de coordenação desenvolvido  Planejamento distribuído (atividades de agendamento de compromissos) Modelo de coordenação sugerido  GPGP (planejamento com protocolos de comunicação e negociação) Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 40

41. Experimentos Primeira Simulação  Agenda com compromissos locais individuais e conflitos internos Segunda Simulação  Agenda com compromissos não-locais com conflitos locais Terceira Simulação  Agenda com compromissos não-locais com conflitos globais Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 41

42. Resultados - Avaliação a Posteriori critério 1:taxa de qualidade dos resultados  Taxa de resultados satisfatórios = 100% Resultados satisfatórios = conflitos resolvidos Resultados insatisfatórios = compromissos cancelados Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 42

43. Resultados - Avaliação a Posteriori critério 2:características da tomada de decisão  Número total de agentes = variável; nas simulações foram usados 1 e 4 agentes Agenda. Agentes no processo de tomada de decisão = agentes que têm compromisso em comum. Conhecimento da Agenda = sua estrutura interna e as preferências do usuário. Envolve processo de negociação e comunicação. Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 43

44. Resultados - Avaliação a Posteriori critério 3:características de flexibilidade  Complexidade da agenda: carga de horários indisponíveis, horários com compromissos locais e não-locais de alta prioridade, solicitações de reuniões. Processo de negociação: número de mensagens trocadas, tempo de comunicação entre os agentes (até a marcação de um novo compromisso). Conflitos tendem a aumentar. Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 44

45. Resultados - Avaliação a Posteriori critério 4:taxa de sucesso na resolução de conflitos  Taxa de conflitos resolvidos = 100% Conflitos : colisões de horários. Conflitos resolvidos : consenso de horários. Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 45

46. Conclusões Escolha de um modelo de coordenação  características desejadas para a solução do problema Avaliação  visão do avaliador, objetivo da aplicação Aplicabilidade da classificação e avaliação a posteriori.  Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 46

47. Contribuições Comparação entre modelos de coordenação  Relação entre mecanismos e modelos  Proposta de avaliação (dois momentos)  Critérios de avaliação  Integração no ciclo de desenv. de sistemas  Uso da abordagem GQM  Avaliação: projetista/desenvolvedor de sistemas  Modelos de coordenação - Time UFRGS  Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 47

48. Trabalhos Futuros Sistema de raciocício baseado em casos para automatizar a classificação  Utilizar critérios com pesos  Estudo de novos modelos de coordenação  Proposta de novos critérios  Novos estudos de caso  Critérios para Avaliação de Coordenação Multiagente - 48