Organização em Sistemas Multiagentes

Organização em Sistemas Multiagentes

Raquel de Miranda Barbosa

miranda@inf.ufrgs.br

Estrutura da Apresentação

Organização em SMA

Paradigmas Organizacionais

Modelos Organizacionais

Motivação

Características coletivas do SMA

– Interação entre agentes

– Ambiente

– Organização

Perguntas

– O que é uma organização exatamente?

– O que a constitui?

– Que aspectos são relevantes e devem ser modelados?

– Onde esta descrição é armazenada?

Organização em SMA

Noção intuitiva (Hubner, 03)

– Mesa de trabalho

– Formigueiro

– Time de futebol

– Seres vivos

Propósito nos sistemas

– Fazer com que sua finalidade seja facilmente mantida

Por que organizar um SMA?

Se os agentes são autônomos (autonomia de funcionamento, objetivos, etc.), como o sistema vai atingir um objetivo global?

A autonomia precisa ser “limitada”.

Exemplo

– “todos nós somos autônomos, mas quando assumimos o papel de aluno, já não podemos mais fazer certas coisas e podemos fazer outras”.

Na sociedade humana, a noção de papel é muito utilizada para representar direitos e obrigações que, de certa forma, controlam nossa autonomia.

Organizações de Agentes

Daí... Temos sempre...– Os agentes

– Os papéis Que estabelecem relações (de autoridade ou não) entre os agentes

– Uma organização (o todo)

TODOS os sistemas tem alguma forma de Organização!

Uma organização consiste em um conjunto de restrições (regras de conduta) adotadas por um grupo de agentes para que possam atingir seus objetivos coletivos.

Organizações de Agentes

Organização

– Coletivo de agentes organizado

– Conjunto de padrões regulares e flexíveis que moldam ou restringem a atividade conjunta dentro de um grupo de agentes

Dois pontos de vista de organização

Tipos de Organização

agentes sem conhecimentoda organização

agentes com conhecimentoda organização

cent

rado

nos

ag

ente

sce

ntra

do n

a or

gani

zaçã

o

Tipos de Organização

agentes sem conhecimentoda organização

agentes com conhecimentoda organização

cent

rado

nos

ag

ente

sce

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o

Tipos de Organização

agentes sem conhecimentoda organização

agentes com conhecimentoda organização

cent

rado

nos

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o

Tipos de Organização

agentes sem conhecimentoda organização

agentes com conhecimentoda organização

cent

rado

nos

ag

ente

sce

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gani

zaçã

o

O que é uma organização?

Estas restrições podem estar explícitas ou não e os agentes podem ser ou não conscientes delas.

No caso onde se deseja explicitar a organização (observada ou institucionalizada), como descrevê-la?

Que noções utilizar (grupos, papéis, tarefas, missões, autoridade, etc.)?

Qual o significado destas noções?

– Modelos Organizacionais

A organização de um SMA é um conjunto de restriçõesao comportamento dos agentes a fim de conduzi-los

a uma finalidade comum.

Paradigmas Organizacionais

Introdução

Organizações de agentes

– Guiam interações entre agentes Pode influenciar relações de autoridade, fluxos de dados, alocação de

recursos, padrões de coordenação ou outras características do sistema.

A forma, tamanho e características da estrutura organizacional pode afetar o comportamento do sistema.

Hierarquias

Primeiro exemplo de projeto estruturado de SMA

Estrutura de árvores

– nível mais alto: visão global

– interação: nodos conectados

Agente1

Agente 2

Agente 4 …

Agente 3

Agente n

ControleInformação

Hierarquias

Autoridade: concentrada em um único agente (ou grupo) em cada nível da hierarquia

Tipo mais simples – hierarquia de dois níveis.

Hierarquias

– Simples: o indivíduo na raiz tem total autoridade

– Uniformes: autoridade distribuída (exército); as decisões são tomadas por quem tem o poder e a informação.

– Hierarquias múltiplas: esquema de departamentos.

Hierarquias

Problemas:

– organização excessivamente rígida ou frágil, propensa a um ponto de falha com conseqüências globais

Ex. se o agente raiz falhar, toda a coesão da estrutura poderá ficar comprometida

– gargalo Ex. se o agente raiz receber todos os dados produzidos por um grande

grupo abaixo dele

Holarquias

Semelhantes às hierarquias, mas as unidades podem ser agrupamentos que por sua vez, têm relações hierárquicas

Os agrupamentos encapsulam a forma de executar tarefas, o que facilita adaptação

É possível acrescentar comunicação entre holons da mesma organização, o que resulta numa estrutura mais horizontal.

Coalisões

Coalisão: aliança/acordo/união

Subgrupos da sociedade de agentes que se formam para atingir um objetivo temporário.

Tipicamente possuem estruturas horizontais

Um agente pode participar de mais de uma coalisão ao mesmo tempo.

Às vezes tem um representante, que negocia objetivos/tarefas com outras coalisões.

Coalisões

Cada agente tenta maximizar a sua própria utilidade

Não possui característica hierárquica

– mas é possível aninhando um grupo dentro do outro

Obstáculos

– gerar estrutura de coalisões

– como resolver o objetivo apresentado para a coalisão

– recompensa incerta

– agentes “egoístas”

Times

Consistem de um número de agentes cooperativos que trabalham por um objetivo comum (maximizar a utilidade do time)

Cada agente assume um ou mais papéis.

Agentes coordenam-se para que suas ações individuais sejam consistentes com os objetivos do time

Times

Normalmente contam com representações explícitas de objetivos, crenças e planos do time.

Construção do time:– off-line (no design do sistema)

– agentes podem ser dinamicamente descobertos e avaliados para pertencer ao time (através do uso de técnicas – Ex. redes de contrato)

Desafios:– determinar alocação dos agentes

– manter consistência entre estes agentes durante a execução

– revisão do time quando ocorrem mudanças

Congregações

Grupos de indivíduos que unem-se em uma organização para extrair benefícios adicionais

– Ex. limitar interações

Formadas a partir de interesses/habilidades comuns.

Formações de longo prazo.

Outras abordagens conhecidas na literatura podem acabar resultando em congregações também.

Congregações

Agentes precisam tirar vantagens da congregação

– tempo e energia investida na formação do grupo < benefícios

Comunicação

– somente entre agentes da mesma congregação

Sociedades

Sistemas abertos, flexíveis

– agentes heterogêneos entram e saem do grupo.

Agentes:

– diferentes objetivos

– variados níveis de racionalidade

– capacidade heterogênea

– podem estar sub-organizados dentro de outras organizações

Sociedades

Impõem uma série de restrições ao comportamento, chamadas de leis sociais.

– Limitam protocolos de comunicação

– Limitam comportamentos aceitáveis.

Tratam reputação e confiança, para reforçar o emprego das normas sociais.

Agentes formalizam suas interações através de contratos, que são verificados pela sociedade.

Federações

Grupo de agentes coordenados por um delegado (facilitador/mediador)

Membros do grupo interagem somente com o mediador

– atua como intermediário entre o grupo e o mundo

comunicando-se com os delegados de outros grupos

O delegado pode também servir como “alocador” de tarefas. delegado

Mercados

Semelhantes às federações, contando com mediadores.

Mercados podem ser usados para alocar tarefas, negociar valores, etc…

Mecanismo de Leilão é muito usado.

vendedores

compradores

Mercados

Relação produtor/consumidor

– Compradores: ofertar, dar um lance

– Vendedores (leiloeiros): processam os lances e determinam o vencedor

Agentes são competitivos

– competição por tarefas, recursos, serviços ou produtos

Considerações

Não existe um modelo que seja aplicável para todos os sistemas multiagentes

– todos têm diferentes características mais adequadas para alguns problemas e menos para outros

Modelos Organizacionais

Modelo Organizacional

Pode ser entendido como uma linguagem de modelagem utilizada para se criar especificações de organizações de agentes que irão compor um SMA (Coutinho, 09)

– Provê aos projetistas um arcabouço conceitual e uma ou mais sintaxes

Níveis da Organização

Estrutura Organizacional

– Persiste quando os componentes ou indivíduos entram ou saem da organização

Organização Concreta

– Possível instanciação de uma estrutura organizacional

Funcional

– Especificação de metas (objetivos, tarefas) e decomposição de metas (planos conjuntos, inter-relacionamento de metas)

Estrutural

– Especificação de papéis, grupos e relacionamentos entre eles

Dialógica

– Especificação de estruturas de interação direta entre papéis por troca de mensagens

Dimensões de Modelagem (Coutinho, 09)

Normativa

– Definição de normas (permissões, obrigações, etc) que inter-relacionam e regulamentam elementos funcionais, estruturais e dialógicos

Ontológica

– Definição de estruturas conceituais compartilhadas (ontologias de domínio)

Dimensões de Modelagem (Coutinho, 09)

TÆMS (Decker, 1998)

TOVE (Fox et al., 1998)

Definição mais detalhada para organizações no contexto empresarial

– Várias divisões e subdivisões

– Conjunto de agentes alocados nestas divisões

– Conjunto de papéis que os agentes assumem

– Conjunto de metas

TOVE (Fox et al., 1998)

AALAADIN (Ferber e Gutknecht, 1998)

Organização é um conjunto de grupos com uma determinada estrutura

Cada grupo contém um conjunto de papéis necessários ao seu funcionamento e agentes membros

Os papéis são representações abstratas para as funções que os agentes disponibilizam

Nenhuma restrição é feita quanto à arquitetura interna dos agentes

AALAADIN (Ferber e Gutknecht, 1998)

Agente

Grupo Papel

é m

embr

o

assu

me

contém

AGR (Ferber et al., 2003)

AGR

Cheeseboard Diagram

AGR

Reviewing Process of papers

AGR

AGR

Modelo Moise+ (Hubner, 03)

Estrutura: o que os agentes podem fazer

Modelo Moise+

Funcionamento: como os agentes podem fazer

Modelo Moise+

Deôntica: o que os agentes devem fazer

Especificação Estrutural

(Moise+)

Exemplo 1

Especificação Funcional

(Moise+)

aceitom4

.7

docPrazo(Dt) docOk aprovado formPreem1 m2 m5 m1

insSub projAval

temDoc temOri subEle subCor reuniaoOk relatorOk

m1

.85m5

m1m1 m1 m1 m3 m4

Plano

metamissão

taxa de sucesso

Especificação Deôntica

(Moise+)

A relação entre estrutura e funcionamento é estabelecida no nível individual:

– papel missão

tipo: permissão ou obrigação

restrições temporais

perm(p,m,tc) obl(p,m,tc)

Especificação Deôntica (Moise+)

PapelRelação Deôntica

MissãoRestrições Temporais

presidente

per schingresso.m4 [feb/02 feb/28]

secretário per schingresso.m2 Any

secretário per schingresso.m3 Any

membro per schingresso.m5 Any

candidato per schingresso.m1 Any

aluno obl schprova1.m43 Any

professor obl schprova1.m42 Periodic 3

Entidade Organizacional

(Moise+)

grupos papéis

esquemas missões

estrutura funcionamento

instância de grupo papel instanciado

instância de esquema missão instanciada

agentes

finalidade

grType scType

agRole agMis

relações deônticas espe

cific

ação

orga

niza

cion

alen

tidad

eor

gani

zaci

onal

ISLANDER (Esteva et al., 02)

Baseado em instituições eletrônicas

Instituições definem os papéis participantes, as interações válidas entre os participantes e as normas que irão governá-las.

Composta por:

– Framework de Diálogos

– Cenas

– Estrutura Performativa

– Normas

Modelo PopOrg (Costa e Dimuro, 07)

Analisa 2 aspectos de SMA:

– População conjunto de agentes que o habitam, juntamente com o conjunto de todos

os comportamentos que eles são capazes de executar e o conjunto de todos os processos de interação que eles podem estabelecer entre si

– Organização composta por papéis organizacionais e links organizacionais

Níveis micro e macro-organizacionais– Nível micro: onde ocorrem as interações organizacionais em caráter

individual (constituído por trocas entre papéis individualizados)

– Nível macro: o nível das interações de caráter coletivo (trocas entre grupos de papéis)

Modelo PopOrg (Costa e Dimuro, 07)

Baseado na distinção entre aspectos intencionais e extensionais de um sistema

– Intencionais: funcionamento interno do sistema (representado através de normas, valores, etc)

– Extensionais: aspectos externos do sistema, ou seja, o que pode ser observado do ponto de vista externo ao sistema (ações executadas, objetos trocados, etc)

O modelo PopOrg concentra-se na representação dos aspectos extencionais

PopOrg = (Pop, Org, imp)

Pop = (Ag, Act, Bh, Ep, bc, ec) Org = (Org , Org )

Org = (R, L, lc) Org = (G, L)

Modelo PopOrg (Costa e Dimuro, 07)

Pop = (Ag, Act, Bh, Ep, bc, ec)

Ag é o conjunto de agentes chamado de população;

Act é o conjunto de todas as ações (ações de comunicação e ações sobre objetos concretos);

Bh [T (Act)] é o conjunto de todos os comportamentos (seqüências de ações que os agentes são capazes de realizar);

Ep [T (Act) (Act)] é o conjunto de todos os processos de troca que quaisquer dois agentes podem realizar;

bc : Ag (Bh) é uma função de capacidade comportamental;

ec : Ag Ag (Ep) é uma função de capacidade de troca

Modelo PopOrg (Costa e Dimuro, 07)

Org = (R, L, lc)

R (Bh), é o conjunto de papéis que os agentes podem

desempenhar no sistema multiagente;

L R R Ep é o conjunto de micro-ligações que podem ser

estabelecidas entre papéis, cada micro-ligação especificando um processo de troca que os agentes que desempenham os papéis ligados pela micro-ligação podem ter de realizar;

lc : R R (L) é a capacidade de micro-ligação dos pares de

papéis, ou seja, o conjunto de micro-ligações que cada par de papéis pode estabelecer entre si;

Modelo PopOrg (Costa e Dimuro, 07)

Org = (G, L)

G (R) (L) é o conjunto de grupos sociais do sistema

multiagente, cada grupo social G = (R,L) G sendo não-vazio e

fechado para a sua estrutura micro-organizacional

L G G (L) é o conjunto de macro-ligações que podem ser

estabelecidas entre os grupos sociais da estrutura macro-organizacional, cada macro-ligação (G0,G1,LG0,G1) L respeitando

a estrutura micro-organizacional dos grupos sociais que a constituem

Modelo PopOrg (Costa e Dimuro, 07)

Modelo PopOrg (Costa e Dimuro, 07)

Notação baseada em teoria dos conjuntos

Modelo mínimo de organização

AGR MOISE+

Modelo PopOrg (Costa e Dimuro, 07)

Notação baseada em teoria dos conjuntos

Modelo mínimo de organização

AGR MOISE+

PopOrg

Considerações

A organização de um SMA é um conjunto de restrições ao comportamento dos agentes a fim de conduzí-los a uma finalidade comum.

Organização observada

Organização institucionalizada, descrita a partir de modelos

Os agentes podem ou não ter capacidade de raciocinar sobre sua organização.

Exercício

N agentes

Dinheiro global: R$ 600,00

Objetivo:

– Terminar as compras o mais rápido possível (quantidade de ciclos utilizada até que o último item seja comprado)

A cada ciclo cada agente pode se movimentar uma casa na horizontal ou vertical

Cada passo custa R$ 1,50

Só podem trocar dinheiro quando se encontrarem

Exercício

Item Quant. Valor Loja 1 Loja 2 Loja 3 Loja 4 Loja 5 Loja 6 Loja 7 Loja 8 Loja 9 Loja 10

Livro 1 40 x x  

CD 1 25 x x x  

Calça 1 80 x  

Flores 1 20 x  

Óculos escuros 1 70 x x  

Bermuda de surfista

1 40 x x x  

Game 1 70 x x

Panela 1 55                 x  

TOTAL 400

Exercício

(x,y) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

1 Entrada  

2 Loja 9  

3 Loja 5 Loja 10

4  

5  

6 Loja 7  

7 Loja 3  

8 Loja 1  

9  

10  

11 Loja 4  

12  

13 Loja 2  

14 Loja 8  

15                 Loja 6