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Soutenance de thèse -- Dans cette thèse nous mettons en avant l’importance de considérer un SMA suivant tous ses aspects : agent, environnement, interaction, organisation et institution. Jusqu’à maintenant, ces aspects ont principalement été traités séparément, et il est difficile d’intégrer des modèles qui portent sur des aspects différents. De plus, nous constatons qu’il existe parfois une ambiguïté sur le rôle de chacun de ces aspects d’un SMA. Il y a donc un besoin de les clarifier et de permettre de tous les intégrer de manière cohérente. Dans cet objectif, nous proposons un cadre conceptuel original pour les SMA qui est fondé sur les quatre quadrants de la vision intégrale de Wilber. Ces quadrants résultent de l’intersection de deux axes d’analyse : l’axe interne – externe et l’axe individuel – collectif. Un intérêt de ce cadre conceptuel est de mettre en évidence le champ d’application de modèles existants, et de faciliter l’intégration de modèles complémentaires. De plus, nous montrons qu’il est adapté à la conception de systèmes ouverts. Enfin nous proposons le méta-modèle MASQ, qui est une formalisation de cette approche conceptuelle. MASQ permet de décrire un SMA à partir de quatre concepts fondamentaux (esprit, objet-corps, espace brut et culture), de relations entre ces concepts, et de lois d’évolution qui déterminent leur dynamique. Ce méta-modèle a pour objectif de mettre en relation des modèles spécifiques complémentaires pour la conception d’un SMA.
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John Tranier
LIRMM – Université Montpellier II – CNRS
Mardi 18 décembre 2007
Vers une vision intégrale des systèmes multi-agents
Contribution à l’intégration des concepts d’agent, d’environnement, d’organisation et d’institution
2
Soutenance de thèse – John Tranier
Contexte : système multi-agent ouvertIntroduction
SMA : agents autonomes en interaction dans un environnementSMA ouvert : agent conçus séparémentInspiré des systèmes sociaux réels
3
Soutenance de thèse – John Tranier
Concepts étudiés pour les SMA ouvertsIntroduction
Agent Comportement autonome
Environnement Cadre de l’autonomie
Organisation Structuration de l’interaction
Institution Coordination d’agents hétérogènes
Constat :Ces 4 concepts sont essentielsIls ont été considérés séparémentIl n’existe pas d’approche qui les intègre tous
Soutenance de thèse – John Tranier
4
Pré-requis : ne rien présupposer sur la structure interne des agents
Clarifier pour un SMA ouvert :La fonction de ces conceptsLes relations qu’ils entretiennent
Fournir un méta-modèle (MASQ) qui intègre de manière cohérente ces concepts
Nos objectifsIntroduction
5
Soutenance de thèse – John Tranier
5 Conclusion & Perspectives
Plan de la présentationIntroduction
3 Démarche fédératrice
4 Le méta-modèle MASQ
2 État de l’art
Environnement
Organisation
Institution
6
ENVIRONNEMENT
Soutenance de thèse – John Tranier
7
Le problème de l’action :Comment définir ce qu’un agent peut faire, tout en préservant son autonomie ?
Solution :Le principe de la séparation Esprit / CorpsLe principe Influence / Réaction
Problème : agent vs. environnementEnvironnement
Soutenance de thèse – John Tranier
8Séparation Esprit / CorpsEnvironnement
Partie décisionnelle
Délibère
État interne
Capacités cognitives
Agit
Partie activeÉtat physique
Capacités matérielles
Esprit Corps
Autonomie de l’agent Contraintes de l’environnement
2
2
2
)(exp
2
1
x
[MAGNIN 96], [MICHEL 04]
9
Soutenance de thèse – John Tranier
Le principe Influence / RéactionEnvironnement
Influence
1
Influence
2 Réaction
Perception
3
Perception
3
[FERBER & MÜLLER 96]
« Loi de l’univers »
Soutenance de thèse – John Tranier
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Délimiter le cadre de l’autonomie des agentsPermet d’empêcher un comportement indésirableRéduit l’adaptation
Donner une perspective publique à l’interactionToutes les interactions ont lieu dans l’environnementL’agent ne décide pas de qui en perçoit les traces
Apports de l'environnementEnvironnement
11
ORGANISATION
Soutenance de thèse – John Tranier
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Caractéristiques :Pas de contraintes sur les interactionsPas de structure externe aux agents
Limites :Interaction non structurée
SécuritéCoûts de coordination
Complexité de conception
Pour dépasser ces limites :Notion d’organisation
Limites des systèmes « centrés agents »Organisation
Comment trouver un produit ?
Soutenance de thèse – John Tranier
13Illustration avec le méta-modèle AGROrganisation
Groupe Contrat
Client
Groupe Fournisseurs
Fournisseur
Groupe Client
Courtier
AcheteurVendeur
[FERBER & GUTKNECHT 98]
Agent : joue des rôles dans des groupes
Groupe : partitionnement de l’organisation
Rôle : fonction dans un groupe
Soutenance de thèse – John Tranier
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Structuration du système :SécuritéComplexité : « diviser pour mieux régner »
Abstraction du rôle :Favorise la coordination en guidant les agents dans leurs activités
Apports des organisationsOrganisation
15
INSTITUTION
Soutenance de thèse – John Tranier
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Ouverture Agents conçus séparément hétérogénéité
Obstacles à la coordination des agents :Comportements imprévisiblesCompréhension mutuelleConfiance
Solution : métaphore sociale (les sociétés humaines sont « ouvertes »)
Régulation des comportements par la pression sociale (norme)Description institutionnelle du monde « à la Searle » (institution)
Problèmes liés à l'ouverture des SMAInstitution
Soutenance de thèse – John Tranier
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Norme : description d’un comportement attendu« il est interdit de … »« il est obligatoire de … »« il est permis de … »
Mise en application des normes :Contrôle a posteriori + sanctions / récompenses
Conséquence : établissement d’une pression socialeInfluence les agents dans leur comportementRend les comportements plus prévisiblesAccroît la confianceN’exclut pas les violations Préserve l’autonomie
Le concept de « norme »Institution
18
Soutenance de thèse – John Tranier
Le concept d'« institution » (Searle)Institution[SEARLE 97],[SEARLE 05]
Réalité brute
Réalité institutionnelle Réalité institutionnelle
Institution Institution
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Soutenance de thèse – John Tranier
Exemple : le billet de banqueInstitution
5€règle constitutive
X counts as Y
statut institutionnel (fonction monétaire)
Billet de banqueBout de papier
[SEARLE 97],[SEARLE 05]
Statut collectivement
accepté
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Soutenance de thèse – John Tranier
Les règles constitutives/régulativesInstitution
Règles constitutives
Statut institutionnel
Interprétations collectivesNouvelles activités
Règles régulativesRégulation
d’activités existantes
Permission, Interdiction, Obligation
Ex : jouer au football
Ex : obligation de rouler à droite sur la route
Soutenance de thèse – John Tranier
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Sémantique institutionnelle du langage
Institution : une application aux SMAInstitution
sendMessage(Bill, Joe, inform, « il pleut »)counts-as
makeCommitment(Bill, Joe, « il pleut »)
Boss(bill) sendMessage(Bill, Joe, request « fait ça »)counts-as
makeCommitment(Joe,Bill, « fait ça »)
Assertion (inform) :
Relation d’autorité (request) :
[FORNARA et al. 07]
Soutenance de thèse – John Tranier
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Interprétation collective de l’interaction :Renforce la compréhension mutuelleFavorise la coordination
Régulation de l’interaction :Influence les agents dans leur comportementRend les comportements plus prévisiblesAccroît la confianceN’exclue pas les violations Préserve l’autonomie
Apports des institutionsInstitution
Soutenance de thèse – John Tranier
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Tous ces concepts sont nécessaires à la conception d’un SMA ouvert
Besoin de les intégrer
Démarche :Approche fédératrice inspirée des quadrants de la vision intégrale [WILBER 01]Méta-modèle formel MASQ
État de l'art : constat général
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APPROCHE FÉDÉRATRICE : LES QUADRANTS
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Soutenance de thèse – John Tranier
Les quadrants : 2 axes d'analyseApproche fédératrice : les quadrants
Individuel
Collectif
Interne Externe
2
2
2
)(exp
2
1
x
Ce qu’il pense(subjectif)
Ce qu’il fait(objectif)
Soutenance de thèse – John Tranier
Les quadrants appliqués aux SMA 26
Approche fédératrice : les quadrants
Subjectivité Objectivité
Individuel
Collectif
Inte
rne Externe
« JE » « IL »
« ILS »
Interobjectivité« NOUS »
Intersubjectivité
états mentaux, émotions, croyances, désirs, intentions
cognition
comportement agent, objet, processus, ressource,
manifestation
interférences, relations,structures sociales réifiées,
organisations
culture, normesconnaissances partagées,interprétations collectives
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Soutenance de thèse – John Tranier
Les quadrants et les concepts SMAApproche fédératrice : les quadrants
Utiliser les quadrants pour analyser les concepts
et leurs relations
Environnement InstitutionOrganisation
? ? ?
Individuel
Collectif
Inte
rne Externe
Agent
?
28
Soutenance de thèse – John Tranier
Les quadrants et les concepts SMAApproche fédératrice : les quadrants
Esprit :Structure interneChoix comportement
Corps :Attributs objectifsCapacités matérielles
Environnement InstitutionOrganisation
? ? ?
• Individuel
• Collectif
•In
tern
e •Externe
• Agent• (esprit)
Agent(corps)
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Soutenance de thèse – John Tranier
Les quadrants et les concepts SMAApproche fédératrice : les quadrants
Manifestations individuellesRéalité objectiveContexte d’activitéMet en relation objets et agents
InstitutionOrganisation
? ?
• Individuel
• Collectif
•In
tern
e •Externe
• Agent• (esprit)
Environnement
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Soutenance de thèse – John Tranier
Les quadrants et les concepts SMAApproche fédératrice : les quadrants
Structures collectives
Contraint ou permet l’interaction
Institution
?
• Individuel
• Collectif
•In
tern
e •Externe
• Agent• (esprit) Environnement
Organisation(structure)
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Soutenance de thèse – John Tranier
Institution
Les quadrants et les concepts SMAApproche fédératrice : les quadrants
Interprétation collectiveRégulation
Subjectif et collectif
Individuel
Collectif
Inte
rne Externe
Agent(esprit) Environnement
Organisation(structure)
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Soutenance de thèse – John Tranier
Institution
Une clarification importanteApproche fédératrice : les quadrants
Unification entre :Activité physiqueActivité sociale
Distinction entre :Système socialCulture
Individuel
Collectif
Inte
rne Externe
Agent(esprit) Environnement
Organisation(structure)
Système socialCulture
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Soutenance de thèse – John Tranier
Notion de groupe :Groupe comme contexte d’interaction
Forum de discussion, Laboratoire, Entreprise
Groupe culturel Nation, Langage, Mode vestimentaire
Distinguer système social / cultureLe méta-modèle MASQ
Notion de rôle :Un ensemble de capacités d’action (dans un groupe social)Comportement attendu
Corps socialStatut Rôle
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Soutenance de thèse – John Tranier
Les relations entre les concepts SMAApproche fédératrice : les quadrants
Individuel
Collectif
Inte
rne Externe
Passage à l’acte
PerceptionImmergence
FusionInterprétation culturelle
Influence culturelle
?
Soutenance de thèse – John Tranier
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Clarification conceptuelle :Unification activités physique et socialeDistinction système social / cultureRelations entre les concepts
Formalisation : le méta-modèle MASQ
Bilan sur notre approche fédératriceApproche fédératrice : les quadrants
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Soutenance de thèse – John Tranier
Illustration : WarbotApproche fédératrice : les quadrants
[FERBER & MICHEL]
37
LE MÉTA-MODÈLE MASQ
38
Soutenance de thèse – John Tranier
Quels concepts primitifs ?Le méta-modèle MASQ
esprit corps / objet
espace brutespace culturel
Partie décisionnelled’un agent
Entité de l’environnement
Structures collectivesqui mettent en
relation les entités
Éléments subjectifspartagés par un
ensemble d’agents
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Soutenance de thèse – John Tranier
Le concept d'« esprit» Le méta-modèle MASQ
État interneDynamique propre
Percepts Influences
Délibération
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Soutenance de thèse – John Tranier
Le concept d'« objet » Le méta-modèle MASQ
Lois d’évolution : changement d’état en l’absence de perturbation extérieure
Rocket
Position : x,y Direction : 45° Speed : 10 m/s
Type
Étatdynamique
Loi d’évolutionDynamiqueindividuelle
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Soutenance de thèse – John Tranier
Le concept de « corps » : un corps physique Le méta-modèle MASQ
Un corps est un objetLoi de réaction : comment l’esprit peut influencer la dynamique de son corps
Explorer
Position : x,y Energy : 30% PerceptRange : 80
Move() Turn(angle) GetPercept()
influence
percept
Type
Étatdynamique
Capacités
Loi de réaction
, dans lequel un esprit peut s’incarner
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Soutenance de thèse – John Tranier
Le concept de « corps » : un corps socialLe méta-modèle MASQ
MadkitRole
roleName : member inBox outBox
sendMessage(msg) createGroup(groupName) requestRole(groupName, roleName) receiveMessage()
influence
percept
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Soutenance de thèse – John Tranier
Le concept d'« espace brut »Le méta-modèle MASQ
Contexte d’interaction pour objets / corpsRelations entre les objets / corpsLois d’interférences : détection & résolution
Relation de distance
Interférence
Arena
RocketLauncherBase
Explorer
Type
Lois d’interférences
Rocket
[HELLEBOOGH et al. 07]
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Soutenance de thèse – John Tranier
Différents espaces brutsLe méta-modèle MASQ
Arena
Explorer
BlueTeam DefenderBlueTeam
MadkitRoleMember
MadkitGroup MadkitRoleLeader
Activité « physique »
Activité « sociale »
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Soutenance de thèse – John Tranier
Dynamique d'un espace brutLe méta-modèle MASQ
Évolution locale
Évolution locale
Interférence
Influence
1 Réaction
2
3
3
2. Interférence3. Évolution
l’esprit asa propre
dynamique
chaque espace bruta sa propre dynamique
1. Réaction
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Soutenance de thèse – John Tranier
Le concept d'« espace culturel »Le méta-modèle MASQ
Mécanismes d’interprétation :Institution
(règles constitutives & régulatives)
Perception brute
Interprétationculturelle
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Soutenance de thèse – John Tranier
Interprétation personnelle vs. collectiveLe méta-modèle MASQ
Règles d’interprétation
Culture commerciale Culture Écologique
Perception
Personnel
A B
A
B
Soutenance de thèse – John Tranier
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Il faut interpréter les perceptions brutes :Ex : telles perceptions counts-as « la base est en danger »Ex : base détruite counts-as partie perdueEx : régulatif « il est obligatoire d’obéir au leader »
Pourquoi concevoir la culture séparément ?Différentes équipes peuvent utiliser la même culture (réutilisation)Une culture définie séparément peut être enrichie (évolutivité)Indispensable si les esprits sont conçus séparément
Espaces culturels pour WarbotLe méta-modèle MASQ
49
Arena
RedTeam culture
BlueTeam culture
Base RocketLauncher
Explorer
Rocket
BaseRocketLauncher
MadkitRoleMember
MadkitGroup: Team-Blue
MadkitGroup: Red-Defender
MadkitRoleCoordinator
MadkitRoleMember
MadkitGroup: Team-Red
MadkitGroup: Red-Attack
MadkitRoleCoordinator
MadkitRoleMember
50
Soutenance de thèse – John Tranier
Implantation Warbot en MASQMASQ : Exemple de conception
1..*Body
1..10..*Mind
1..* 1..1Brute space
Rocket
Object
Robot Arena
MadkitRole MadkitGroup
Base MobileRobot
Explorer RocketLauncher
RedTeamMind
WarbotMind
RedTeamCulture
0..*
Cultural space
51
CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Soutenance de thèse – John Tranier
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Cadre d’analyse qui permet de :Mieux séparer les conceptsClarifier les relations entre les concepts
Lever certaines ambiguïtés terminologiques (institution à la Searle institution ISLANDER)
Démarche fédératrice : BilanConclusion
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Soutenance de thèse – John Tranier
Besoins des SMA ouverts Concept MASQ
Intégrité des agents Esprit
Délimiter l’autonomie des agents Objet/Corps + Espace brut
Perspective publique de l’interaction Objet/Corps + Espace brut
Structuration du système (physique et sociale) Objet/Corps + Espace brut
Interprétation collective de l’interaction Espace culturel
Régulation de l’interaction Espace culturel
MASQ : BilanConclusion
MASQ permet de concevoir séparément chaque concept (esprit, objet/corps, espace brut, espace culturel)
Soutenance de thèse – John Tranier
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Implantation : Madkit v.5 basé sur MASQExpérimentation de techniques de coordination en milieu ouvert avec Warbot
Méthodologie de conception
Aspects culturels :Relation individu – cultureÉvolution culturelle
PerspectivesConclusion
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Merci de votre attention
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