Arquiteturas Reativas e Arquiteturas H íbridas -...

Tema do SeminTema do Semináário:rio:

Arquiteturas Reativas e Arquiteturas Reativas e

Arquiteturas HArquiteturas Hííbridasbridas

Marcio Marcelo PifferMarcio Marcelo [email protected][email protected]

PPGCC/UFSCPPGCC/UFSC

Universidade Federal de Santa CatarinaUniversidade Federal de Santa Catarina

Centro TecnolCentro Tecnolóógicogico

Departamento de InformDepartamento de Informáática e Estattica e Estatíísticastica

Disciplina: Modelagem de Sistema Multiagentes Disciplina: Modelagem de Sistema Multiagentes -- INE 602200INE 602200

Marcio Marcelo Piffer - PPGCC/UFSC 2

ContextualizaContextualizaççãoão

�� Agentes:Agentes:�� Breve HistBreve Históórico, Definirico, Definiçções, Aplicaões, Aplicaçções.ões.

�� Categoria dos AgentesCategoria dos Agentes�� Cognitivos e ReativosCognitivos e Reativos

�� Arquiteturas dos AgentesArquiteturas dos Agentes�� A Arquitetura DeliberativaA Arquitetura Deliberativa�� A Arquitetura ReativaA Arquitetura Reativa

�� ExemplosExemplos

�� A Arquitetura HA Arquitetura Hííbridabrida�� ExemplosExemplos

�� ConclusõesConclusões�� ReferênciasReferências


Agentes Agentes –– Breve HistBreve Históóricorico

�� Fruto de cerca de 40 anos de estudo em IA e Fruto de cerca de 40 anos de estudo em IA e RobRobóótica (meados de 1950).tica (meados de 1950).

�� IdIdééia: decompor sistemas complexos em ia: decompor sistemas complexos em diferentes entidades, objetivando maior diferentes entidades, objetivando maior eficiência nos resultados.eficiência nos resultados.

�� DDéécada de 70 a idcada de 70 a idééia estava bem estabelecida ia estava bem estabelecida [[BrennerBrenner, 1998; Coser, 1999]., 1998; Coser, 1999].�� ResultadoResultado: trouxe conceitos inerentes a consciência : trouxe conceitos inerentes a consciência

humana para a computahumana para a computaçção, como raciocão, como raciocíínio, nio, representarepresentaçção do conhecimento e aprendizagem.ão do conhecimento e aprendizagem.


AgentesAgentes-- DefiniDefiniççãoão

�� Um Um agente agente éé uma entidade de software que uma entidade de software que possui um conhecimento sobre algum dompossui um conhecimento sobre algum domíínio.nio.�� Exibe um comportamento autônomo.Exibe um comportamento autônomo.

�� Toma decisões por seus prToma decisões por seus próóprios objetivos sem a intervenprios objetivos sem a intervençção ão externa.externa.

�� PrPróó ativo;ativo;�� Atuam em resposta a alteraAtuam em resposta a alteraçções em seu ambiente.ões em seu ambiente.

�� Orientado a objetivos;Orientado a objetivos;�� Tomam iniciativas quando julgarem apropriado.Tomam iniciativas quando julgarem apropriado.

�� EstEstáá situado em algum ambiente sobre o qual situado em algum ambiente sobre o qual éé capaz capaz de realizar ade realizar açções:ões:�� para alcanpara alcanççar objetivos prar objetivos préé--definidos em projeto; edefinidos em projeto; e�� a partir da percepa partir da percepçção de alteraão de alteraçções do ambiente ões do ambiente

[WOO95, O[WOO95, O’’HA96, ZAM00].HA96, ZAM00].



[Russel and Norvig, 1995]



� Uma das definições aceitas pela comunidade científica diz que:

� “Agente é um programa de software que auxilia o usuário na realização de alguma tarefa ou atividade”.

[WOOLDRIDGE, 2002]



�� Atuam e existem em um determinado Atuam e existem em um determinado ambiente executando tarefas por si ambiente executando tarefas por si prpróóprios, mas, em outras, têm a prios, mas, em outras, têm a necessidade do auxnecessidade do auxíílio de outros agenteslio de outros agentes�� Exemplo:Exemplo:

�� TêmTêm--se a necessidade de resolver algum problema se a necessidade de resolver algum problema que envolva algum conhecimento ou habilidade que envolva algum conhecimento ou habilidade que não se possua.que não se possua.

�� NecessitaNecessita--se do auxse do auxíílio de outra pessoa apta a lio de outra pessoa apta a fazêfazê--lo.lo.


Agentes Agentes -- FiguraFigura

AmbienteProblema

Ações Percepção

Agentes

Estado interno


Agentes – Aplicações� Uma variedade de áreas muito grande

� Industrial:� Controle de tráfego aéreo e terrestre, Controle de processos.

� Comercial:� Gerência de informação, Comércio eletrônico, Gerência de processos de negócio

� Médica:� Monitoramento de pacientes [JENNINGS, 2000]

� Alguns exemplos dessas aplicações são: � Comércio eletrônico: onde agentes “compradores” e “vendedores” compram e

vendem bens e serviços em representação de seus usuários; � Sistemas de transporte: onde os agentes representam veículos de transporte,

bens ou usuários transportados; � Acesso a informação: em ambientes dinâmicos, como a Internet, onde os

agentes são responsáveis pela recuperação e filtragem de informação; � Controle de tráfego: onde os agentes são responsáveis por interpretar dados

vindos de diferentes sensores de forma a melhorar o tráfico urbano ou aéreo; � Jogos interativos: agentes animados jogam com humanos ou outros agentes; � Simulação de sociedades: (inclusive humanas), agentes desempenham os

papéis dos membros da sociedade.


Categorias de AgentesCategorias de Agentes

�� Dentro das categorias de Agentes de Software Dentro das categorias de Agentes de Software existem quatro aspectos a considerar:existem quatro aspectos a considerar:�� Os agentesOs agentes�� A interaA interaçção entre elesão entre eles�� O ambienteO ambiente�� OrganizaOrganizaççãoão

�� NNííveis de decisãoveis de decisão�� ComunicaComunicaççãoão�� RelacionamentoRelacionamento

[REI04][REI04]



�� Agentes CognitivosAgentes Cognitivos�� São tidos como lentosSão tidos como lentos�� Dispõem de memDispõem de memóóriaria�� Podem planejar aPodem planejar açções futuras devido a esta memões futuras devido a esta memóóriaria�� Cada agente Cada agente éé um sistema sofisticado e um sistema sofisticado e

computacionalmente complexo.computacionalmente complexo.�� Podem comunicarPodem comunicar--se entre si diretamentese entre si diretamente

�� ComunicaComunicaçção e percepão e percepçção são distintosão são distintos�� Examinam o ambiente e se comunicam sobre o mesmoExaminam o ambiente e se comunicam sobre o mesmo

�� Possuem conhecimento internoPossuem conhecimento interno�� Podem tomar decisões sobre este conhecimentoPodem tomar decisões sobre este conhecimento�� Em um sistema são poucos agentesEm um sistema são poucos agentes



�� Agentes ReativosAgentes Reativos�� Projetados para tomada rProjetados para tomada ráápida de decisõespida de decisões�� Modelo de funcionamento: Modelo de funcionamento: estímulo-resposta� Não possuem memória, não planejam ações futuras,

não se comunicam com outros agentes�� Seus comportamentos podem ser descritos como Seus comportamentos podem ser descritos como

autômatos finitos simplesautômatos finitos simples� Cada agente toma conhecimento das ações e

conhecimento dos outros agentes através das modificações do ambiente

� Em um sistema são em grande nrande núúmero de agentes mero de agentes muito simplesmuito simples


Arquiteturas dos AgentesArquiteturas dos Agentes

�� Com base nas definiCom base nas definiçções de agentes ões de agentes podemos destacar as arquiteturas de podemos destacar as arquiteturas de agentes.agentes.

�� DiferenciamDiferenciam--se basicamente:se basicamente:

�� Pela maneira em que a tomada de decisão Pela maneira em que a tomada de decisão ocorre internamente atocorre internamente atéé a realizaa realizaçção de uma ão de uma aaçção.ão.



� As arquiteturas de agentes são:� Ligações entre as especificações teóricas e a

obtenção de resultados práticos, na medida em que buscam a implementação de sistemas segundo tais especificações.

� Vistas como um mapa interno dos mesmos, onde seus dados são estruturados e, suas operações, bem como o controle de fluxo, podem ser definidas.

�� [DHEIN, 2000][DHEIN, 2000]



� As propriedades que um agente apresenta devem estar implícitas na sua arquitetura.

� Pode ser definida como uma metodologia particular para definir agentes ou a forma de execução da tarefa do agente.

� Especifica como o agente pode ser decomposto na construção de um conjunto de módulos componentes, e como esses módulos podem interagir.

[WOOLDRIDGE, 1995].



�� Podem ser divididas em três Podem ser divididas em três ááreas:reas:

� A arquitetura deliberativa � Abordagem clássica do Paradigma de IA

� A arquitetura reativa � Abordagem alternativa

� Arquiteturas híbridas � Utiliza uma mescla das propriedades das

abordagens anteriores[WOOLDRIDGE, 1996].


A Arquitetura Deliberativa

�� CaracterCaracteríísticas:sticas:

�� Possui um modelo simbPossui um modelo simbóólico do ambiente.lico do ambiente.�� As decisões são tomadas via raciocAs decisões são tomadas via raciocíínio lnio lóógico.gico.�� Possui um conjunto de metas e intenPossui um conjunto de metas e intençções.ões.�� Elaboram planos de aElaboram planos de açções para alcanões para alcanççar um ar um

objetivo comum.objetivo comum.�� Ex: Arquitetura BDI [Georgeff, 1995].Ex: Arquitetura BDI [Georgeff, 1995].


A Arquitetura Reativa

�� TambTambéém conhecida como Arquitetura Reflexiva.m conhecida como Arquitetura Reflexiva.�� CaracterCaracteríísticas:sticas:

�� O agente desta arquitetura não possui representaO agente desta arquitetura não possui representaçções ões simbsimbóólicas do seu ambientelicas do seu ambiente

�� Não usam mecanismos de raciocNão usam mecanismos de raciocíínio simbnio simbóólicolico�� As decisões tomadas são implementadas em alguma As decisões tomadas são implementadas em alguma

forma de mapeamento direto da situaforma de mapeamento direto da situaçção para a ão para a aaçção, usando regras de condião, usando regras de condiçção/aão/açção (ão (estímulo-resposta).).

� O processo de tomada de decisão de um agente ocorre em tempo real, em resposta a estímulos do ambiente, captados por seus sensores



Entrada(Percepções)

Saída (Ações)

HorizontalCada camada de software está diretamente conectada ao sensor de entrada e a ação de saída. Cada camada age como um agente, produzindo sugestões sobre que ação executar.




Saída (Ações)

Vertical com um controle de passagemO sensor de entrada e a ação de saída estão localizados no máximo em uma camada.




Saída (Ações)

Vertical com dois controles de passagemO sensor de entrada e a ação de saída estão localizados no máximo em uma camada.


A Arquitetura Reativa – Exemplo 1

�� Brooks Brooks –– Linguagem ComportamentalLinguagem Comportamental�� Rodney Brooks, pesquisador do MIT criou em 1995 a Rodney Brooks, pesquisador do MIT criou em 1995 a

Arquitetura de SubordinaArquitetura de Subordinaççãoão ((estímulo-resposta) devido a ) devido a necessidade de controlar robôs mnecessidade de controlar robôs móóveis e autônomos.veis e autônomos.�� Comportamento inteligente pode ser gerado, Comportamento inteligente pode ser gerado, éé simples, pode ser simples, pode ser

acrescido e demonstrado por macrescido e demonstrado por mááquinas de estados finitos.quinas de estados finitos.�� Sem um explSem um explíícito racioccito raciocíínio abstratonio abstrato�� Sem a explSem a explíícita representacita representaçção de Inteligência Artificial Simbão de Inteligência Artificial Simbóólicalica�� O sistema resulta com comportamentos padronizados prO sistema resulta com comportamentos padronizados préé definidos.definidos.

�� ““O comportamento inteligente O comportamento inteligente éé uma propriedade que emerge em uma propriedade que emerge em certos sistemas complexos,nas interacertos sistemas complexos,nas interaçções entre os diversos agentes ões entre os diversos agentes ”” [BRO95][BRO95]



�� Agre & Chapman Agre & Chapman —— PengiPengi�� Abordagem feita sobre um jogo chamado Abordagem feita sobre um jogo chamado PengoPengo, ,

que não possuque não possuíía nenhum planejamento, mas a nenhum planejamento, mas reagia flexivelmente a reareagia flexivelmente a reaçções em padrões ões em padrões simples de posicionamentosimples de posicionamento

�� ObservaObservaçção de atividades dião de atividades diáárias são rotineirasrias são rotineiras�� Proposta de arquitetura com idProposta de arquitetura com idééias de ias de

argumentos executargumentos executááveisveis�� Maioria das decisões são rotineirasMaioria das decisões são rotineiras�� Podem ser implementadas em baixo nPodem ser implementadas em baixo níívelvel�� ManutenManutençção perião perióódica para novos problemasdica para novos problemas



�� Connah e Wavish Connah e Wavish –– ABLEABLE ((Agent Behaviour Agent Behaviour LanguageLanguage ) ) –– Philips Philips ResearchResearch LabsLabs –– InglaterraInglaterra�� Agentes programados em termos de regras como Agentes programados em termos de regras como

licenlicençças que incluem alguma representaas que incluem alguma representaçção de ão de tempo.tempo.

�� RepresentaRepresentaçções temporais e qual aões temporais e qual açção ão éé permitida.permitida.�� Quem?Quem?�� Quando?Quando?�� O quê?O quê?�� Como?Como?�� Com qual recurso?Com qual recurso?


A Arquitetura Híbrida

�� TambTambéém conhecida como Arquitetura em m conhecida como Arquitetura em CamadasCamadas

�� CaracterCaracteríística:stica:�� Mistura componentes das arquiteturas deliberativa e Mistura componentes das arquiteturas deliberativa e

reativa.reativa.�� As decisões são tomadas via vAs decisões são tomadas via váárias camadas de rias camadas de

software.software.�� Nasceu devido Nasceu devido ààs lacunas não preenchidas pelas s lacunas não preenchidas pelas

arquiteturas deliberativa e reativa, segundo arquiteturas deliberativa e reativa, segundo argumentavam muitos pesquisadores.argumentavam muitos pesquisadores.


A Arquitetura Híbrida –Exemplo 1�� Georgeff e Georgeff e LanskyLansky –– PRSPRS ((ProceduralProcedural ReasoningReasoning SystemSystem))�� Uma das mais conhecidas dentre as hUma das mais conhecidas dentre as hííbridas.bridas.�� ÉÉ uma arquitetura BDIuma arquitetura BDI�� Inclui:Inclui:

�� Biblioteca de planosBiblioteca de planos�� RepresentaRepresentaçção simbão simbóólica de lica de crencrenççasas (l(lóógica de 1gica de 1ªª ordem)ordem)�� DesejosDesejos são representados como comportamentos do sistemasão representados como comportamentos do sistema�� IntenIntenççõesões são representadas por são representadas por ááreas de conhecimento reas de conhecimento

invocadas por condiinvocadas por condiçções de invocaões de invocaçção dos planos elaborados nas ão dos planos elaborados nas bibliotecas.bibliotecas.

�� Exemplo de uso:Exemplo de uso:�� Controle de vControle de váálvulas de sistemas de combustlvulas de sistemas de combustíível do ônibus vel do ônibus

espacial.espacial.�� Como?Como?�� Uma aUma açção ão éé tomada e aptomada e apóós isto s isto éé feito uma anfeito uma anáálise da causa da lise da causa da

falha e possfalha e possííveis soluveis soluçções para o problemaões para o problema


A Arquitetura Híbrida –Exemplo 2�� Ferguson Ferguson –– TouringMachinesTouringMachines (Tese, 1992) (Tese, 1992) –– Desenvolvida em camadasDesenvolvida em camadas�� Camada reativa:Camada reativa:

�� Produz caminhos potenciais de aProduz caminhos potenciais de açções em resposta a eventos que são muito ões em resposta a eventos que são muito rráápidos para as demais camadas trabalharempidos para as demais camadas trabalharem

�� Possui um conjunto de regras Possui um conjunto de regras situasituaççãoão--aaççãoão..�� Camada de planejamento:Camada de planejamento:

�� ConstrConstróói planos e seleciona ai planos e seleciona açções para serem realizadas para atingir os ões para serem realizadas para atingir os objetivos do agente.objetivos do agente.

�� Dois componentes: Dois componentes: �� um planejador um planejador �� um mecanismo de focalizaum mecanismo de focalizaçção de atenão de atençção. ão.

�� Camada de modelamento:Camada de modelamento:�� RepresentaRepresentaçção simbão simbóólica do estado cognitivo de outras entidades no lica do estado cognitivo de outras entidades no

ambiente.ambiente.�� Modelos são construModelos são construíídos para resolver conflitos de objetivos. dos para resolver conflitos de objetivos.

�� As três camadas são capazes de se comunicar entre si.As três camadas são capazes de se comunicar entre si.�� Estão embarcadas em uma mesma estrutura. Estão embarcadas em uma mesma estrutura. �� Conflitos entre as três camadas são resolvidos usando regras de Conflitos entre as três camadas são resolvidos usando regras de

controlecontrole..


ConclusõesConclusões

� Dado o montante de material pesquisado chega-se a conclusão sobre o termo agente, bem como termos relacionados, fazendo surgir a inexistência de um consenso sobre o que seja um agente.

� Porém, pôde-se notar a existência de características comuns aos conceitos apresentados, sendo que a mais evidente delas, segundo [WOO95] e [WOO99], é a de que um agente está situado em um ambiente sobre o qual atua de maneira autônoma.



�� Com relaCom relaçção a arquiteturas chegaão a arquiteturas chega--se a um se a um consenso e identificamos dois extremos consenso e identificamos dois extremos onde uma arquitetura de agentes pode onde uma arquitetura de agentes pode estar situada: estar situada:

�� Deliberativas; e Deliberativas; e �� Reativas.Reativas.



�� Deliberativas:Deliberativas:� Baseia seu processo decisório em raciocínio

lógico (explícito) que opera sobre uma representação simbólica (interna ao agente) do mundo.

� Não há consenso de que capacidades de planejamento sejam necessárias para que uma arquitetura seja considerada deliberativa, mas existem classificações que definem esta restrição.



�� Reativas:Reativas:� O processo de tomada de decisão ocorre em resposta

a estímulos do ambiente ou por mensagens enviadas por outros agentes.

� Não há consenso de que capacidades de planejamento sejam necessárias para que uma arquitetura seja considerada reativa.

� Tem como base um conjunto de regras estímulo-resposta.

�� HHííbridas:bridas:� adotam a idéia de combinar características reativas à

uma arquitetura deliberativa, ou vice-versa.



�� Para o sucesso individual de cada agente Para o sucesso individual de cada agente éénecessnecessáário uma estrutura organizacional e rio uma estrutura organizacional e um comportamento individual de cada um comportamento individual de cada agente bem planejados.agente bem planejados.

�� Sendo o agente competente individualmente Sendo o agente competente individualmente éé fato que ele estfato que ele estáá bem estruturado e bem bem estruturado e bem implementado, o que resultarimplementado, o que resultaráá em um em um sistema multiagente bem desenvolvido.sistema multiagente bem desenvolvido.


ReferênciasReferências� [AGR87]AGRE, P. and CHAPMAN, D. PENGI: An implementation of a theory of activity. In Proceedings of the Sixth National Conference on

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