Sistemas Multiagente

1. SISTEMAS MULTIAGENTE
Juan C. Garcia-Ojeda, PhD(c), MSc., Ing.
jcgarciao@gmail.com
Tomado de Weiss, Ferber, y Sycara

2. REPASO CLASE ANTERIOR
 Un agente
 Percibe y actúa en su ambiente
 Un agente inteligente es reactivo, autónomo, social
y pro-activo
 Arquitecturas
 Agentes de Reflejo Simple usan reglas de condición-
acción basado en la percepción actual
 Agentes de Reflejo con Estado usan reglas de
condición-acción pero guardan el estado del mundo
 Agentes basado en Metas toman decisiones basados
en el meta actual del agente

3. SISTEMA MULTIAGENTE
 Una red cohesionada de agentes que interactúan
para resolver problemas más allá de las
capacidades o conocimiento individual de los
agentes (Sycara)
 Kinétics – la ciencia y la tecnología de las
organizaciones artificiales (Ferber)
 Se enfoca en la construcción de sistemas multiagente.

4. POR QUÉ USAR SISTEMAS MULTIAGENTE?
 Problemas del Mundo real son muy grandes y complejos para un simple
agente
 Agentes individuales tienen limitaciones: conocimiento, recursos, perspectiva
 Sistemas Multiagente son modulares
 Soporta nociones modernas en la ingeniería de software
 Permite la integración de sistemas legados
 Problemas reales involucran sistemas dinámicos y distribuidos
 Algunos problemas son naturalmente descritos como múltiple agentes
interactuando.
 Algunos problemas tienen recursos distribuidos espacialmente
 Sensores, monitores sísmicos, recolectores de información
 Algunos problemas tienen conocimiento distribuido
 Ingeniería concurrente, manufactura, cuidados de salud
 Mejorar el rendimiento
 Uso de concurrencia

5. ESTUDIAR SISTEMAS MULTIAGENTE
 Enfocarse en interacciones como la base para el
entendimiento de la conducta del sistema y evolución.
 Estudiar diferentes tipos de interacciones y enlazarlos
en la organización y el rendimiento de los sistemas
multiagente.
 Categorizar mecanismos organizacionales tales como:
agrupamiento, especialización, distribución de tareas,
coordinación, resolución de conflictos, etc.
 Definir modelos operacionales de estas interacciones
basado en la conducta del agente/multiagente.

6. DEFINICIÓN FORMAL
 Un Sistema Multiagente consiste de los siguientes
elementos (Ferber)
 E – un ambiente con algún volumen
 O – un conjunto de objetos situados en E
 A – un conjunto de agentes, A  O
 R – un conjunto de relaciones las cuales enlazan
objetos
 Op – un conjunto de operaciones que permiten al
agente percibir, producir, consumir, transformar, y
manipular objetos.
 L – un conjunto universal de leyes que representan
como las operaciones influyen en el mundo [Evolución
del Mundo]

7. ASPECTOS CRÍTICOS DE LOS SISTEMAS
MULTIAGENTE
 Acción
 Como pueden diferentes agentes actuar simultáneamente
 Cuáles son las consecuencias de sus acciones
 Que pasa cuando un plan no puede ser logrado
 Interacción
 Como podemos describir/analizar mecanismos de interacción
 Como podemos inducir conductas específicas en otros
agentes
 Cooperación versus competencia
 Adaptación
 Aprendizaje – adaptación de agentes individuales
 Evolución – reproducción/muerte colectiva de agentes

8. CARACTERÍSTICAS DE LOS SISTEMAS
MULTIAGENTE
 Cada agente tiene información o capacidades
incompletas.
 No existe sistema de control global.
 Datos descentralizados.
 Computación asíncrona.

9. SISTEMAS MULTIAGENTES – CERRADOS Y
ABIERTOS
 Sistemas Abiertos
 Se asume que los agentes han sido diseñados por
diferentes personas y con varias intenciones
 Sistemas Cerrados
 Agentes son comúnmente diseñados para alcanzar una
meta general

10. SISTEMAS MULTIAGENTE - DIVERSIDAD
 Agentes
 Número
 Uniformidad
 Metas
 Arquitectura
 Habilidades (Sensores y efectores)
 Interacción
 Frecuencia
 Persistencia
 Nivel
 Patrón (flujo de control)
 Variabilidad
 Propósito
 Ambiente
 Predecible
 Accesible
 Dinámico
 Diverso
 Disponibilidad de Recursos

11. SISTEMAS MULTIAGENTE - CONCEPTOS
 Coherencia
 Interacción
 Coordinación
 Conflicto
 Comunicación
 Administración de Recursos
 Asignación de Tareas

12. COHERENCIA
 Coherencia es una propiedad global de un Sistema
Multiagente
 Medido por la eficiencia, calidad, consistencia de la
solución global
 Asegurar coherencia en un Sistema Multiagente es
muy difícil
 Por naturaleza, Sistemas Multiagentes carecen de
globalidad
 Perspectiva
 Datos
 Control

13. INTERACCIÓN
 Interacción
 Agentes pueden ser afectados por otros agentes
(incluyendo humanos) en lograr sus metas
 Puede tomar lugar directamente vía un lenguaje de
comunicación
 Pudiera tomar lugar indirectamente vía el ambiente
 Agentes perciben otras acciones y reaccionan de acuerdo

14. COORDINACIÓN
 Inteligencia Artificial Distribuida se enfoca en
coordinación a través de interacciones
 Ejemplo: Grupo sentado en el exterior durante una
tormenta eléctrica
 Dos tipos
 Agentes Cooperativos
 Basado en la benevolencia – agentes comparten una meta
común
 Agente Egoístas
 Si las metas están en conflicto, ellos compiten
 Si las metas no están en conflicto, ellos simplemente
coexisten

15. CONFLICTO
 Detectar y corregir disparidades e inconsistencias
es difícil
 Principal enfoque para resolver conflictos has sido
la negociación
 Asume agentes egoístas, con cierta racionalidad, e
información incompleta
 Agentes intercambian propuestas y contrapropuestas

16. COMUNICACIONES
 Para mejorar la coherencia, un Sistema
Multiagente debe planear el contenido, cantidad,
tipo y tiempo de sus comunicaciones
 Problemas en sistemas abiertos
 Interoperabilidad
 KQML, FIPA
 Ontologías
 Encontrar otros agentes
 Mediadores
 Intermediarios

17. ADMINISTRACIÓN DE RECURSOS
 Basado en Investigación de Operaciones
 Satisfacción de restricciones distribuidas
 Asume que los agentes están trabajando hacia una
meta común
 Estrategias basadas en Mercado
 Agentes son auto-interesados
 Agentes controlan pocos recursos
 Problemas incluyen
 Acaparar recursos
 Conducta oscilatoria o caótica
 Agentes inescrupulosos

18. ASIGNACIÓN DE TAREAS
 Como asignar responsabilidades y recursos para
mejorar la eficiencia y coherencia
 Ejemplos
 Conectados
 Dinámicos
 Planeados

19. ASIGNACIÓN DE TAREAS - DINÁMICAS
 Asignación Dinámica
 Ejemplo – Contract Net Protocol (CNP)
 Manager
 Contractor
 Asignación Dinámica
Paso 1 – Manager envía peticiones para ofertar
Contractor Contractor
Contractor Contractor
Manager

20. ASIGNACIÓN DE TAREAS - DINÁMICAS
 Asignación Dinámica
 Ejemplo – Contract Net Protocol (CNP)
 Manager
 Contractor
 Asignación Dinámica
Paso 2 – Contractors deliberan
Contractor Contractor
Contractor Contractor
Manager

21. ASIGNACIÓN DE TAREAS - DINÁMICAS
 Asignación Dinámica
 Ejemplo – Contract Net Protocol (CNP)
 Manager
 Contractor
 Asignación Dinámica
Paso 3 – Algunos Contractors reponden con ofertas
Contractor Contractor
Contractor Contractor
Manager

22. ASIGNACIÓN DE TAREAS - DINÁMICAS
 Asignación Dinámica
 Ejemplo – Contract Net Protocol (CNP)
 Manager
 Contractor
 Asignación Dinámica
Paso 4 – Manager selecciona el ganador
Contractor Contractor
Contractor Contractor
Manager

23. ASIGNACIÓN DE TAREAS - DINÁMICAS
 Asignación Dinámica
 Ejemplo – Contract Net Protocol (CNP)
 Manager
 Contractor
 Asignación Dinámica
Paso 5 – Manager notifica el ganador y el perdedor
Contractor Contractor
Contractor Contractor
Manager

24. ASIGNACIÓN DE TAREAS - PLANEADAS
 Planeación multiagente debe considerar
 Restricciones que otras acciones del agente toman
lugar en la escogencia de las acciones de otro agente
 Restricciones que los compromisos de un agente toman
lugar en la escogencia de sus acciones
 Evolución impredecible del mundo causada por otros
agentes

25. ENFOQUES PARA LA PLANEACIÓN EN
SISTEMAS MULTIAGENTE
 Coordinación Central – observar a todos los sub-
planes
 Esquemas de control distribuido
 Planes de intercambio parcial
 Planeamiento global parcial
 Compartir planes
 Ajustes locales para lograr metas comunes
 Modelado explícito de equipos de trabajo
 Compromisos compartidos
 Intenciones compartidas de los miembros del equipo

26. SISTEMAS MULTIAGENTES – PROBLEMAS Y
DESAFÍOS
 Cuando y como deberían los agentes interactuar
para alcanzar sus objetivos de diseño
 Dos enfoques
 Bottom-up
 Buscar capacidades específicas en los agentes que resulten
en capacidades de grupo
 Top-down
 Buscar convenciones de grupo que restrinjan interacciones de
los agentes
Genera algunos problemas interesantes

27. PROBLEMAS
 Como administrar la organización del sistema
 Formación, modificación, y muerte
 Como descomponer tareas y metas
 Enfoques incluyen asignación, audiciones, ...
 Como detectar conflictos y resolverlos
 Audiciones, arbitramento
 Como representar/razonar acerca de otros agentes
 Sus acciones, planes, conocimiento, e interacciones
 Como llevar a cabo comunicación entre agentes
 Que lenguajes y protocolos usar

28. RESUMEN
 Definición
 Características
 Problemas

29. SISTEMAS MULTIAGENTE COMO
ORGANIZACIONES
Tomado de Weiss, Ferber, y Sycara

30. REPASO
 Analizando Sistemas Multiagente
 Organizaciones
 Tipos de Organizaciones

31. ANALIZANDO SISTEMAS MULTIAGENTE
 Dos enfoques para analizar sistemas multiagente
 Basado en agentes
 Experimental, permite propiedades de sistemas emergentes
 Enfocado en la conducta interna del agente
 Basado en organizaciones
 Top-down, enfoque de diseño
 Enfocado en la interacción de los agentes
 Existe una dualidad entre los enfoques
 Organizaciones son el resultado de interacciones entre
agentes
 Agentes están restringidos por la organización

32. ORGANIZACIONES
 Organizaciones proveen un esquema para los
agentes interactuar a través de
 Roles
 Conductas Esperadas
 Relaciones de Autoridad

33. NIVELES ORGANIZACIONALES
 Tres niveles de organización multiagente –
tomados de sociología
 Micro-social
 Interacciones entre agentes individuales o grupo pequeño de
agentes
 Grupos
 Estructuras usadas para componer organizaciones
 Incluyen roles, actividades y estructuras
 Sociedades Globales (poblaciones)
 Dinámicas de gran número de agentes
 Comúnmente estudiadas en vida artificial

34. VISTAS ORGANIZACIONALES
 General
 Vista en términos de estructura (patrones de
información) y relaciones de control
 Teoría de la Organización
 Un conjunto de agentes con obligaciones mutuas,
obligaciones globales, y creencias mutuas
 Ejemplos

35. ORGANIZACIÓN JERÁRQUICA
 Autoridad es dada a un agente de más alto rango
 La comunicación es vertical

36. COMUNIDAD DE EXPERTOS
 Agente como un especialista
 Organización plana
 Controlado por “reglas de orden”

37. ORGANIZACIONES BASADAS EN MERCADOS
 Agentes compiten por recursos vía oferta y
contratación
manager
manager
manager
contractor
contractor
contractor
contractor
contractor
contractor
contractor
contractor
contractor
contractor
contractor
contractor

38. RESUMEN
 Analizar Sistemas Multiagente
 Organizaciones
 Tipos de Organizaciones