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14/11/07

Agentes IIModelos de Agentes

2007Otoño

14/11/07 ia@lsi.upc.es 2

Arquitecturas de Agentes

Agentes basados en la lógica en los cuales la toma dedecisiones está basado en la deducción lógica

Agentes reactivos en los cuales la toma de decisiones estáimplementada como función situación-acción

Agentes BDI en los cuales la toma de decisiones depende dela manipulación de estructuras de datos que representan lascreencias, deseos e intenciones del agente

Arquitectura multinivel en los cuales la toma de decisionesdepende de la interacción entre varios elementos que razonansobre distintas abstracciones del entorno

Arquitectura de un AgenteInterface

Actuadores/Sensores

Acción

Percepción

Codificación

Decodificación

Entorno

Protocolos deComunicación

Protocolos deCooperaciónn

Competencias

Razonamiento

Aprendizaje

Compromisos

IntensionesCreencias

Modelos

Individualidad

Planes

Sociabilidad

Potencialidad Actualización

¿Qué modelo de agente?

Agente cognitivo Intelligente, savoir-faire

representado en forma de unaBC.

Entorno simbólico Agente intencional (deseos,

planes explícitos). Interacción en grupos de

Agentes

Agente reactivoNo intelligente, sin savoir-faire reprepresentado.Mecanismos de reacción.

Sin planificación.Sin deseos explícitos.

Agente que actúa por reflejos.Entorno subsimbólico(capacidades sensoriales ymotrices).

¿Qué modelo de agente?

Criterios de elección del modelo de un Agente

Conducta o comportamiento esperado de los agentes.

Relación con el Mundo

Interacciones entre agentes

La interacción entre agentes es inevitable para alcanzar objetivos individuales, para manejar

interdependencias Está conceptualizada para que ocurra en el

Knowledge-level ¿Qué metas?, ¿Cuando?, ¿Quién las ejecuta?

Tiempo de ejecución flexible para iniciar yresponder. Sincrónicas, programas, etc

Implica un cambio de paradigma respecto la concepción previa de la interacción computacional

Agentes

Uno puede definir el mecanismo de resolución de problemasde un Agente en términos de lo que este cree, como procedepara alcanzar las metas que se propone, las capacidades queposee y relacionar su su conducta con sus característicasindividuales y atributos como sus preferencias. [Haddadi96]

Agentes = Sistemas Intencionales

Intencionalidad es la propiedad de muchos estados mentales yeventos por la cual estos se relacionan o dirigen a objetos oestados de cosas (states of affairs).

Por ejemplo: Si yo tengo un deseo este debe ser un (deseo) de hacer algo o que algo ocurra de determinada manera (en el mundo)

Las creencias y los deseos son intencionales.

Agentes = Sistemas Intencionales

La intencionalidad se refiere a las intenciones de un Agentecomo implicadas de forma racional por sus creencias (las del sistema) sobre el mundo.

Por ejemplo: Si uno supone que un Agente cree p,q,r…uno tiene que creer lo que se puede deducir de estas proposiciones p,q,r…

[Dennett,81]

Intenciones

Las intenciones dirigen el razonamiento basado enmetas

Las intenciones restringen la deliberación futura

Las intenciones son persistentes

Las intenciones influyen en las creencias en las cualesse fundamenta el razonamiento práctico

Arquitectura C3

Las competencias de un Agente definen todo aquelloque es capaz de realizar por sí mismo.

Comptencias

Cooperación

Comunicación

Comptencias

Cooperación

Comunicación

Componentes de la personalidad de unAgente

Racionalidad Intencionalidad Posición (postura) Reciprocidad Comunicación Conciencia

Componentes de la personalidad de unAgente: Falta de acuerdo

Importa? La riqueza (expresiva) ayuda a su

mayor aceptación Tipo amplio de aplicaciones Fertilización interdisciplinar Falta de precisión Abuso en la terminología

Actitudes Intencionales

Las actitudes intencionales juegan diferentes roles en laidentificación de la personalidad de un Agente.

* Cognitivas se refieren a aspectos epistemológicos

* Volitivas se refieren a la acción y el control , denotan un intento de realizar una acción

(Conative).* Afectivas se refiere a la dinámica del Agente.

Actitudes Intencionales (1)

Cognitivas

Afectivas

Volitivas

Creencias, Conocimiento, Reconocimiento

Intención, Plan, Compromiso

Metas, Deseo, Preferencias

Informativas

Motivaciones

Sociales Obligación, Permisividad

Creencias, Conocimiento, ReconocimientoIntención, Elección, Plan, Meta, Deseo, Compromiso, Preferencia,(whish, want)

Informativas

Motivaciones

Deliberativas Intenciones, planes

Creencias, Conocimiento, Suposiciones Deseo, Motivaciones, Metas

Arquitecturas BDI

BDI = Belief, Desires and Intentions

BDI tiene como objetivo modelar laagencialidad racional o intencional

Los símbolos que representan el mundo secorresponden actitudes mentales

Arquitecturas BDI

Creencias: Modelan el estado del Mundo

Deseos: Permiten la elección de estadosposibles del mundo.

Intenciones: Son el compromiso para alcanzarun cierto estado

Agentes

Un Agente simple que razona acerca de las acciones implica:

1) Selección (de una tarea) (what to do)

2) Razonamiento (dirigido por las metas) (how to do)

3) Ejecución (when to do)

Además de considerar los cambios que sufre el entorno y lasacciones (y decisiones) necesarias para manejar una Situación.

Agentes

Un thread propio de control

Actividad: ordena seguir adelante

Un mecanismo de control sobre supropio destino

Autonomía: ordena detenerse o decir no

Los Agentes Racionales poseen

Conocimiento y Creencias

The problem is that intentional notions --such as beliefs anddesires-- are referentially opaque, in that they set up opaquecontexts in which the standard substitution rules of first-orderlogic do not apply. In classical (propositional and first-order)logic, the denotation, or semantic value, of an expression is dependent solely on the denotation of its sub-expressions. Forexample, denotation of the propositional logic formula p∧q isa function of the truth-values of p and q. In contrast, the intentional notions are not truth functional. It is surely not the case that the truth-value of the sentence:“Jaime believes p” is dependent solely on the truth-value of p. [Wooldrige, 1992]

Mundos Posibles

El lenguaje para expresar la semántica de un mundoposible es la lógica modal.

La lógica modal fue desarrollada para formalizarargumentos que incluyen necesidad y posibilidad.

Una proposición necesaria es una proposiciónverdadera que no puede ser falsa.

Una proposición posible es una que podría serverdadera.

Con respecto a los mundos posibles una proposiciónnecesaria es aquella que es verdadera en todos losmundos y una proposición posible es aquella que esverdadera en al menos un mundo.

¿Qué es una Modalidad?

Una modalidad es un operador que aplicado a unaformula(s) produce una nueva fórmula con un nuevosignificado.

Por ejemplo: el operador ¬ aplicado a la fórmula Ψproduce una nueva fórmula ¬Ψ

La única diferencia con la lógica clásica es que el valor deverdad de ¬Ψ está determinado sólo por el valor de Ψ.

Las modalidades no son funciones que conserven laverdad

Ejemplos de operadores unarios

Ψ Es necesario que Ψ

◊Ψ Es posible que Ψ

FΨ En algún momento en el futuro Ψ será verdadero

PΨ En algún momento en el pasado Ψ fue verdadero

BiΨ El agente i cree que Ψ

KiΨ El agente i sabe que Ψ

Ejemplos de operadores unarios

Ψ Es necesario que Ψ

◊Ψ Es posible que Ψ

FΨ En algún momento en elfuturo Ψ será verdadero

PΨ En algún momento en elpasado Ψ fue verdadero

BiΨ El agente i cree que Ψ

KiΨ El agente i sabe que Ψ

OiΨ El agente i está obligado Ψ

Lógica Modal

Lógica Temporal

Lógica Doxástica

Lógica Deóntica

Operadores binarios

θ→Ψ (implicación intuicionista)

U(Θ,Ψ) Hasta que Θ sea verdadero, Ψ es verdadero

U(Θ,Ψ)Ψ

Lógica ModalLa sintaxis de la lógica modal es la de la lógica clásica con laadición de dos operadores modales �necesidad y ◊ posibilidad.

◊ϕ = ¬ ¬ϕ

La semántica se define en términos de un modelo M= 〈W,R,π 〉W es un conjunto de mundos posiblesR es una función binaria, llamada función de accesibilidadπ es una función de asignación que determina para cada w∈W,los valores de verdad de las proposiciones atómicas en W

Es un grafo (W,R) con una función de asignación de verdad π que indicaque variables proposicionales son verdaderas y en que vértice

Recodatorio

Ψ1∨Ψ2 ¬ Ψ1 → Ψ2

Ψ1∧ Ψ2 ¬ (Ψ1 → ¬ Ψ2 )

Ψ1↔ Ψ2 (Ψ1 → Ψ2) ∧ (Ψ2 → Ψ1)

◊ Ψ = ¬ ¬ Ψ

Lógica Modal

Las fórmulas validas en una lógica modal se interpretan deacuerdo a un par 〈 M, w〉 usando la relación de satisfacción(M| p).

Una fórmula es satisfactible si es satisfecha en al menos unpar modelo/mundo.

Una fórmula es verdadera si es satisfactibe en cada uno de los mundos del modelo

Una fórmula es valida si es cierta en cada uno de los paresmodelo/mundo

Semántica de una Lógica Modal

〈 M, w〉 | true

〈 M, w〉 | p donde p ∈ Prop, sii p ∈ π(w)

〈 M, w〉 | ¬ϕ sii 〈 M, w〉 | ¬ ∅ ϕ

〈 M, w〉 | ϕ∨ψ sii 〈 M, w〉 | ϕ ó 〈 M, w〉 | ψ

〈 M, w〉 | � ϕ sii ∀w’∈W. (w,w’)∈R entonces 〈 M, w’〉 | ϕ

〈 M, w〉 | ◊ϕ sii ∃ w∈W. (w,w’)∈R ∧ 〈 M, w’〉 | ϕ

Propiedades de la lógica modal

K: (ϕ ⇒ψ) ⇒(ϕ ⇒ ψ)

T: � ϕ ⇒ ϕ

D: � ϕ ⇒ ◊ϕ

4: � ϕ ⇒ �ϕ

5: ◊ϕ ⇒ � ◊ϕ

NEC: si |ϕ entonces �|ϕ

Lógica Epistémica

K: El conocimiento de un agente está cerrado por la implicación, es decir, conoce todas las consecuencias de sus creencias validas.T: Es el axioma del conocimiento e implica que lo sabe un agente es verdadero. D: Las creencias validas de un agente son no contradictorias.4: Es el axioma de introspección positiva y denota que un agente sabe lo que sabe.5: Es el axioma de introspección negativa y denota que un agente conoce lo que no sabeNEC: La regla dicta que un agente conoce toda fórmula valida y en consecuencia todas las tautologías

Sistemas notables

Los atributos usuales del conocimiento y lascreencias están referidos a la veracidad (la verdaddel conocimiento, la consistencia de las creencias)y la introspección.

T = NKT

S4 = NKT4

S5 = NKT5

El sistema K

K: (ϕ ⇒ψ) ⇒( ϕ ⇒ ψ)

Ν: if | ϕ then | ϕ

⇒: � ϕ ∨ ◊ψ ∨ ◊(¬ϕ ∧¬ ψ)

Conocimiento vs Creencias

El conocimiento puede ser distinguido de las creencias considerando el conocimiento como

una creencia que es verdadera:

Ki ϕ ⇔ Bi ϕ∧ϕ

Ki ϕ denota que “un agente i sabe que ϕ”

Agentes BDI

El agentei existe en un mundoW.

Bi representa las creencias delagentei sobre W

Ki representa el conocimientoque el agentei tiene sobre W

Hay un área gris que representalo que el agentei puede aprender

Agentes BDI (II)

Agentes BDI (III)

Ominiciencia Lógica

La regla de necesidad y el axioma de conocimiento juntosimplican que un agente cree toda fórmula valida y conoce todas las consecuencias lógicas de sus creencias validas.

Consistencia lógica: un agente no debe creer en ϕ y ψ al mismo tiempo si ϕ ⇒ ¬ψ

Equivalencia lógica: dice que dadas dos proposiciones i) ϕ y, ii) ϕ∧ψ, dado que ψ es verdadera entonces i) y ii) son lógicamente equivalentes.

Ominiciencia Lógica:Problemas

Un agente cree todas las fórmulas validas Las creencias de un agente están cerradas bajo la

consecuencia lógica Las proposiciones equivalentes son creencias

idénticas Si los agentes son inconsistentes entonces creen todo

(cualquier cosa) En el peor de los casos la automatización no es

posible.

Ominiciencia Lógica:Soluciones

La consistencia es una propiedad muy rigurosa paraun razonador ideal: basta con ser no contradictorio.

Proposiciones equivalentes no tienen porqué sercreencias equivalentes

Intenciones y Creencias

Consistencia intenciones-creencias Un agente debe creer que sus objetivos son posibles No debe creer que no alcanzará sus objetivos Dadas las condiciones adecuadas creerá que alcanzará sus objetivos

Incompletitud intenciones-creencias Las intenciones deben ser consistentes con las creencias pero no

deben soportarlas. Es posible no tener creencias completas sobre laspropias intenciones.

Problema del Side-effect Un agente que intenta hacer a y que cree que hacer a requiere hacer b

no tiene por que tener la intención de hacer b

Deseos e intenciones

Consistencia interna Un agente debe evitar tener intenciones en conflicto pero

puede tener deseos en conflicto Análisis de medios y objetivos (means-end)

Las intenciones crean problemas para las deliberacionesfuturas, los deseos no necesariamente

Mantener memoria de los éxitos y fracasos (de lasintenciones) Para mantener el compromiso con cierta acción; a los

deseos no hay asociado per se un compromiso.intenciones son deseos + compromiso para actuar.

Consistencia con las creencias Las intenciones deben ser consistentes con las creencias

pero no así los deseos

Marco lógico

El lenguaje de formulación es de primero orden, multimodalcon igualdad.

Operadores estándar de lpo + Happens, Done, BEL, y GOAL

El mundo está definido como una secuencia discreta deeventos que se extiende de forma infinita al pasado y futuro

Happens define una secuencia de eventos que ocurrirá Done define una secuencia de eventos que ha ocurrido e;e’ (e seguido de e’) e½e’ (e o e’) e? ( test) e* (iteración)

Marco lógico (2)

Los operadores temporales son: � (siempre) ◊ (algunasveces), LATER, y BEFORE. Estos símbolos no deben serconfundidos con los necesidad y posibilidad.

La semántica de BEL, y GOAL está dada por lasrelaciones de accesibilidad a los mundos posibles de lascreencias y las metas.

Se asume que los agentes sólo poseen un subconjuntode las relaciones de accesibilidad. Esto se conoce comouna restricción de realismo. Esto evita que los agentesno elijan mundos que sobrepasen sus creencias

Marco lógico (3)

Si un agente cree ϕ que es verdad ahora, nopuede desear que sea falso ahora, un agente nopuede elegir lo que no puede cambiar

≤ (BEL x ϕ ) ⇒(GOAL x ϕ )

Un agente supone que sus metas son falsas (o noestán conseguidas) para luego satisfacerlas (A_GOAL x ϕ ) = (GOAL x (LATER ϕ)) ∧ (BEL x ¬ϕ)

Estados Mentales de un Agente

intencionesaccionesmisiones

creencias capacidades

Procesadode

mensajes

compromiso Decisiones(arbitrado)mensajes

Intención: Es la voluntad de cumplir un deseo o de efectuar una acción

),(),(

)),(,(

),(/),(

PxBelaxBel

axDoxBel

PaxBel

PxGoalPaxIntend

Las creencias representan algún conocimientosobre otros agentes. El agente a1 cree ϕ sobre elagente a2.

BEL a1 a2 ϕ Las capacidades corresponden a las capacidades

para actuar. Las metas son generadas por la evaluación de

mensajes de otros agentes y/o corresponden a lasfinalidades del agente

Las intenciones corresponden a la decisióntomada al adoptar una meta. Un agente sóloadopta metas que sabe que puede alcanzar.

Una intención es cumplida a través deacciones dirigidas a alcanzar una meta.

Una meta asignada por otro agente es unamisión.

El agente mantiene en memoria todasmetas asignadas:

MIS a1 a2 ϕ Ga ϕ = MIS a,a ϕ

Creencias sobre las competencias

¿Quién puede hacer qué ?

* Por delegación de tareas* Por colaboración

))),(,(,,()),(,()),(,()),(,(

TbDobIntendbarequestTbDoaBelTaDoaBelTaDoaIntend

•∧

Creencias sobre las competencias

¿Cómo representar las competencias? Mediante palabras clave:

• Transportar, Editar, Buscar, etc.

Mediante predicados• Buscar(A1,Ok, Fi)

Agente

Objeto

Fuente

Creencias sobre la competencias

Objeto de Representación

Capaz de calculos numéricos

Capaz de Integrar

Capaz de derivar

Capaz de Calcular

Capaz de calculos simbólicos

Creencias sobre la competencias

Vista Introspectiva Bel(a, (Bel (a, Bel (a, Bel( .... Bel(a,a))...)

Modelo propio

)),(,(

bDoaBel

bBelaBel

Bibliografía* Jennings, N. & Luck, M.. “Introduction to Autonomous Agents and Multi-Agent Systems” The 5th Int. Conf. On Autonomous Agents. 2001.* Russell, S. & Norvig, P. “Artificial Intelligence: A Modern Approach” Prentice-Hall Series in Artificial Intelligence. 2002* Haddadi, A. “Communication and Cooperation in Agent Systems: A Pragmatic Theory” Lecture Notes in Artificial Intelligence #1056. Springer-Verlag. 1996. ISBN 3-540-61044-8* Rosenschein, J. & Zlotkin, G. “Rules of Encounter. Designing Conventions for Automated Negotiation among Computers”. MIT Press. 1994 ISBN 0-262-18159-2 * Dennett, D. “Brainstorm”. Harvester Press. 1981 * Weiss, G. “Multiagent Systems: A modern Approach to Distributed Artificial Intelligence”. MIT Press. 1999. ISBN 0262-23203*Thijsse, E. “Partial Logic and KnowlegeRepresentation” EBURON. 1992. ISBN 90-5166-267-X

Ejemplos de la lógica modal

� ϕ → � ϕ es valido

� (ϕ → ϕ) es valido ya que (ϕ → ϕ) es valida en todos los MP

� ϕ → ϕ no es valido ya que hay modelos en que se cumple que {� ϕ, ¬ϕ}

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