Дюндюков Владислав Сергеевич Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, кафедра «Компьютерные системы автоматизации производства», студент группы РК РЕСУРСНО-ЦЕЛЕВЫЕ ГРАФЫ В МОДЕЛИРОВАНИИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ ИСКУССТВЕННЫХ АГЕНТОВ

ПРЕДЫСТОРИЯ 1. Потоки в сетях (алгоритм Форда- Фалкерсона) 2. Метод и программная среда РДО (ресурсы-действия-операции) В.В. Емельянова и С.И. Ясиновского 3. Ресурсные графы О.П. Кузнецова 4. Теория агентов и МАС: представление агентов в координатах «цели-ресурсы- восприятие-действия»(Тарасов, Вулдридж, Дженнингс и др.) 5. Ресурсно-целевые графы

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ АГЕНТОВ В МАС 1) Совместимость целей или намерений агентов; 2) Отношение агентов к ресурсам и величина имеющихся у них ресурсов, потребность в дополнительных ресурсах и совместном использовании ресурсов; 3) Опыт агентов, связанный с некоторой проблемной областью; 4) Обязательства агентов друг перед другом. В работе главное внимание уделяется исследованию и моделированию взаимосвязей между типами агентов, характером формируемых или принимаемых ими целей и ситуациями обмена (совместного использования) ресурсов.

РЕСУРСЫ В МНОГОАГЕНТНЫХ СИСТЕМАХ Под ресурсами понимаются любые средства, полезные для достижения цели агента или МАС. Величина имеющегося у агента ресурса тесно связана с такими характеристиками как роль агента и взаимосвязи между ролями. Создание и функционирование МАС предполагает построение семейства процедур распределения, перераспределения и коллективного использования ресурсов отдельных агентов. Наиболее удобными и наглядными методами описания структур МАС являются графы, в частности взвешенные графы, с помощью которых можно легко показать ряд важных параметров агентов (ресурс, способность к обмену ресурсами и формированию коллективных целей и т.д.)

МАС КАК ПОЛИСТРУКТУРНАЯ СИСТЕМА Любая МАС является полиструктурной и представляет собой единство экстенсивных структур, преимущественно развертывающихся в пространстве и интенсивных структур, развивающихся во времени. Например, при построении структур в виде графов и мультиграфов развертыванию экстенсивных структур соответствует добавление новых вершин в исходный граф, а развитию интенсивных структур – добавление новых дуг. Соответственно, выделяются две основные характеристики ресурса: а) «объем ресурса» – его мера в пространстве (например, объем перерабатываемой информации, объем памяти компьютера); б) «действие ресурса» - его мера во времени.

ВИДЫ РЕСУРСОВ Для МАС можно выделить следующие виды ресурсов: 1) Материальные ресурсы (ограниченные), для которых в МАС действует закон сохранения суммарного ресурса. 2) Информационные ресурсы (бесконечные), для которых справедливо свойство супераддитивности: ресурсы агентов в процессе обмена только увеличиваются. Поэтому суммарный ресурс МАС будет больше суммы ресурсов отдельных агентов. Для моделирования обмена ресурсами в МАС служат ресурсные графы, предложенные О.П. Кузнецовым.

РЕСУРСНЫЙ ГРАФ В МАС Под ресурсным графом для МАС будем понимать взвешенный ориентированный граф G = A, C, RES, W, где A – множество вершин (агентов), С – множество дуг (связей между агентами), RES – множество ресурсов МАС, причем каждый агент a i A имеет определенный ресурс res(a) RES, W – множество проводимостей дуг c в МАС Каждой дуге с ij С приписывается неотрицательное число w ij W, называемое проводимостью дуги. Расширение формализма ресурсных графов связано с введением ресурсно-целевых графов, в которых вершины характеризуются типом и объемом ресурса, а дуги – двумя видами проводимости (по целям и по ресурсам).

РЕСУРСНО-ЦЕЛЕВОЙ ГРАФ В МАС Ресурсно-целевым графом называется взвешенный ориентированный мультиграф G = A, C, K, O, RES, W, T, где множество вершин ассоциируется с множеством агентов A, множество дуг С разбивается на два непересекающихся подмножества: множество целевых связей С О и множество ресурсных связей С RES : С = С О С RES, С О С RES =, а T – множество дискретных моментов времени, t = 0,1,2, …, п. Каждая вершина a A определяется следующими параметрами: тип агента k К, его цель о(а) O и объем ресурса res(а) RES, а каждая дуга – проводимостью или пропускной способностью w дуги с С. У любых двух агентов a i, a j выделяются проводимости по целям w О (a i, a j ) и проводимости по ресурсам w RES (a i, a j ).

ОСНОВЫ РЕСУРСНО-ЦЕЛЕВЫХ ГРАФОВ

ТИПЫ АГЕНТОВ В РЕСУРСНО-ЦЕЛЕВОМ ГРАФЕ В ресурcно-целевом графе можно выделить типы вершин на основе предварительной классификации агентов по двум критериям (благонамеренные, эгоистичные, альтруистичные и т.д.), предложенной В.Б.Тарасовым. Благонамеренный агент a b – это агент, имеющий свои цели (интересы) и способный формировать коллективные цели. Он участвует в обмене ресурсами, если такая операция выгодна ему и другим агентам и не содержит злого умысла. Эгоистичный агент a e стремится к достижению исключительно своих целей, игнорирует цели других агентов и неспособен к формированию общих (коллективных) целей. Он участвует в обмене ресурсами тогда и только тогда, когда этот обмен ему необходим и выгоден. Альтруистичный агент a a – это агент, неспособный к формированию собственных целей и принимающий чужую цель как общую. Он всегда участвует в обмене ресурсами, даже если обмен будет неравнозначным, и он от него проиграет.

ВЫДЕЛЕНИЕ ТИПОВ АГЕНТОВ ПО ДВУМ КРИТЕРИЯМ: ОТНОШЕНИЕ К СЕБЕ (ГОТОВНОСТЬ НАКАПЛИВАТЬ СВОИ РЕСУРСЫ) И ОТНОШЕНИЕ К ДРУГИМ (ГОТОВНОСТЬ ФОРМИРОВАТЬ ОБЩИЕ РЕСУРСЫ Тип агентаОтношение к себе Отношение к другим Благонамеренный +1 Эгоистичный +1 Альтруистичный +1 Камикадзе

ОБЩАЯ СХЕМА ВОЗМОЖНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ МЕЖДУ АГЕНТАМИ Запрещенными являются взаимодействия между двумя эгоистичными и двумя альтруистичными агентами, поскольку при таком взаимодействии не может быть образована МАС.

ПРИМЕРЫ РЕСУРСНО-ЦЕЛЕВЫХ ГРАФОВ 1) Благонамеренный агент с благонамеренным. В данной ситуации происходит равноправный обмен информацией целевого характера, в результате которого формируется общая цель, а также обмен ресурсами. МАС, состоящая из подобных агентов, представляется наиболее эффективной для реализации стратегии децентрализованного искусственного интеллекта, когда формируется структура типа полный граф. 2) Благонамеренный агент с эгоистичным агентом.

ПРИМЕРЫ РЕСУРСНО-ЦЕЛЕВЫХ ГРАФОВ (ПРОДОЛЖЕНИЕ) 2) Эгоистичный агент с альтруистичным. При взаимодействии эгоистичный агент навязывает альтруистичному свою цель и использует для ее достижения чужие ресурсы. Фактически происходит перекачка ресурсов от a a к a e, которая может завершиться гибелью a a, если объем ресурса res(a a (t)) res min, т.е. данная МАС будет неустойчивой

ПРИМЕРЫ РЕСУРСНО-ЦЕЛЕВЫХ ГРАФОВ (ПРОДОЛЖЕНИЕ) 3) Благонамеренный агент с эгоистичным. В данной ситуации возникает иллюзия обмена ресурсами между агентами. Эгоистичному агенту нужны ресурсы, но в ответ он старается ничего не делать. Благонамеренный агент будет избегать такого взаимодействия и участвовать в нем только в критических для себя случаях. При этом взаимодействие прекращается, если res(a b (t)) близок к res min (наличие «инстинкта самосохранения» у a b ).

ПРИМЕРЫ РЕСУРСНО-ЦЕЛЕВЫХ ГРАФОВ (ПРОДОЛЖЕНИЕ) 4) Благонамеренный агент с альтруистичным. Происходит эффективный обмен ресурсами, причем a a разделяет цели a b. В силу своей благонамеренности a b не допускает ситуации истощения ресурсов у a a, поэтому МАС, включающая такое сочетание агентов, достаточно устойчива.

ВОЗМОЖНЫЕ ТИПЫ АГЕНТОВ В МАС В общем случае будем полагать, что каждый реальный агент сочетает в себе черты агентов трех типов, т.е. будем описывать его тройкой чисел { b, e, a }.

ВЛИЯНИЕ АГЕНТА В РЕСУРСНО-ЦЕЛЕВОМ ГРАФЕ В лияние агента a в МАС определяется собственным ресурсом, числом связей с другими агентами (т.е. числом выходящих из вершины a дуг), а также суммарными значениями выходных проводимостей по целям w О и ресурсам w RES. Формально влияние агента a в момент времени t определяется имеющимся у него объемом ресурса res(а(t)), мощностью множества выходных целевых связей С О out (t) и выходных ресурсных связей С RES out (t), а также соответствующими величинами суммарной проводимости W O out (t) и W RES out (t). Определяющим критерием влияния агента в МАС является его отношение к ресурсу.

УСЛОВИЯ ПОВЕДЕНИЯ АГЕНТОВ В МАС В процессе обмена объем ресурса агента меняется. При уменьшении ресурса агента степень его влияния на МАС уменьшается. В предельном случае агент может поменять свой тип, например, превратиться из благонамеренного в альтруистичного. Напротив, при значительном увеличении своего влияния благонамеренный агент может стать эгоистичным. Отсюда можно выделить необходимые условия поведения агентов в МАС: 1) Res(a i (t)) > Res min - условие индивидуального выживания агента; 2) Res(a i (t)) Res max – условие социального поведения агента.

АССОЦИАЛЬНОЕ ПОВЕДЕНИЕ АГЕНТОВ В МАС Если объем ресурса агента Res(a i (t)) Res max, (ситуация бесконтрольного возрастания его влияния), то это может привести к асоциальному поведению в МАС. Здесь предельным состоянием МАС будет являться ее распад, так как эгоистичный агент не сможет участвовать в обмене ресурсов из-за отсутствия участников обмена..

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1. Предложен вариант применения аппарата ресурсных графов к моделированию процессов взаимодействия агентов и формирования МАС. 2. Введено понятие ресурсно-целевого графа как расширения ресурсных графов. 3. Предварительно проанализированы различные типы агентов и рассмотрены особенности обмена ресурсами между ними. 4.Предложены показатели влияния агентов. 5.Рассмотрены необходимые условия выживания и эффективности агентов для различных условий среды.