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Engenharia de Software Orientada a Agentes. Marco Simões (macs3) Jacques Robin (jr). Sistema Baseado em Agentes. Abstração principal: Agente Sistemas Multi-Agentes(SMAs): agentes com capacidade de socialização Agente: Autonomia Reatividade Pró-Atividade Capacidade de Socialização.

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Presentation Transcript
engenharia de software orientada a agentes

Engenharia de Software Orientada a Agentes

Marco Simões (macs3)

Jacques Robin (jr)

sistema baseado em agentes
Sistema Baseado em Agentes
  • Abstração principal: Agente
  • Sistemas Multi-Agentes(SMAs): agentes com capacidade de socialização
  • Agente:
    • Autonomia
    • Reatividade
    • Pró-Atividade
    • Capacidade de Socialização
agentes x objetos
Agentes x Objetos
  • Objetos= entidades computacionais que encapsulam algum estado, são capazes de executar ações sobre este estado e comunicam-se através de passagem de mensagens
  • Diferenças entre Agentes e Objetos:
    • Grau de Autonomia
    • Comportamento reativo, pró-ativo e social
    • Sistemas Multi-Agentes são inerentemente multithreaded
requisitos b sicos de um ambiente de desenvolvimento de smas
Requisitos Básicos de um Ambiente de Desenvolvimento de SMAs
  • Linguagem de Comunicação entre Agentes
    • FIPA
    • KQML
  • Protocolos de Comunicação
    • Forma de comunicação (passagem de mensagens, invocação de métodos, etc)
    • Modo de passagem de mensagens: unicast, broadcast ou multicast
    • Protocolo de Transporte/Rede – Ex: TCP/IP
  • Protocolos de Coordenação
  • Interação Homem-Agente
requisitos desej veis em um ambiente de desenvolvimento de smas
Requisitos Desejáveis em um Ambiente de Desenvolvimento de SMAs
  • Atitudes Mentais (crenças, desejos e intenções)
  • Capacidade de Raciocínio
    • Planejamento
  • Meta-Gerenciamento
    • Modelo interno do próprio agente e de outros agentes
  • Comportamento Emocional
  • Adaptabilidade
    • Aprendizagem
smas e engenharia de software
SMAs e Engenharia de Software
  • Metodologias
  • Análise Ontológica
  • Especificações
    • Linguagens e Notações
  • Verificação
  • Prototipação
  • Simulação
metodologias para engenharia de sistemas multi agentes
Metodologias para Engenharia de Sistemas Multi-Agentes
  • São baseadas em metodologias e paradigmas existentes:
    • Orientação a Objetos
    • Engenharia de Conhecimentos
    • Métodos Formais
metodologias baseadas em orienta o a objetos
Metodologias baseadas em Orientação a Objetos
  • Semelhança entre os paradigmas orientados a Agentes e orientados a Objetos
  • É comum o uso de LPOO para implementar sistemas multi-agentes
  • Popularidade das metodologias OO
  • Mensagens entre Agentes podem ser de vários tipos e não apenas invocação de métodos
  • Metodologias OO não especificam como modelar o estado mental e comportamento social necessários para os agentes
omt object modeling technique
OMT – Object Modeling Technique
  • Um dos predecessores dos métodos baseados em UML
  • 4 estágios
    • Análise
      • Modelo de objetos
      • Modelo dinâmico
      • Modelo funcional
    • Projeto do Sistema
    • Projeto dos Objetos
    • Implementação
omt diagramas
OMT: Diagramas
  • Modelo de Objetos
    • Diagrama de Classes
  • Modelo Dinâmico
    • Diagrama de Estados
  • Modelo Funcional
    • Diagrama de Fluxo de Dados
cart es crc class responsibility collaborator
Cartões CRC(Class, Responsibility, Collaborator)
  • Ferramenta utilizada para modelar as classes durante a modelagem OO de um sistema
  • São uma espécie de Cartão de Índice contendo as seguintes informações:
    • Nome: o nome da classe
    • Responsabilidades: o que as instâncias da classe devem saber ou fazer
    • Colaboradores: Outras classes envolvidas na satisfação das responsabilidades
    • Descrição: descrição textual sobre a classe e detalhes de implementação
    • Ancestral: descrição das superclasses
idef integration definition for function modelling 1 2
IDEF - Integration Definition for Function Modelling 1/2
  • É uma abordagem estruturada para modelagem e análise corporativa
  • Padronizada pelo NIST(National Institute of Standards and Technology)
  • Modelos:
    • IDEF0- modelagem das decisões e ações de uma organização ou sistema
    • IDEF1 – modelagem da informação e seus relacionamentos
idef integration definition for function modelling 2 2
IDEF - Integration Definition for Function Modelling 2/2
  • Modelos (cont.)
    • IDEF1x – método para projeto de bases de dados relacionais
    • IDEF3
      • Modelo de processos
      • Captura relações de precedência e causalidade
    • IDEF4 – projeto de sistemas OO
    • IDEF5 – descrição de ontologias
projeto e an lise orientada a agentes por burmeister
Projeto e Análise Orientada a Agentes por Burmeister
  • Três Modelos:
    • Modelo de Agente:
      • identifica os agentes(estrutura interna) e seus ambientes utilizando uma extensão dos cartões CRC para incluir atributos referentes a crenças, motivações, planejamento e cooperação
    • Modelo Organizacional:
      • descreve os relacionamentos(herança e papéis na organização) entre os agentes através de diagramas na notação OMT(Object Modelling Technique)
    • Modelo de Cooperação:
      • interações entre os agentes são identificadas e incluindo os parceiros de cooperação e os tipos de mensagens e protocolos utilizados
t cnica de modelagem de agentes para sistemas de agentes bdi 1 2
Técnica de Modelagem de Agentes para Sistemas de Agentes BDI 1/2
  • Baseada na experiência de desenvolvimento de SMAs no AAII(Australian AI Institute)
  • Visão Externa:
    • Decomposição do sistema em agentes e suas respectivas interações
    • Modelo de Agentes:
      • descreve a hierarquia e relacionamentos entre classes de agentes e define as instâncias destas classes
    • Modelo de Interação:
      • descreve as responsabilidades, serviços e interações entre agentes e sistemas externos
    • Utiliza notação OMT para modelar hierarquia
t cnica de modelagem de agentes para sistemas de agentes bdi 2 2
Técnica de Modelagem de Agentes para Sistemas de Agentes BDI 2/2
  • Visão Interna:
    • Modelagem de cada classe de agente BDI
    • Modelo de Crenças:
      • descreve as crenças sobre o ambiente
    • Modelo de Objetivos:
      • descreve os objetivos que um agente pode adotar e os eventos aos quais pode responder
    • Modelo de Planos:
      • descreve os planos que um agente pode utilizar para atingir seus objetivos
    • Notação OMT para modelar Crenças sobre cada objeto do ambiente
masb multi agent scenario based method 1 3
MASB: Multi-Agent Scenario-Based Method 1/3
  • Aplica-se a SMAs no campo de trabalho cooperativo
  • Análise:
    • Descrição do Cenário:
      • identificação, usando linguagem natural, dos papéis desempenhados pelos agentes humanos e de software, dos objetos do ambiente e os cenários típicos
    • Descrição Funcional de Papéis:
      • descrição dos papéis utilizando diagramas de comportamento que descrevem os processos, as informações relevantes e as interações entre agentes
    • Modelo Conceitual:
      • modelagem dos dados e do conhecimento utilizado pelo agente utilizando diagramas entidade-relacionamento(ou diagramas OO) e diagramas de ciclo de vida
masb multi agent scenario based method 2 3
MASB: Multi-Agent Scenario-Based Method 2/3
  • Análise:
    • Modelo de Interação:
      • simulação e definição das diferentes interfaces para interação homem-máquina em cada cenário
  • Projeto:
    • Descrição da Arquitetura e Cenário:
      • seleção dos cenários que serão implementados e os papéis desempenhados pelos agentes nestes cenários
    • Modelo de Objetos:
      • refinamento do modelo conceitual definindo hierarquias, atributos e procedimentos
masb multi agent scenario based method 3 3
MASB: Multi-Agent Scenario-Based Method 3/3
  • Modelo de Agentes:
    • especificação dos elementos definidos no modelo conceitual como estruturas de crenças utilizando uma notação gráfica proposta para representar o processo de decisão do agente
metodologia orientada a agentes para modelagem corporativa 1 3
Metodologia Orientada a Agentes para Modelagem Corporativa 1/3
  • Propõe a integração de metodologias OO (OOSE – Object Oriented Software Engineering) com metodologias de modelagem corporativa
  • Metodologias de modelagem corporativa:
    • IDEF – Integration Definition for Function Modelling
    • CIMOSA - Computer Integrated Manufacturing Open System Architeture
metodologia orientada a agentes para modelagem corporativa 2 3
Metodologia Orientada a Agentes para Modelagem Corporativa 2/3
  • Modelo Funcional:
    • descreve as funções(entradas, saídas, mecanismos e controle) utilizando diagramas IDEF0
  • Modelo de Casos de Uso:
    • descreve os atores envolvidos em cada função utilizando a notação de casos de uso da OOSE
  • Modelo Dinâmico:
    • análise das interações entre objetos em que os casos de uso são representados como diagramas de eventos
metodologia orientada a agentes para modelagem corporativa 3 3
Metodologia Orientada a Agentes para Modelagem Corporativa 3/3
  • Sistema Orientado a Agentes:
    • Identificação dos Agentes:
      • agentes são os atores dos casos de uso, suas funções principais são os objetivos e as possibilidades representadas como diagramas IDEF0
    • Protocolos ou scripts de Coordenação:
      • descritos como diagramas de estado
    • Invocação de Plano:
      • diagramas de seqüência estendem os diagramas de eventos para incluir condições indicativas de quando um plano é invocado
    • Crenças, Sensores e Efetuadores:
      • entradas das funções são modeladas como crenças ou obtidas por sensores e objetivos atingidos são modelados como alterações nas crenças ou ações via efetuadores
metodologia gaia
Metodologia GAIA
  • Parte de um conjunto de requisitos para um projeto suficientemente detalhado para ser implementado
  • Refinamentos sucessivos
  • Conceitos Abstratos:
    • utilizados durante a fase de análise para conceitualizar o sistema
  • Conceitos Concretos:
    • utilizados na fase de projeto, correspondem a elementos que estarão presentes na implementação
gaia conceitos abstratos 1 2
GAIA: Conceitos Abstratos1/2
  • Organização do Sistema:
    • É um conjunto de papéis
    • Existem relacionamentos e interações entre os papéis
    • Vários agentes podem desempenhar um mesmo papel, assim como um agente pode desempenhar vários papéis
gaia conceitos abstratos 2 2
GAIA: Conceitos Abstratos2/2
  • Atributos de um papel:
    • Responsabilidades: determinam a funcionalidade
      • Propriedades liveness: provocar a ocorrência de “alguma coisa boa”
      • Propriedades de segurança: garantir a não-ocorrência de “alguma coisa ruim”
    • Permissões:
      • direitos associados a um papel
    • Atividades:
      • ações privadas, i.e., não há interações com outros agentes
    • Protocolos:
      • definem as formas de interação do papel
gaia conceitos concretos
GAIA: Conceitos Concretos
  • Tipos de Agentes
  • Serviços
  • Conhecimento
auml agent uml
AUML: Agent UML
  • Modificações propostas na UML padrão:
    • Suporte para expressar linhas de interação concorrentes(ex: broadcast) visando permitir a modelagem de protocolos de agentes
    • Uma noção de papel que estende a que é fornecida na UML, permitindo a um agente desempenhar vários papéis
  • A OMG(Object Management Group) e a FIPA(Foundation for Intelligent Physical Agents) estão trabalhando no desenvolvimento de notações baseadas em UML para modelagem de Agentes
  • Grupo Agent UML: http://www.auml.org
metodologias baseadas em engenharia de conhecimento
Metodologias Baseadas em Engenharia de Conhecimento
  • Agentes possuem características cognitivas e EC pode ser usada para modelar o conhecimento do agente
  • Experiência prévia
  • Bibliotecas de ontologias e métodos de solução de problemas podem ser reutilizadas
  • Não englobam os aspectos de distribuição e socialização dos agentes
  • Não englobam os comportamentos reativo e pró-ativo dos agentes
commonkads
CommonKADS
  • Principal metodologia que suporta Engenharia de Conhecimento estruturada
  • Utiliza fórmulas e ontologias para representar o conhecimento
  • Utiliza diagramas baseados em UML
    • Diagrama de classes
    • Diagrama de estados
    • Diagrama de atividades
metodologia comomas 1 2
Metodologia CoMoMAS1/2
  • Extensão da metodologia CommonKADS
  • Modelos:
    • Modelo de Agentes:
      • modelo principal; define a arquitetura dos agentes e o seu conhecimento
    • Modelo de Especialização:
      • descreve as competências cognitiva e reativa do agente.
    • Modelo de Tarefas:
      • descreve a decomposição de tarefas
metodologia comomas 2 2
Metodologia CoMoMAS2/2
  • Modelo de Cooperação:
    • descreve a cooperação entre agentes utilizando métodos de resolução de conflitos e conhecimento cooperativo, além dos aspectos de comunicação
  • Modelo de Sistema:
    • define aspectos organizacionais da sociedade de agentes; integra modelo organizacional e aspectos arquiteturais do modelo de projeto do CommonKADS
  • Modelo de Projeto:
    • Define os requisitos de projeto do SMA
metodologia mas commonkads 1 4
Metodologia MAS-CommonKADS1/4
  • Adiciona técnicas de metodologias OO e de Engenharia de Protocolos ao CommonKADS
  • Fase de Conceitualização:
    • coleta informal de requisitos
    • Casos de Uso
  • Modelos utilizados na Análise e Projeto: para cada modelo são definidas as entidades e os relacionamento entre elas
metodologia mas commonkads 2 4
Metodologia MAS-CommonKADS2/4
  • Modelos:
    • Modelo de Agentes:
      • descreve as características principais dos agentes incluindo capacidades cognitivas, habilidades(sensores/efetuadores), serviços, objetivos
    • Modelo de Tarefas:
      • descreve as tarefas e sua decomposição
metodologia mas commonkads 3 4
Metodologia MAS-CommonKADS3/4
  • Modelo de Perícia:
    • descreve o conhecimento necessário para os agentes atingirem seus objetivos, utilizando a abordagem do KADS
  • Modelo de Coordenação:
    • descreve as conversações entre agente, seus protocolos e capacidades requeridas; utiliza tecnicas de descrição formal MSC(Message Sequence Charts) e SDL(Specification and Description Language)
metodologia mas commonkads 4 4
Metodologia MAS-CommonKADS4/4
  • Modelos:
    • Modelo de Organização:
      • descreve o ambiente em que o SMA será introduzido e a sociedade de agentes utiliza uma extensão do modelo OMT
    • Modelo de Comunicação:
      • detalha as interações homem-software
    • Modelo de projeto: reúne os modelos anteriores
      • Projeto de aplicação: composição/decomposição dos agentes da fase de análise
      • Projeto de Arquitetura: projeto de aspectos relevantes da rede de agentes
      • Projeto de plataforma: seleção da plataforma de desenvolvimento para cada arquitetura
desire
DESIRE
  • Um Framework para projeto e especificação formal de sistemas composicionais
  • Provê uma notação gráfica para especificar estes sistemas
  • Possui um editor gráfico e outras ferramentas para suportar o desenvolvimento de sistemas de agentes
a metodologia cassiopeia
A metodologia Cassiopeia
  • Método bottom-up
  • O método inicia pelos comportamentos requeridos para atingir algum objetivo
  • Passos:
    • Identificar comportamentos elementares a partir do objetivo global do sistema
    • Identificar os relacionamento entre estes comportamentos
    • Identificar os comportamentos organizacionais do sistema
  • Utilizado em estudo de caso com o RoboCup
m todos formais
Métodos Formais
  • Especificação:
    • Lógica Modo-Temporal
    • Dificuldade em fazer refinamentos formalmente
  • Execução Direta das Especificações
    • Concurrent METATEM
    • Execução de especificações em lógica temporal
    • Comunicação por broadcast assíncrono
  • Compilação das Especificações
    • Eficiência em tempo de execução
    • Raciocínio em tempo de compilação
agentes em z
Agentes em Z
  • Framework desenvolvido por Luck & d’Inverno
  • Hierarquia em 4 camadas:
    • Entidades: objetos inanimados
    • Objetos: possuem capacidades (ex: tabela suporta entidades ou outros objetos)
    • Agentes: objetos com objetivos
    • Agentes autônomos: agentes com motivações
  • Implementação OO
m todos formais compila o das especifica es
Métodos Formais: compilação das especificações
  • Paradigma do Autômato Situado
    • Agente divido em duas partes: percepção e ação
    • Programa RULER recebe uma especificação declarativa da percepção, compilando-a para um autômato finito
    • O programa GAPPS recebe regras de especificação de objetivos(ações) gerando um cojunto de regras situação-ação
programa o orientada a agentes
Programação Orientada a Agentes
  • Linguagens e API´s:
    • Jackal
    • JatLite
    • Aglets
    • Telescript
  • Ambientes de Desenvolvimento
    • AgentBuilder
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