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MATT-Vorlesung im WS 2002/2003. Intelligente Agenten (Michael Wooldrige). Was sind Agenten ?. Autonome Gebilde, die in eine Umwelt mit folgenden möglichen Eigenschaften eingebettet sind: zugänglich / unzugänglich deterministisch / nichtdeterministisch zyklisch / nichtzyklisch

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Presentation Transcript
matt vorlesung im ws 2002 2003
MATT-Vorlesung im WS 2002/2003

Agent Based Supply Chain Management

slide2
Intelligente Agenten

(Michael Wooldrige)

Agent Based Supply Chain Management

was sind agenten
Was sind Agenten ?

Autonome Gebilde, die in eine Umwelt mit folgenden möglichen Eigenschaften eingebettet sind:

  • zugänglich / unzugänglich
  • deterministisch / nichtdeterministisch
  • zyklisch / nichtzyklisch
  • statisch / dynamisch
  • diskret / kontinuierlich

Agent Based Supply Chain Management

interaktion agenten und objekte

SOFTWARE-

AGENT

Ereignis

Aktion

UMWELT

Interaktion Agenten und Objekte
  • Unterschied zwischen Agenten und Objekten der OOP:
  • “Objects do it for free, agents do it for money”

Agent Based Supply Chain Management

eigenschaften von intelligenten agenten
Eigenschaften von intelligenten Agenten
  • Reaktivität:Fähigkeit die Umwelt wahrzunehmen und zeitnah auf die Veränderung dieser zu reagieren, ohne dabei die Zielvorgaben zu verlassen
  • Pro-Aktivität:Ausführen von zielgerichteten Aktionen aus eigener Initiative
  • Sozialkompetenz:

Interaktion mit anderen Softwareagenten und Menschen

Agent Based Supply Chain Management

architekturen f r systeme intelligenter agenten ii
Architekturen für Systeme intelligenter Agenten II

Parameter von Agentensystemen

  • Zustände der Umwelt S = {s1, s2, s3, ... }
  • Aktionen des Agenten A = {a1, a2, a3, ... }
  • Zustände der Umgebung S x A (S)
  • Aufzeichnung der Interaktion Agent / Umwelt als Historie h: s0 (a0) s1(a1)  s2(a2)  s3(a3)  su

Agent Based Supply Chain Management

architekturen f r systeme intelligenter agenten iii
Architekturen für Systeme intelligenter Agenten III

Rein reaktive Agenten

Ohne Bezug zur Vergangenheit d.h. jede Entscheidung erfolgt nur aufgrund der aktuell beobachtbaren Zustandsvariablen (kein Gedächtnis)

Agent Based Supply Chain Management

architekturen f r systeme intelligenter agenten v
Architekturen für Systeme intelligenter Agenten V

Agenten mit differenzierter Wahrnehmung

  • Differenzierung zwischen zwei Subsystemen des Agenten:
    • Wahrnehmung: S  P
    • Aktionen: P  A
  • Der Agent besitzt mehrere Sensoren P und entscheidet welche Wahrnehmung für seine nächste Aktion a relevant sind

Agent Based Supply Chain Management

architekturen f r systeme intelligenter agenten vi
Architekturen für Systeme intelligenter Agenten VI

Agent Based Supply Chain Management

architekturen f r systeme intelligenter agenten vii
Architekturen für Systeme intelligenter Agenten VII

Agenten mit interner Zustandsmaschine

  • Zusätzlich zum Aktionsraum A wird noch ein interner Zustandsraum I (Gedächtnis) eingeführt.
  • Der interne Zustand I wird mit der Wahrnehmung P auf einen neuen internen Zustand I abgebildet: I x P  I

Agent Based Supply Chain Management

architekturen f r systeme intelligenter agenten viii
Architekturen für Systeme intelligenter Agenten VIII

Agenten mit interner Zustandsmaschine

  • Zustandsmaschine:Die Aktion eines Agenten erfolgt in Abhängigkeit des Internen Zustands i0 und der Wahrnehmung s
  • Formale Darstellung einer Aktion:

action (i0, s)

Agent Based Supply Chain Management

architekturen f r systeme intelligenter agenten ix
Architekturen für Systeme intelligenter Agenten IX

Agent Based Supply Chain Management

realisierungen von agentenarchitekturen i
Realisierungen von Agentenarchitekturen I

Konkrete Realisierungen

  • Deliberative Softwareagenten
  • Reaktive Softwareagenten
  • Hybride Softwareagenten
  • Believe-Desire-Intention Softwareagenten

Agent Based Supply Chain Management

realisierungen von agentenarchitekturen ii
Realisierungen von Agentenarchitekturen II

Deliberative Softwareagenten

  • Symbolische Künstliche Intelligenz: Es werden logische Schlüsse aus der symbolisch repräsentierten Umwelt gezogen.
  • Agenten besitzen Datenbanken, die ihre
    • Wahrnehmungen (perceptions) und
    • Aktionsregeln (action rules)

repräsentieren, aus denen mittels Logik erster Ordnung die nächsten Aktionen bestimmt werden. (if–then–logic)

  • Problem: Konsistenz der Datenbanken aller Agenten

Agent Based Supply Chain Management

realisierungen von agentenarchitekturen iii
Realisierungen von Agentenarchitekturen III

Deliberative Softwareagenten

Wahrnehmung:see: S → P

Interne Datenbank Ddes Agenten:Temperature(reactor4726,321)

Pressure(tank776,28)

Funktion:next: D × P → D

Aktionsbeschreibung:Open(valve221)

Aktionsregel: Pressure(tank776,28)

^ Temperature(reactor4726,321) →Open(valve221)

Agent Based Supply Chain Management

realisierungen von agentenarchitekturen iv
Realisierungen von Agentenarchitekturen IV

Deliberative Softwareagenten

  • 1. function action( : D) : A
  • 2. begin
  • 3. for each aA do
  • 4. if ├ Do(a) then
  • 5. return a
  • 6. end-if
  • 7. end-for
  • 8. for each aA do
  • 9. if  ∕├Do(a) then
  • 10. return a
  • 11. end-if
  • 12. end-for
  • 13. return null
  • end function action

Agent Based Supply Chain Management

realisierungen von agentenarchitekturen v
Realisierungen von Agentenarchitekturen V

Reaktive Softwareagenten

  • Rationales Verhalten ist an die Umgebung gebunden und ein Produkt von Interaktion: Reiz-Antwort Schema
  • Intelligenz der Agenten ist ein emergenter Prozess einfacher Handlungsweisen: Alternative zum symbolischen Paradigma
  • Subsumtions-Architektur von Rodney Brooks
  • Softwareagent besitzt Verhaltensmodule

Agent Based Supply Chain Management

realisierungen von agentenarchitekturen v1
Realisierungen von Agentenarchitekturen V

Reaktive Softwareagenten

  • Verhaltensweisen:

situationaction | conditionaction

  • Verhaltensregeln:

Beh = {(c, a) | cPandaA}

  • (1.1)if Alert(reactor4729,On) then Open(valve334)
  • (1.2)if Temperature(reactor4729,321) andPressure(tank776,28) then Open(valve334)
  • (1.3)if Flowrate(tube211,588) and Level(tank776,28) then Close(valve221)

Agent Based Supply Chain Management

realisierungen von agentenarchitekturen vi
Reaktive SoftwareagentenRealisierungen von Agentenarchitekturen VI

1. function action(p : P) : A

2. var fired : (R)

3. var selected : A

4. begin

5. fired := {(c, a)  (c, a) R and pc}

6. for each (c, a) fired do

7. if ((c‘, a‘)  fired such that (c‘, a‘)  (c, a)) then

8. return a

9. end-if

10. end-for

11. return null

12. end function action

Agent Based Supply Chain Management

realisierungen von agentenarchitekturen vii
Realisierungen von Agentenarchitekturen VII

Reaktive Softwareagenten

  • Verhaltenshierarchie: Verhinderung von Interessenkollisionen
  • Verhaltensregel:
  • Inhibitionsrelation:
  • In diesem Fall:
    • (1.1) if Alert(reactor4729,On) then Open(valve334)
    • (1.3) if Flowrate(tube211,588) and Level(tank776,28) then Close(valve221)
    • → Open(valve334) da

Agent Based Supply Chain Management

realisierungen von agentenarchitekturen viii
Realisierungen von Agentenarchitekturen VIII

Reaktive Softwareagenten

  • Probleme
    • Kein Umweltmodell: hinreichend lokale Information für den Agenten ist notwendig
    • Tendenz zu myopischem Verhalten der Agenten
    • Lernfähigkeit ist schwer implementierbar
    • Emergenz schwer versteh- und kontrollierbar
    • Effektive Agenten mit mehr als 10 Schichten sind kaum realisierbar (trifft in erster Linie auf hybride Agentenarchitekturen zu)

Agent Based Supply Chain Management

realisierungen von agentenarchitekturen ix
Realisierungen von Agentenarchitekturen IX

Hybride Softwareagenten

  • Notwendigkeit der Strukturierung von reaktivem und proaktivem Verhalten innerhalb einer Architektur
  • Vereinigen deliberative und proaktive Ansätze
  • Verwendung einer Hierarchie von interagierenden Schichten
    • Horizontale Schichten: direkte Verbindung der Schichten mit Sensoren und Ausgabeeinheit
    • Vertikale Schichten: Ein- und Ausgabe wird über eine Basisschicht bewerkstelligt

Agent Based Supply Chain Management

realisierungen von agentenarchitekturen x

Aktionen

Schicht n

Schicht n

Schicht n

...

...

...

Wahrnehmung

Aktionen

Schicht 2

Schicht 2

Schicht 2

Schicht 1

Schicht 1

Schicht 1

Wahrnehmung

Wahrnehmung

Aktionen

Horizontale

Schichtenarchitektur

Vertikale

Schichtenarchitektur

(Ein-Weg-Kontrolle)

Vertikale

Schichtenarchitektur

(Zwei-Weg-Kontrolle)

Realisierungen von Agentenarchitekturen X

Hybride Softwareagenten

Agent Based Supply Chain Management

realisierungen von agentenarchitekturen xi
Realisierungen von Agentenarchitekturen XI

Hybride Softwareagenten

Probleme:

  • Max. mnInteraktionen sind zu betrachten
  • Kontrollsystem zur Koordination ist erforderlich

Beispiel für horizontale Architektur: TouringMachines

Agent Based Supply Chain Management

realisierungen von agentenarchitekturen xii
Realisierungen von Agentenarchitekturen XII

Hybride Softwareagenten

Agent Based Supply Chain Management

realisierungen von agentenarchitekturen xiii
Realisierungen von Agentenarchitekturen XIII

Hybride Softwareagenten

  • Architektur mit einem Durchlauf
  • Architektur mit zwei Durchläufen
    • Max. m2(n-1) Interaktionen
    • Weniger Flexibilität
    • Reduzierte Fehlertoleranz

Beispiel für vertikale Architektur:

Interrap

Agent Based Supply Chain Management

realisierungen von agentenarchitekturen xiv
Realisierungen von Agentenarchitekturen XIV

Hybride Softwareagenten

Agent Based Supply Chain Management

realisierungen von agentenarchitekturen xv
Realisierungen von Agentenarchitekturen XV

BDI Softwareagenten

Überzeugung–Wunsch–Absicht–Systeme (BDI-Systeme)

  • Grundlage der BDI-Architektur ist sog. „praktisches Denken“, also: Welche Ziele habe ich und was sind die geeignetsten Mittel diese zu erreichen?

Agent Based Supply Chain Management

realisierungen von agentenarchitekturen xvi
Realisierungen von Agentenarchitekturen XVI

BDI Softwareagenten

Rolle der drei Grundelemente (Believe-Desire-Intention)

Absichten (Intentions)

 werden von Überzeugungen (Believe) beeinflusst

 beschränken zukünftige Wünsche (Desire)

Aber auch

 Wünsche (Desires) hängen von Überzeugungen ab

 Wünsche (Desires) beeinflussen die Absichten (Intentions)

 sollten längeren Bestand haben

Agent Based Supply Chain Management

realisierungen von agentenarchitekturen xvii
Realisierungen von Agentenarchitekturen XVII

BDI Softwareagenten

Dilemma

  • Absichten müssen regelmäßig auf Validität überprüft werden
  • Zu hoher Aufwand für Validitätskontrolle ist aktionshemmend
  •  Abwägung: Proaktivität vs. Reaktivität (zielorientiertes vs. ereignisgesteuertes Verhalten)

Agent Based Supply Chain Management

realisierungen von agentenarchitekturen xviii
Realisierungen von Agentenarchitekturen XVIII

BDI Softwareagenten

Elemente eines BDI-Systems

  • Funktionstripel (B,D,I) mit den zugehörigen DBs
  • Funktion zur Überzeugungskorrektur brf:(Bel) x P (Bel)
  • Funktion zur Wunschgenerierungoption:(Bel) x (Int) (Des)
  • Filterfunktion zur Absichtsgenerierung filter:(Bel) x (Des) x (Int) (Int)

Agent Based Supply Chain Management

realisierungen von agentenarchitekturen ixx
Realisierungen von Agentenarchitekturen IXX

BDI Softwareagenten

Elemente eines BDI-Systems

  • Aktionsgenerierung

1. function action(p : P) : A

2. begin

3. B := brf(B, p)

4. D := options(D, I)

5. I := filter(B, D, I)

6. return execute(I)

7. end function action

Agent Based Supply Chain Management

slide33

sensor

input

brf

beliefs

generate

options

desires

filter

intentions

action

action

output

Agent Based Supply Chain Management