מטרת מערכות ריבוי סוכנים (MAS) היא לתאם תהליכים עצמאיים. סוכן הוא ישות מחשב בצורה של תוכנית או רובוט. סוכן יכול להיחשב אוטונומי מכיוון שהוא מסוגל להסתגל כאשר הסביבה שלו משתנה. MAC מורכב מקבוצה של תהליכי מחשב המתרחשים באותו זמן ומתקיימים בו זמנית, חולקים משאבים משותפים ומתקשרים זה עם זה. הבעיה המרכזית ב-MAC היא הפורמליזציה של התיאום בין הסוכנים.
הגדרת מערכות ריבוי סוכנים
MAC היא גישה צופה פני עתיד לפיתוח תוכנה עבור יישומים בתחומים מורכבים שבהם רכיבי יישומים המקיימים אינטראקציה הם אוטונומיים ומפוזרים, פועלים בסביבות דינמיות וחסרות ודאות, חייבים לציית לכללים ולחוקים ארגוניים, ויכולים להצטרף ולעזוב מערכת מרובת סוכנים במהלך זמן ריצה.
דוגמאות ליישומים כאלה הם מערכות שלנהל ולייעל את ייצור וחלוקת החשמל בין צרכנים או מערכות המתכננות בצורה מיטבית עומסים במערכות תחבורה. פיתוח מערכות מרובות סוכנים מחייב יצירת סוכנים, ארגונים וסביבות נפרדות.
שפות תכנות מספקות מבני תכנות ליישום סוכנים בודדים במונחים של מושגים חברתיים וקוגניטיביים כמו מידע, מטרות, אפשרויות, נורמות, רגשות וכללי החלטה.
לארגונים מרובי סוכנים מבחינת מושגים חברתיים וארגוניים יש תפקידים, שניחנים בנורמות, פרוטוקולי תקשורת, משאבים הכפופים לניטור. שפות התכנות והמסגרות שפותחו משמשות ליצירת סימולציות מבוססות סוכנים עבור תעשיות רבות של ייצור רציף: חשמל, מתכות, שירותי בריאות, אינטרנט, תחבורה, ניהול תעבורה ומשחקים רציניים.
MAS שונה ממערכות של סוכן יחיד בכך שיש להן מספר סוכנים שמדגמים זה את המטרות והפעולות של זה. בתרחיש כללי, עשויה להיות אינטראקציה ישירה בין סוכנים. מנקודת מבטו של סוכן יחיד, מערכות מרובות סוכן שונות באופן משמעותי ממערכות עם סוכן בודד בכך שניתן לקבוע את הדינמיקה של הסביבה על ידי גורמים אחרים. בנוסף לאי הוודאות שיכולה להיות טבועה בתחום, סוכנים אחרים משפיעים בכוונה על הסביבה בדרכים בלתי צפויות.
לכן, כל מכשירי ה-MAC יכולים להיחשב כבעלי סביבות דינמיות, מה שאופייני למודרנימערכות מרובות סוכנים. יכול להיות כל מספר של סוכנים עם דרגות שונות של הטרוגניות, עם או בלי אפשרות לתקשורת ישירה.
MAS architecture
סוכנים חייבים להיות מצוידים במודל קוגניטיבי:
- beliefs;
- wishes;
- intentions.
מחד, הוא קורא "אמונות" על הסביבה, שהן תוצאה של הידע והתפיסות שלו, ומצד שני, סט של "רצונות". חציית שתי הקבוצות הללו מביאה לקבוצה חדשה של "כוונות" שמתורגמות ישירות לפעולות.
לסוכנים חייבת להיות מערכת תקשורת. ישנן מספר שפות מיוחדות למטרה זו: Language Query ו-Manipulation Language (KQML). לאחרונה הופץ תקן FIPA-ACL, שנוצר על ידי קרן FIPA עבור סוכנים פיזיים חכמים. עקרון אחרון זה של בניית מערכות מרובות סוכנים מבוסס על התיאוריה של מעשי הדיבור.
בעיית ההסתגלות היא סוגיה קוצנית שכיום מושא מחקר רב. אפשר לתת דוגמה לכמה וירוסים, ביולוגיים ומחשבים, המסוגלים להסתגל לסביבה מוטנטית.
לבסוף, הטמעה יעילה של ה-MAC, אם כי לא בהכרח חלק מארכיטקטורת המערכת, ראויה לתשומת לב בשפות התכנות הרבות שפותחו לחקר בינה מלאכותית. במיוחד מוזכרת שפת LISP. אלמנטים ארכיטקטוניים אלה מיושמים על מערכת המורכבת מקוגניטיביתסוכנים.
קטגוריות או דגמים של סוכנים
סיווג הסוכנים מבוסס על שני קריטריונים: סוכנים קוגניטיביים או ריאגנטים שמפגינים, מצד אחד, התנהגות טלאונומית, או רפלקס. ההבחנה שניתן לעשות בין קוגניטיבי לתגובתי היא בעצם ייצוג של העולם הזמין לסוכן. אם אדם ניחן ב"ייצוג סמלי" של העולם שממנו הוא יכול לנסח היגיון, אז מדברים על סוכן קוגניטיבי, ואילו אם יש לו רק "ייצוג סמלי", כלומר מוגבל לתפיסותיו, אחד מדבר על חומר תגובתי. הבחנה קוגניטיבית ותגובתית זו תואמת לשתי אסכולות תיאורטיות של מערכות מרובות סוכנים.
הראשון תומך בגישה הבסיסית של סוכנים "חכמים" לשיתוף פעולה מנקודת מבט סוציולוגית. בשנייה, נחקרת האפשרות של הופעת התנהגות "חכמה" של קבוצה של סוכנים לא אינטליגנטיים (סוג נמלים). ההבדל השני בין התנהגות התנהגותית לרפלקס מפריד בין התנהגות מכוונת, חתירה למטרות מפורשות, לבין התנהגות תפיסתית. לפיכך, הנטיות של סוכנים יכולות להתבטא במפורש בסוכנים או להיפך להגיע מהסביבה. טבלה המקבצת סוגים שונים של סוכנים:
- סוכנים קוגניטיביים.
- סוכנים ריאקטיביים.
- התנהגות טלנומית.
- סוכנים מכוונים.
- סוכנים מנוהלים.
- התנהגות רפלקסית.
- סוכנים "מודולים".
- סוכנים טרופיים.
סוכנים קוגניטיביים הם בעיקר מכוונים, כלומר.יש להם יעדים קבועים שהם מנסים להשיג. עם זאת, לפעמים משתמשים בסוכנים הנקראים מודולים, שיש להם מושג על ה"יקום" שלהם ללא מטרות ספציפיות. הם יכולים לשרת, למשל, כדי לענות על שאלות מסוכנים אחרים ב"יקום".
ניתן לחלק ריאגנטים למפעילים ולסוכנים טרופיים. לסוכן האינסטינקטיבי תהיה משימה קבועה והוא יפעיל התנהגות אם יראה שהסביבה כבר לא מתאימה למטרה שהוקצתה לה. סוכן טרופי מגיב רק למצב המקומי של הסביבה, למשל אם יש אור, אז הוא פועל. מקור המוטיבציה במקרה הפנימי של סוכני מניע שיש להם "שליחות" מתייחס רק לסביבה.
פרדיגמות ארגוניות
עם הפיתוח של מערכות כאלה, פותחו פרדיגמות ארגוניות שונות. מבנים אלה של מערכות מרובות סוכנים קובעים את המסגרת למערכות יחסים ואינטראקציות בין סוכנים.
היררכיות. במודל זה, הסוכנים הינם היררכיים לפי מבנה עץ שבו כל צומת הוא סוכן ויש לו קישור הרשאה בצמתי הצאצא שלו. מודל זה הורס את המטרה הכוללת של המערכת.
הולרכיה מתקרבת להיררכיה. אין קשרי סמכות בין סוכן לבין תת-הקבוצה שלו.
קואליציה היא ברית זמנית של סוכנים שמתכנסים ומשתפים פעולה כי האינטרסים האישיים שלהם נפגשים. הערך של הקואליציה חייב להיות גדול מסכום הערכים הבודדים של מרכיבי הסוכן.
קהילות דומות מאוד לקואליציות ופקודות. עם זאת, הם נועדו להיות קבועים ובדרך כלל יש להם מטרות מרובות להשיג. בנוסף, סוכנים יכולים להיכנס ולצאת מקהילות ולהשתייך לכמה בו-זמנית.
Society היא קבוצה של סוכנים מגוונים המקיימים אינטראקציה ומתקשרים. יש להם מטרות שונות, אין להם אותה רמת רציונליות ואותן יכולות, אבל כולם מצייתים לחוקים (נורמות) משותפים.
סוכני הפדרציה נותנים חלק מהאוטונומיה שלהם לנציג הקבוצה שלהם. סוכני הקבוצה מקיימים אינטראקציה רק עם הנציג שלהם, אשר בתורו מקיים אינטראקציה עם נציגים מקבוצות אחרות.
סוכני מכירות מציעים פריטים שסוכני הקונים יכולים לתבוע. סוג זה של ארגון מאפשר, למשל, לדמות שווקים אמיתיים ולהשוות אסטרטגיות מסחר שונות.
סוכני ארגון מטריקס הם היררכיים. עם זאת, בניגוד להיררכיה שהוצגה לעיל, שבה סוכן כפוף רק לכמה סוכנים אחרים, אלה בארגון מטריקס אחד עשויים להיות כפופים לכמה אחרים.
שילובים - ארגון משולב זה מערבב רבים מהסגנונות שלמעלה. זה יכול להיות, למשל, קואליציה או היררכיה של צוותים.
בינה מלאכותית
מטרת מדע הקוגניציה היא להבין את טבעה ואת פעולתה של בינה מלאכותית, שהיא מה שמעבד מידע פנימי כדי להפוך אותו לתכליתי. מושגים רבים מתאימים לתיאור זה: בני אדם, מחשבים, רובוטים, מערכות חישה,הרשימה אינסופית. סוג אחד של מערכת שמעניין במיוחד מדעני קוגניציה הוא הסוכן העצמי המלאכותי הפועל על מידע.
סוכן אינטליגנטי (IA) מסוגל לקבל החלטות על סמך הניסיון שלו ויכול לבחור פעולות במצבים שונים. כפי שהמונח "מלאכותי" מרמז, סוג של סוכני עניין אוטונומיים אינו משהו שנוצר על ידי הטבע. לכן, סוכן מלאכותי הוא כל מה שנוצר על ידי אנשים, המסוגל לפעול על בסיס המידע שהוא קולט, החוויות שלו, ההחלטות והפעולות שלו.
תחום האינטליגנציה החוץ-טבעית מספק את הכישורים הטכניים לתרגם סוגי סוכנים רצויים לשפת תכנות, תוכנה קשורה וארכיטקטורה מתאימה (חומרה ותוכנה קשורה) כדי ליישם את הסוכן בעולם האמיתי או המדומה.
סביבה של עולם התפיסה
סוכן הוא כל דבר שמקבל את הסביבה באמצעות חיישנים ופועל עליה באמצעות אפקטורים, מה שנשמע פשוט מספיק. הגדרה זו של סוכן מכסה מגוון רחב של מכונות, מתרמוסטטים ועד חפצים שבאמת יכולים ללמוד רפרטואר קטן של התנהגות.
חיישנים הם כלים המשמשים סוכן לאיסוף מידע על העולם שלו. המקלדת ומצלמת הווידאו יכולים לעבוד כחיישנים אם הם משויכים לסוכן. בתום תגובת המערכת, המבצעים הם הכלים בהם משתמש הסוכן להשפעה על הסביבה. דוגמאות לאפקטורים הםצג, מדפסת וזרוע רובוטית.
בדרך כלל הסביבה היא התחום או עולמו של הסוכן. יש להגביל את התחומים הללו, לפחות לעת עתה, לסוגים ספציפיים של מצבים כדי להימנע מהאפשרויות הבלתי מוגבלות של העולם היומיומי.
מערכת השפעה אוטונומית
סוכן אוטונומי הוא "מערכת בתוך וחלק מסביבה שתופסת את הסביבה ופועלת על פיה לאורך זמן על מנת לבצע את האג'נדה שלה וכדי להשפיע על מה שהיא חווה בעתיד". הגדרה זו של פרנקלין וגרייסר משקפת את כל הפונקציות הבסיסיות של סוכנים אינטליגנטים, מלבד החברותיות שלהם. זה מספק הערכה טובה של התכונות העיקריות של המגוון הרחב של AI בפיתוח.
סוכנים כאלה מרגישים את הסביבה שלהם. אבל כאן נתונים או תפיסות חושיות כוללים לא רק נתונים על אובייקטים אחרים, אלא גם את השפעת הסוכן עצמו על מצב העניינים בסביבה. חיישנים יכולים להיות אורגניים, כמו עיניים ואוזניים והמעבדים העצביים שלהם, או מלאכותיים, כמו מעבדי וידאו ואודיו המוטמעים במחשב דיגיטלי. הסביבה יכולה להיות אזור מוגבל מאוד, כמו חלל סגור, או מורכב מאוד, כמו בורסה או אוסף של אסטרואידים. חיישנים חייבים להתאים לסוגי האובייקטים שאיתם הסוכן מקיים אינטראקציה.
סוג רפלקס של אינטראקציה
לסוכן המשקף יש מנגנון מורכב יותר. במקום דינמיקה ישירהביחס לאיכות הסביבה, הוא מחפש מה עליו לעשות ברשימת הכללים. סוכן הרפלקס מגיב לתפיסה נתונה בתגובה מתוכנתת. גם אם יש אלפי תגובות אפשריות לתפיסה נתונה, לסוכן יש רשימה מובנית של כללי פעולה במצב כדי לבצע את התגובות שכבר נשקלו על ידי המתכנת. כלל הפעולה במצב הוא בעצם ציווי היפותטי.
סוכני רפלקס הם באמת לא מבריקים במיוחד. הם פשוט לא יכולים להתמודד עם החידוש. הסוכן האינטליגנטי מכיל את התכונות של בני דודיו הפחות מתוחכמים, אך אינו מוגבל באותה מידה. הוא פועל לפי סדר היום. יש לה קבוצה של מטרות שהיא רודפת אחריהן באופן פעיל. לסוכן מבוסס היעד יש הבנה של המצב הנוכחי של הסביבה וכיצד הסביבה הזו פועלת בדרך כלל. הוא רודף אחר אסטרטגיות או מטרות עיקריות שלא ניתן להשיג באופן מיידי. זה הופך את הסוכן לפעיל, לא רק לתגובתי.
כלי שירות פונקציונלי יעד
בסוכנים מורכבים יותר, מוחל אמצעי ניקיון על הפעולות השונות האפשריות שניתן לבצע בסביבה. מתזמן מורכב זה הוא סוכן מבוסס שירות. הסוכן מבוסס השירות יעריך כל תרחיש כדי לראות עד כמה הוא משיג קריטריונים מסוימים להשגת תוצאה טובה. דברים כמו הסבירות להצלחה, המשאבים הדרושים להשלמת התרחיש, חשיבות המטרה שיש להשיג, הזמן שזה ייקח, כולם יכולים להילקח בחשבון לחישובי פונקציית השירות.
בגללמכיוון שמתכנת לא יכול לחזות בדרך כלל את כל המצבים בעולם שסוכן יתקל בהם, מספר הכללים שיהיה צורך לכתוב עבור סוכן רפלקס יהיה אסטרונומי אפילו בתחומים פשוטים מאוד כמו תזמון פגישות או ארגון נתיבי תחבורה ואספקה.
לולאת שליטה בסיסית
בהתחשב בהגדרה של סוכן אינטליגנטי, שקול את לולאת הבקרה הבסיסית שנכתב על ידי תיאורטיקן הסוכנים מייקל וולדריץ' בשנת 2000:
- שמור על שלום;
- עדכון מודל עולם פנימי;
- להשיג כוונה מכוונת;
- השתמש באמצעים/מטרות כדי לקבל תוכנית לכוונות;
- ביצוע התוכנית;
- לסיים את התהליך.
התבנית הזו דורשת פרשנות מסוימת. הסוכן מתבונן בעולם - זה אומר שהוא, באמצעות החיישנים שלו, אוסף תפיסות. החיישן עשוי להיות מקלדת המחוברת למחשב דיגיטלי או מעבד חזותי המחובר לרובוט. זה יכול להיות כל דבר שמאפשר לסוכן לאסוף ייצוגים של העולם. עדכון המודל הפנימי אומר שהסוכן מוסיף תפיסה חדשה לרצף התפיסות שלו ומידע מתוכנת על העולם.
פלטפורמות פיתוח ריבוי סוכנים
AnyLogic היא תוכנת הדמיית CORMAS מרובת סוכנים ורב-רכיבים בקוד פתוח המבוססת על שפת התכנות מונחה עצמים SmallTalk.
DoMIS הוא כלי עיצוב מערכות מרובה סוכנים המתמקד ב"שליטה תפעולית של מערכות מורכבות" ומבוסס על שיטת התכנון B-ADSC.
JACK היא שפת תכנות וסביבת פיתוח עבור סוכנים קוגניטיביים שפותחה על ידי Agent Oriented Software כהרחבה מוכוונת סוכן של שפת Java.
GAMA היא פלטפורמת מודלים בקוד פתוח (LGPL) המציעה סביבת דוגמנות מבוססת סוכנים מפורשת במרחב המשתמשת בנתוני GIS כדי לתאר סוכנים וסביבתם.
JADE (Java Agent DEVELOPMENT) היא מסגרת פיתוח מרובה סוכנים בקוד פתוח המבוססת על שפת Java.
שבעה דגמים מהסטנדרט
בתהליך האבולוציוני של המחקר, יש יותר מידע כיצד ליצור מערכת אמינה ומייצגת רמה גבוהה יותר של איכות. המגמה להמשיך היא להשלים או להרחיב שיטות קיימות שהצליחו לגבש את קבלת ההחלטות בתוך הפיתוח.
התקן המתודולוגי מאפשר, בצורה מובנת ופשוטה, ליצור MAC, לא רק בשפה טבעית, אלא גם באמצעות תבניות תיאור המסייעות במפרט המערכת.
התקן המתודולוגי מציע שבעה מודלים של בעיות או הפתרונות שלהם לבניית MAC:
- מודל תרחיש המתאר חברה או ארגון.
- מודל היעדים והיעדים מגדיר ומתאר את המבנה האורגני.
- מודל הסוכן מגדיר בני אדם ומערכות אוטונומיות.
- המודל לחיקוי משייך יעדים ויעדים לסוכן מסוים.
- המודל הארגוני מתאר את הסביבה שאליה משויך סוכן בודד.
- מודל האינטראקציה מתאר את מערכת היחסים, תוך שימת דגש על תיאום הסוכנים שלהם.
- מודל העיצוב מגדיר את ארכיטקטורת הסוכן והרשת.
דוגמאות לאינטראקציה בין סוכנים
MAS משמשים כדי לדמות את האינטראקציה בין סוכנים אוטונומיים. השימוש במערכות מרובות סוכנים, למשל, בסוציולוגיה מאפשר להגדיר פרמטרים של הסוכנים השונים המרכיבים את הקהילה. על ידי הוספת אילוצים, אתה יכול לנסות להבין מה יהיה הרכיב היעיל ביותר להשגת התוצאה הצפויה. עליהם להתנסות בתרחישים שלא יהיו ניתנים להשגה על ידי אנשים אמיתיים, מסיבות טכניות או אתיות.
Distributed IA נוצר כדי לפתור את המורכבות של תוכניות בינה מונוליטיות גדולות שאינן טבעיות - ביצוע, הפצה ובקרה ריכוזית. כדי לפתור בעיה מורכבת, לפעמים קל יותר ליצור תוכניות קטנות יחסית (סוכנים) בשיתוף פעולה מאשר תוכנית מונוליטית אחת גדולה. האוטונומיה מאפשרת למערכת להסתגל באופן דינמי לשינויים בלתי צפויים בסביבה.
דוגמאות למערכות ריבוי סוכנים בתעשיית המשחקים הן רבות ומגוונות. הם משמשים במשחקי וידאו וסרטים, כולל תוכנת MASSIVE, למשל כדי לדמות תנועת קהל בטרילוגיית שר הטבעות. הם עשויים גםבשימוש על ידי חברות, למשל, כדי לעקוב אחר התנהגות הלקוחות הגולשים באתרים.
MAS משמשים גם בעולם הפיננסים. לדוגמה, פלטפורמת MetaTrader 4 מאפשרת שימוש בסוכנים מומחים במסחר אוטומטי העוקבים אחר שיעורי המט ח
היתרונות של השימוש במערכת
במחקר IA, טכנולוגיית מערכות מבוססות סוכנים אומצה כפרדיגמה חדשה להמשגה, עיצוב והטמעה של מערכות תוכנה. היתרונות של גישת ריבוי MAS:
- חולק משאבי מחשוב ויכולות ברשת של סוכנים מחוברים.
- מאפשר חיבור ותפעול הדדי של מספר מערכות קיימות מדור קודם.
- מכסה תחומים שונים כולל תחזוקת מטוסים, ארנקי ספרים אלקטרוניים, פינוי מוקשים צבאי, תקשורת ותקשורת אלחוטית, תכנון לוגיסטי צבאי, מערכת ניהול שרשרת אספקה, תכנון משימות שיתופי, ניהול תיקים פיננסיים.
במחקר, טכנולוגיית IA למערכות מבוססות סוכנים אומצה כפרדיגמה חדשה להמשגה, עיצוב, הטמעה ולמידה מרובה סוכנים של מערכות תוכנה.
לכן, MAC היא רשת משולבת באופן רופף של סוכני תוכנה המקיימים אינטראקציה כדי לפתור בעיות מעבר ליכולת או הידע האישי של כל יצרן בעיות.
