ICAGENT: περιβάλλον ανάπτυξης νοημόνων πρακτόρων για δυναμικά και απρόβλεπτα περιβάλλοντα

Abstract

This thesis presents extended research on the development of intelligent collaborative agents for dynamic and unpredictable environments. In complex, resource bounded environments, agents face inherent limitations with respect to their perception, reasoning, performance and cooperation abilities: They cannot be fully aware of the changes that occur in their physical environment; the available time to compute responses is always limited and bounded to the time that they have until the resources get exhausted; they have to plan and to achieve their goals without exceeding environmental and own resources, and finally, they often need to collaborate with others to achieve better results.The main objective of the thesis is to present a generic framework called ICAGENT (Intelligent Collaborative Agents), for developing intelligent collaborative agents capable to act efficiently in dynamic and unpredictable environments. To overcome the above limitations, ICAGENT provides a framework for the development of resource bounded agents that are able to deliberate, to plan and to act with respect to its own, others’, and environment resources, adapting to unforeseen events and to newly detected facts, either individually or in collaboration with others. On the other hand, an agent needs to react to events/facts that provide opportunities for achieving its goals or to events/facts that may seriously affect its mission or missions of their collaborators. In either case, an agent developed in ICAGENT framework may perform individually or in conjunction with other agents balancing between individual reaction and deliberation as well as between social reaction (simple interaction) and social deliberation. In contrast to other frameworks and agent architectures where agents’ behaviour is determined by the mere mapping of domain actions to specific types of behaviours (layered architectures) without agents being able to adapt their behaviour selections to environmental changes, in ICAGENT framework agents’ behavioural adaptation is considered as a “tuning” process, with respect to the way several mental actions are performed. Therefore, the type of behaviour that is adopted by an agent, at a specific time point, is considered as a property that emerges as the agent performs, according to the perceived state of the environment, the occurring events, and to the agent’s mental state. ICAGENT framework (a) realizes a mental view of plan management and introduces a novel approach concerning the way an agent adapts its behaviour to environmental changes. Utilizing a BDI-based reasoning mechanism, mental actions are treated in coordination with the domain actions and their performance affects agents’ behaviour according to its beliefs and intentions, (b) enable agents to collaborate with each other establishing shared goals and developing shared plans following the SharedPlans model of collaborative activity, and (c) provides facilities for agents to exhibit helpful behavior to application users in a trustworthy manner. The ICAGENT framework has been realized a prototype and has been used for the development of collaborative agents for the dynamic environment Tileworld, as well as for developing intelligent collaborative applications’ interface agents.

Η παρούσα διατριβή παρουσιάζει εκτενή έρευνα σε θέματα που αφορούν την ανάπτυξη πρακτόρων για δυναμικά και απρόβλεπτα περιβάλλοντα. Σε σύνθετα περιβάλλοντα που η κατάστασή τους αλλάζει συνεχώς και με απρόβλεπτο τρόπο, οι πράκτορες δεν έχουν τη δυνατότητα να γνωρίζουν πλήρως τα γεγονότα που συμβαίνουν σε αυτά αλλά ούτε και τις ενέργειες που πραγματοποιούνται από άλλους πράκτορες, διότι ο χρόνος επεξεργασίας των πληροφοριών που λαμβάνουν από το περιβάλλον τους, καθώς και ο χρόνος που χρειάζονται για να σχεδιάσουν και να υλοποιήσουν τα πλάνα τους, είναι περιορισμένος από το χρόνο εξάντλησης των πόρων τόσο του περιβάλλοντος όσο και δικών τους. Αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι να παρουσιάσει ένα γενικευμένο πλαίσιο εργασίας (δηλαδή μίας αρχιτεκτονικής και ενός σύνολου δομών και διαδικασιών προγραμματισμού) ανάπτυξης νοημόνων συνεργατικών πρακτόρων (the ICAGENT framework) ικανών να δρουν αποτελεσματικά σε περιβάλλοντα δυναμικά και απρόβλεπτα. Για να μπορεί ένας πράκτορας να δρα αποτελεσματικά σε τέτοιου είδους περιβάλλοντα θα πρέπει να είναι ικανός να προσαρμόζει συνεχώς τη συμπεριφορά του στις αλλαγές του περιβάλλοντος και να συνεργάζεται με άλλους πράκτορες (ή/και με τον χρήστη) τόσο στο επίπεδο του σχεδιασμού των κοινών πλάνων όσο και κατά την υλοποίηση αυτών (εναλλάσσοντας συνεχώς τα δύο αυτά επίπεδα). Σε αντίθεση με άλλα πλαίσια εργασίας όπου η συμπεριφορά των πρακτόρων είναι αποτέλεσμα μιας απλής αντιστοίχησης ενεργειών σε συγκεκριμένους τύπους συμπεριφοράς χωρίς μετέπειτα δυνατότητα προσαρμογής αυτής στις αλλαγές του περιβάλλοντος, το πλαίσιο εργασίας ICAGENT δίνει τις κατάλληλες δομές και διαδικασίες για την ανάπτυξη πρακτόρων ικανών ν’ «ακολουθούν» τις αλλαγές του περιβάλλοντος προσαρμόζοντας το τρόπο με τον οποίο παρατηρούν το περιβάλλον τους, στοχάζονται (είτε μόνοι τους είτε σε συνεργασία με άλλους πράκτορες) και υλοποιούν τα πλάνα τους. Έτσι οι πράκτορες δρουν αποτελεσματικά ανάλογα με τους περιορισμούς και τις δυνατότητές που έχουν είτε ως άτομα ή ως ομάδες. Η συνεισφορά του πλαίσιου εργασίας ICAGENT έγκειται: (α) στο ότι εισάγει μία εναλλακτική ως προς άλλες αρχιτεκτονικές άποψη για το τρόπο με τον οποίο ένας πράκτορας προσαρμόζει τη συμπεριφορά του στις αλλαγές του φυσικού περιβάλλοντός μέσω ενός κοινού μηχανισμού χειρισμού των νοητικών ενεργειών που ελέγχουν το τρόπο με τον οποίο σχεδιάζει και υλοποιεί τα πλάνα του όσο και των ενεργειών που χρησιμοποιεί για την επίτευξη των στόχων του, (β) στη παροχή δυνατότητας ανάπτυξης πρακτόρων ικανών να συνεργάζονται μεταξύ τους αναπτύσσοντας κοινούς στόχους και πλάνα ακολουθώντας το μοντέλο συνεργασίας SharedPlans και (γ) στη παροχή δυνατότητας εδραίωσης σχέσεων εμπιστοσύνης μεταξύ συνεργαζόμενων μερών (για την παρούσα διατριβή μεταξύ χρηστών εφαρμογής λογισμικού και πρακτόρων διεπαφής) μέσω διαλόγων (κοινών πλάνων) που αναπτύσσονται από κοινού κατά τη διάρκεια της συνεργασίας. Το πλαίσιο εργασίας ICAGENT έχει αναπτυχθεί ως ένα πρότυπο σύστημα και έχει χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη συνεργατικών πρακτόρων για το περιβάλλον εξομοίωσης δυναμικών περιβαλλόντων Tileworld καθώς και για τη δημιουργία νοημόνων συνεργατικών πρακτόρων διεπαφής (collaborative interface agents) εφαρμογών λογισμικού. Η αρχιτεκτονική η οποία προτείνεται έχει υλοποιηθεί στη δηλωτική γλώσσα προγραμματισμού SWI-Prolog (multi-thread version), ενώ βασίζεται στη γνωσιακή επιστήμη και πιο συγκεκριμένα στη θεωρία προθετικών πρακτόρων (BDI Agents) και στο μοντέλο συνεργασίας SharedPlans των Barbara Grosz και Sarit Kraus.