Лекція 3. Поняття колективу в ТКП.
3.1. Визначення колективу агентів (багатоагентної системи).
Під колективом будемо розуміти розподілену децентралізовану систему, яка здатна змінювати свою структуру (самоорганізовуватись).
Розподіленість – обмеженість інформаційної взаємодії агентів (агенти можуть обмінюватись інформацією з порівняно невеликою обмеженою кількістю інших агентів в рамках наявної моделі інформаційної зв’язності). Наприклад, в межах заданого обмеженого радіусу видимості засобів зв’язку та детектування сусідніх агентів.
Децентралізованість – кожний агент самостійно приймає та реалізує рішення в умовах повної або часткової відсутності єдиного центру управління.
Самоорганізація – система здатна змінювати свою структуру в залежності від
- поставлених перед нею задач,
- змін в оточуючому середовищі та
- накопичених системою відомостей про ці зміни.
При цьому загальна мета самоорганізації полягає в отриманні нових функціональних можливостей більш високого порядку, ніж функціональні можливості окремого агента.
3.2. Основні характеристики колективу агентів.
1. Чисельність (розмір) колективу (N) – кількість окремих агентів, що складають колектив. Є чітка різниця між коллективами з надвеликою кількістю агентів (N > 1000) та порівняно малими колективами 10 < N < 100. Для їх дослідження та розробки використовують різні підходи. Як правило, розрізняють малі (N<10), середні (10<N<100), великі (100<N<0100) та надвеликі (N>1000) колективи.
2. Склад колективу - однорідний проти неоднорідного колективу. Це функція розподілу агентів колективу по окремих характеристиках їх функціональної структури. Наприклад, у різних агентів – різні набори доступних дій (різні можливості впливати на середовище). Граничний випадок: повністю однорідний колектив, коли всі характеристики функціональної схеми агентів однакові. Однорідний колектив привабливий тим, що достатньо розробити один алгоритм роботи агента, після чого розмножити його на потрібну кількість копій.
3. Зв’язність колективу – ступінь інтегрованості окремих агентів в єдину систему (колектив). В подальшому будемо розглядати інформаційну зв’язність, рахуючи що в інших аспектах (конструктивному, функціональному, енергетичному) агенти повністю автономні. Дві основні форми: несамовиявлений колектив (зв’язок між агентами відсутній) та самовиявлений колектив (є зв’язок між агентами).
3.3. Цільова функція колективу (world utility function).
Відображає попередню історію розвитку подій у колективну поведінку.
W(U)
AG: R > AD,
де AG = {agi}, i = 1,…,N – колектив агентів, R – множина усіх можливих скінчених послідовностей взаємодії агента з середовищем, AD = {Adi}, i = 1,…,N – колективна дія (сукупність дій всіх агентів колективу).
Задача колективу максимізувати значення функції W(u), яка залежить від дій усіх агентів. Приклади цільових функцій колективу:
формування правильних геометричних фігур у просторі (pattern formation),
перевезення вантажів, для яких потрібні зусилля декількох роботів-вантажників,
знищення максимальної кількості цілей в заданому районі,
як найшвидше проходження лабіринту,
проходження через мінне поле з найменшою кількістю втрат,
збирання найбільш повної інформації про об’єкт дослідження мобільними вимірювальними агентами (наукова тематика кафедри),
розподілення обчислювальних ресурсів програмними агентами і т.д.
3.4. Способи опису колективної поведінки.
Спосіб опису колективної поведінки визначає по-перше, яке представлення обрано для функції W(u), і по-друге, який підхід обрано для її аналізу та синтезу. Найбільш розповсюджені способи опису колективної поведінки:
Функціональний аналіз.
Марківські випадкові процеси.
Теорія автоматів.
Теорія ігор.
Теорія статистичних рішень.
Логіка предикатів.
В рамках обраного способу розробляються
- моделі колективної поведінки (МКП),
- критерії ефективності колективної поведінки
- тестові задачі (Task Environments).
3.5. Основна проблема ТКП.
Розробник колективу агентів отримує від замовника інформацію про цільову функцію колективу. Після цього він шукає спосіб відображення цільової функції колективу у цільові функції окремих агентів.
W(u) > {?i(u)}; i = 1,…,N
?i(u) можуть бути різними (неоднорідний колектив). Більш складна задача відобразити W(u) у набір однакових цільових функцій агентів:
W(u) > {?(u)}
Якщо вигляд W(u) відомий, то вирішується задача самонавчання (зміна параметрів функцій). В іншому випадку W(u) – функціонал. Вирішується задача самоорганізації, пошуку вигляду W(u).