IA Distribuída

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Apresentação geral sobre IA Distribuída, suas classificações (agentes inteligentes, sistemas multiagentes) e aplicações

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  • IA Distribuída

    1. 1. Inteligência Artificial IA Distribuída Rafael Rosario [email_address] [email_address]
    2. 2. IA Clássica x IA Distribuída (I) <ul><li>Inteligência Artificial Clássica – IA: </li></ul><ul><ul><li>Inteligência : comportamento humano individual. Origem psicológica ; </li></ul></ul><ul><ul><li>Representação do conhecimento (simbólica, neuronal); </li></ul></ul><ul><ul><li>Redução do espaço de busca / Analogias; </li></ul></ul>
    3. 3. IA Clássica x IA Distribuída (II) <ul><li>Inteligência coletiva : porque pensar a inteligência como propriedade de um único indivíduo? </li></ul><ul><li>Não existe inteligência em: </li></ul><ul><ul><li>um time de futebol? </li></ul></ul><ul><ul><li>um formigueiro? </li></ul></ul><ul><ul><li>uma empresa? </li></ul></ul><ul><ul><li>na sociedade? </li></ul></ul>
    4. 4. IA Distribuída <ul><li>Inteligência Artificial Distribuída – IAD: </li></ul><ul><ul><li>Inteligência : comportamento social . </li></ul></ul><ul><ul><li>Origem sociológica e etologia ; </li></ul></ul><ul><ul><li>Cooperações, interações e fluxo de conhecimento; </li></ul></ul><ul><ul><li>Inteligência coletiva; </li></ul></ul>
    5. 5. IA Distribuída - Conceito <ul><li>Sistemas de Inteligência Artificial Distribuída são a classe de sistemas que permite a vários processos autônomos , chamados agentes, realizarem atos de inteligência global . </li></ul><ul><li>Os agentes utilizam somente processamento local e comunicação inter-processos. </li></ul><ul><li>A meta dos sistemas IAD é poder coordenar atividades de grupo resolvendo problemas que os sistemas compartilham - totalmente ou em parte. </li></ul>
    6. 6. Benefícios IAD (I) <ul><li>Os benefícios da IAD são similares aos benefícios derivados de ter um grupo de pessoas trabalhando juntas para resolver problemas. </li></ul><ul><li>Problemas que são muito extensos para um só especialista resolver, pode ser resolvido por um grupo; </li></ul>
    7. 7. Benefícios IAD (II) <ul><li>Mais Poder de Computação e Hardware mais barato; </li></ul><ul><li>Maior Segurança e Tolerância a Falhas; </li></ul><ul><li>Mais agilidade na resolução de sistema com a aplicação do paralelismo; </li></ul><ul><li>Múltiplas Perspectivas; </li></ul><ul><li>Melhor performance em problema com vários domínios e que podem envolver dados fisicamente distribuídos. </li></ul>
    8. 8. Paralelismo <ul><li>Nove autores são capazes de escrever um livro mais rápido que somente um autor sozinho. </li></ul><ul><li>Mas nove mulheres grávidas não conseguem dar a luz a um filho mais rápido que uma sozinha. </li></ul>
    9. 9. Paralelismo – Prolog (I) <ul><li>No Prolog temos casos em que o paralelismo ajuda , e outros não : </li></ul><ul><ul><li>Algumas cláusulas OU podem ser executas em paralelo, juntando o resultado final; </li></ul></ul><ul><ul><li>Da mesma forma, algumas cláusulas E podem ser executadas em paralelo; </li></ul></ul><ul><ul><li>Outras cláusulas que compartilham variáveis não podem ser satisfeitas independentemente . </li></ul></ul>
    10. 10. Paralelismo – Prolog (II) <ul><li>Identifique quais das cláusulas abaixo podem ser executadas em paralelo ou não, e porque: </li></ul><ul><li>tio (X,Y): - mae (Z,Y), irmaos (X,Z); </li></ul><ul><li>tio (X,Y):- pai (Z, Y), irmaos (X,Z); </li></ul><ul><li>rico(X):- rendaAlta(X), semDívidas(X), patrimonio(X); </li></ul><ul><li>avo(X,Y):- genitor(X,Z), genitor (Z, Y); </li></ul>
    11. 11. Agentes (I) <ul><li>Um agente inteligente é uma peça de software que executa uma determinada tarefa empregando informação extraída de seu ambiente . </li></ul><ul><li>Podem ser entidades reais ou virtuais imersas num ambiente sobre o qual são capazes de agir . </li></ul><ul><li>Diferem das noções estáticas tais como módulos, conjunto de regras e bases de conhecimentos. </li></ul><ul><li>Juntos , agentes resolvem problemas complexos . </li></ul>
    12. 12. Agentes (II) <ul><li>Inspiração biológica : cada agente contribui para o todo. </li></ul><ul><li>O comportamento individual pouco conta, importa o comportamento coletivo; </li></ul><ul><li>“ O resultado final é maior que a soma das partes” </li></ul>
    13. 13. Agentes (III) <ul><li>Exemplo: </li></ul><ul><li>Molécula de água, H 2 O : 2 átomos de hidrogênio e 1 átomo de oxigênio; </li></ul><ul><li>Hidrogênio e oxigênio são inflamáveis; </li></ul><ul><li>A água apaga o fogo. </li></ul><ul><li>O todo tem propriedades que as partes não possuem. </li></ul>
    14. 14. Agentes - Características <ul><li>Autonomia - escolhe a ação a tomar baseado mais na própria experiência do que no conhecimento embutido pelo projetista. </li></ul><ul><li>Reatividade - reage aos estímulos do ambiente. </li></ul><ul><li>Proatividade - além de responder a estímulos, exibe um comportamento de prever como atingir ou evitar um determinado estado ou objetivo . </li></ul><ul><li>Comunicação - troca informações com o ambiente e com os outros agentes ; </li></ul>
    15. 15. IAD – Sub-áreas <ul><li>A IAD pode ser dividida em duas áreas de pesquisa : </li></ul><ul><li>Resolução Distribuída de Problemas (Distributed Problem Solving - DPS) </li></ul><ul><li>Sistemas Multiagentes (Multiagent Systems - MAS) </li></ul>
    16. 16. Resolução Distribuída de Problemas (I) <ul><li>Se caracteriza por ter como objeto principal o problema a ser resolvido: </li></ul><ul><li>Problemas que requerem “esforço coletivo ”; </li></ul><ul><li>Distribuição de tarefas ; </li></ul><ul><li>Distribuição de conhecimento (resultados); </li></ul>PROBLEMA SOLUÇÃO AGENTES EXECUÇÃO
    17. 17. Resolução Distribuída de Problemas (II) <ul><li>Motivações: </li></ul><ul><li>Velocidade da resolução do problema: </li></ul><ul><ul><li>Ex.: distribuição de uma aplicação em várias máquinas; </li></ul></ul><ul><li>Especialização inerente ao problema: </li></ul><ul><ul><li>Ex.: monitoramento de uma grande área geográfica; </li></ul></ul><ul><li>Necessidade dos resultados serem distribuídos : </li></ul><ul><ul><li>Ex.: Entrega distribuída. </li></ul></ul>
    18. 18. Resolução Distribuída de Problemas (III) <ul><li>Exemplo: Contract Net </li></ul>
    19. 19. Sistemas Multiagentes (I) <ul><li>“ Sistemas Multiagentes (SMA) são sistemas compostos por múltiplos elementos computacionais interativos ( agentes ). </li></ul><ul><li>Agentes possuem duas habilidades fundamentais: </li></ul><ul><li>(1) decidir por si próprios o que devem fazer para satisfazer seus objetivos de projeto e </li></ul><ul><li>(2) interagir com outros agentes de forma social (...)”. </li></ul><ul><li>(Michael Wooldridge, 2002) </li></ul>
    20. 20. Sistemas Multiagentes (I) <ul><li>Agentes podem preexistir ao problema. </li></ul><ul><li>Cada agente possui informação e/ou capacidades incompletas . </li></ul><ul><li>Não há um sistema de controle global . </li></ul><ul><li>Dados descentralizados . </li></ul><ul><li>Computação assíncrona . </li></ul>AGENTES PROBLEMA SOLUÇÕES EXECUÇÃO
    21. 21. SMA – Classificação (I) <ul><li>Reativos - consideram as informações correntes (momento) do ambiente para sua tomada de decisão, eles não têm &quot;memória&quot; para armazenar vivências . </li></ul><ul><li>Cognitivos - cognitivos podem aprender com suas experiências e são deliberativos (planejam e excetuam planos criados por eles). </li></ul>
    22. 22. SMA – Classificação(II) <ul><li>Para refletir: </li></ul><ul><li>Por não terem memória, os agentes reativos são mais fáceis de implementar? </li></ul><ul><li>Os agentes abaixo são reativos ou cognitivos? </li></ul><ul><ul><li>Jogos Computadorizados? </li></ul></ul><ul><ul><li>Patrulhamento robotizado? </li></ul></ul><ul><ul><li>Vôo não tripulado? </li></ul></ul>
    23. 23. SMA Reativos <ul><li>Baseados nos modelos etológicos (formigas, cupins,...): </li></ul><ul><ul><li>Estímulo-Resposta ou Ação-Reação ; </li></ul></ul><ul><ul><li>Grande número de agentes (até milhares ); </li></ul></ul><ul><ul><li>Não há Representação do Conhecimento ; </li></ul></ul><ul><ul><li>Não há Representação do Ambiente ; </li></ul></ul><ul><ul><li>Não há Memória das Ações. </li></ul></ul><ul><li>Usados para: Recuperação de Informações (redes de computadores) e Telecomunicações (reconfiguração do sistema), entre outros. </li></ul>
    24. 24. SMA Cognitivos <ul><li>Baseados nos modelos sociais humanos: </li></ul><ul><ul><li>Representação explícita do ambiente e dos outros agentes da sociedade ; </li></ul></ul><ul><ul><li>Poucos agentes (dezenas no máximo); </li></ul></ul><ul><ul><li>Histórico das interações para planejamento das ações futuras ; </li></ul></ul><ul><ul><li>Comunicação com outros agentes de modo direto ; </li></ul></ul>
    25. 25. Comunicação e Padronização(I) <ul><li>Com a distribuição dos processos, surge o problema da padronização : </li></ul><ul><ul><li>Linguagem de comunicação entre os agentes; </li></ul></ul><ul><ul><li>Forma de representação do conhecimento; </li></ul></ul><ul><li>Solução: </li></ul><ul><ul><li>Base de dados comun aos processos; </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Diminui a comunicação inter-processos; </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Cada agente busca e grava dado na base. </li></ul></ul></ul>
    26. 26. Comunicação e Padronização(II) <ul><li>Sistema de quadro-negro ( blackboard ): </li></ul><ul><ul><li>Repositório que armazena o conhecimento do problema e o estado da solução ; </li></ul></ul><ul><ul><li>As fontes de conhecimento (KSs) resolvem suas partes e devolvem os dados ao blackboard; </li></ul></ul><ul><ul><li>Um sistema de controle ( Agenda ) coordena as atividades das KSs ( inserções no blackboard). </li></ul></ul>
    27. 27. Aplicações (I) <ul><li>Primeiro Vôo Não Tripulado (UAV) totalmente autônomo – Melbourne, Australia (jul/04): </li></ul><ul><ul><li>O avatar foi guiado pelo sistema JACK de IAD; </li></ul></ul><ul><ul><li>O agente on-board escolheu a melhor rota para voar avaliando em tempo real variáveis como velocidade (ar e terra), tempo e posição (GPS) ; </li></ul></ul>
    28. 28. Aplicações (II) <ul><li>Robocup – copa do mundo de futebol de robôs : </li></ul><ul><ul><li>5 robôs em cada time; </li></ul></ul><ul><ul><li>O time da Austrália utilizou o JACK em cada um dos robôs; </li></ul></ul><ul><ul><li>Cada jogador é autônomo , mas tem comportamento coletivo ; </li></ul></ul>
    29. 29. Aplicações (III) <ul><li>Recomposição da rede de transmissão de energia elétrica da região sul do Brasil, após um “ blackout ”. </li></ul><ul><li>Usa o Expert-Coop: ambiente para desenvolvimento de SMA cognitivos, heterogêneos e abertos. </li></ul><ul><li>Cada unidade da rede de transmissão de energia elétrica possui seu próprio domínio de conhecimento sobre os equipamentos e procedimentos operacionais. </li></ul><ul><li>As unidades se comunicam através de um mail box, e abrem “ licitações ” de tarefas. Ex.: ajudar a suportar uma sobrecarga de demanda. </li></ul>
    30. 30. Aplicações (IV) <ul><li>Um dos agentes da comunidade necessita realizar uma atividade cooperativa, abre uma licitação e difunde na comunidade o respectivo edital ; </li></ul><ul><li>Os demais agentes da comunidade respondem com propostas, aceitando ou rejeitando a realização da tarefa licitada; </li></ul><ul><li>Cada uma das propostas para realizar a tarefa licitada, possui um valor numérico associado ( Grade ); </li></ul><ul><li>Recebidas as propostas , a de maior Grade vence. </li></ul>
    31. 31. Aplicações (V) <ul><li>Outras (várias) aplicações: </li></ul><ul><li>Agentes de busca na internet; </li></ul><ul><li>Controle espaçonaves ( Deep Space 1); </li></ul><ul><li>Controle de tráfico aéreo; </li></ul><ul><li>Games; </li></ul><ul><li>Compra e Venda on-line via Internet; </li></ul>
    32. 32. What is next? <ul><li>Exercício: Pesquisar e apresentar sobre uma aplicação ou plataforma de desenvolvimento IAD. Sugestões: </li></ul><ul><ul><li>SeSAm : ambiente para desenvolvimento de Simulação Multiagentes ( http://www.simsesam.de/ ); </li></ul></ul><ul><ul><li>Cougaar : arquitetura que suporta aplicações distribuídas baseadas em agentes ( http://cougaar.org/ ) </li></ul></ul><ul><ul><li>Outras: JADE, Aglets, Jason, LGPL </li></ul></ul><ul><ul><li>Vôos não tripulados e outros ( http://www.aosgrp.com/applications/index.html ) </li></ul></ul><ul><ul><li>STI – Artigo sobre Sistemas tutores inteligentes e agentes inteligente: http://www.edukbr.com.br/colunas/artigo_conteudo.asp?Id=22 e http://www.edukbr.com.br/colunas/artigo_conteudo.asp?Id=25 </li></ul></ul><ul><ul><li>Artigo: Jogos usando IAD - http://www2.dbd.puc-rio.br/pergamum/tesesabertas/0210488_04_cap_02.pdf (SMA) --- http://www2.dbd.puc-rio.br/pergamum/tesesabertas/0210488_04_cap_03.pdf - (RNA) ---- http://www2.dbd.puc-rio.br/pergamum/tesesabertas/0210488_04_cap_06.pdf (Comunicacao entre agentes) ----- </li></ul></ul><ul><ul><li>Artigo – Compra e Venda on-line: http://www.inf.ufes.br/~jpalmeida/cvitae/smarket-techreport.pdf </li></ul></ul><ul><ul><li>Distribuição de produtos entre fábricas e mercados ( http://www.inf.furb.br/~jomi/tccs/ate98/fabiano/sld030.htm ) </li></ul></ul>
    33. 33. Referências <ul><li>http://www.aosgrp.com/index.html </li></ul><ul><li>http://64.233.169.104/search?q=cache:dnkuj0HoDwYJ:www.das.ufsc.br/gia/iaft-apoio/tra-iad.ps+ia+distribuida&hl=pt-BR&ct=clnk&cd=12&gl=br </li></ul><ul><li>http://cougaar.org/ </li></ul><ul><li>http://penta.ufrgs.br/gr952/trab1/geren21.html </li></ul><ul><li>http://pt.wikipedia.org/wiki/Sistema_multiagente </li></ul><ul><li>http://tutorials.cougaar.org/pizza/ </li></ul><ul><li>http://www.edukbr.com.br/colunas/artigo_conteudo.asp?Id=25 </li></ul><ul><li>http://ia.ucpel.tche.br/~lpalazzo/Aulas/SMA/ </li></ul><ul><li>http://pt.wikipedia.org/wiki/Sistema_multiagente </li></ul><ul><li>http://www.inf.pucrs.br/~blois/materiais/dsm/IntroducaoEAgentes.pdf </li></ul>

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