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Sistema multiagente

Agente reflejo simple
Agente de aprendizaje

Un sistema multiagente ( MAS o "sistema autoorganizado") es un sistema computarizado compuesto por múltiples agentes inteligentes que interactúan . [1] Los sistemas multiagente pueden resolver problemas que son difíciles o imposibles de resolver para un agente individual o un sistema monolítico . [2] La inteligencia puede incluir enfoques metódicos , funcionales , procedimentales , búsqueda algorítmica o aprendizaje de refuerzo . [3]

A pesar de la considerable superposición, un sistema multiagente no siempre es lo mismo que un modelo basado en agentes (ABM). El objetivo de un ABM es buscar información explicativa sobre el comportamiento colectivo de los agentes (que no necesariamente necesitan ser "inteligentes") que obedecen reglas simples, típicamente en sistemas naturales, en lugar de resolver problemas prácticos o de ingeniería específicos. La terminología de ABM tiende a usarse con más frecuencia en la ciencia, y MAS en ingeniería y tecnología. [4] Las aplicaciones en las que la investigación de sistemas multiagente puede ofrecer un enfoque adecuado incluyen el comercio en línea, [5] la respuesta a desastres, [6] [7] la vigilancia de objetivos [8] y el modelado de la estructura social. [9]

Concepto

Los sistemas multiagente constan de agentes y su entorno . Normalmente, la investigación sobre sistemas multiagente se refiere a agentes de software . Sin embargo, los agentes de un sistema multiagente podrían ser igualmente robots, humanos o equipos humanos. Un sistema multiagente puede contener equipos combinados de humanos y agentes.

Los agentes se pueden dividir en tipos que van desde lo simple a lo complejo. Las categorías incluyen:

Los entornos de agente se pueden dividir en:

Los entornos de los agentes también pueden organizarse según propiedades como la accesibilidad (si es posible recopilar información completa sobre el entorno), el determinismo (si una acción causa un efecto definido), la dinámica (cuántas entidades influyen en el entorno en el momento), la discreción (si el número de acciones posibles en el entorno es finito), la episodicidad (si las acciones del agente en ciertos períodos de tiempo influyen en otros períodos) [11] y la dimensionalidad (si las características espaciales son factores importantes del entorno y el agente considera el espacio en su toma de decisiones). [12] Las acciones del agente suelen estar mediadas por un middleware adecuado. Este middleware ofrece una abstracción de diseño de primera clase para sistemas multiagente, proporcionando medios para gobernar el acceso a los recursos y la coordinación de los agentes. [13]

Características

Los agentes en un sistema multiagente tienen varias características importantes: [14]

Autoorganización y autodirección

Los sistemas multiagente pueden manifestar autoorganización , así como autodirección y otros paradigmas de control y comportamientos complejos relacionados, incluso cuando las estrategias individuales de todos sus agentes son simples. [ cita requerida ] Cuando los agentes pueden compartir conocimiento utilizando cualquier lenguaje acordado, dentro de las limitaciones del protocolo de comunicación del sistema, el enfoque puede conducir a una mejora común. Algunos ejemplos de lenguajes son el lenguaje de manipulación de consultas de conocimiento (KQML) o el lenguaje de comunicación con agentes (ACL).

Paradigmas de sistemas

Muchos MAS se implementan en simulaciones por computadora, haciendo que el sistema avance a través de "pasos de tiempo" discretos. Los componentes del MAS se comunican típicamente utilizando una matriz de solicitud ponderada, por ejemplo 

Velocidad-MUY_IMPORTANTE: min=45 mph, Longitud de ruta-IMPORTANCIA_MEDIANA: máx=60 esperadoMáx=40, Peso máximo: NO IMPORTANTE Prioridad de contrato-REGULAR

y una matriz de respuesta ponderada, por ejemplo 

Velocidad mínima: 50 pero solo si el clima es soleado. Longitud del camino: 25 para soleado / 46 para lluvioso Prioridad de contrato-REGULAR Nota: la ambulancia anulará esta prioridad y tendrá que esperar.

Un esquema de contrato de desafío-respuesta es común en los sistemas MAS, donde

considerando también otros componentes, “contratos” evolutivos y los conjuntos de restricciones de los algoritmos de los componentes.

Otro paradigma que se utiliza habitualmente con MAS es el de las " feromonas ", en las que los componentes dejan información para otros componentes cercanos. Estas feromonas pueden evaporarse/concentrarse con el tiempo, es decir, sus valores pueden disminuir (o aumentar).

Propiedades

Los MAS tienden a encontrar la mejor solución para sus problemas sin intervención. Esto es muy similar a los fenómenos físicos, como la minimización de la energía, en la que los objetos físicos tienden a alcanzar la energía más baja posible dentro de un mundo físicamente limitado. Por ejemplo: muchos de los automóviles que ingresan a una metrópolis por la mañana estarán disponibles para salir de esa misma metrópolis por la tarde.

Los sistemas también tienden a prevenir la propagación de fallos, recuperarse automáticamente y ser tolerantes a fallos, principalmente debido a la redundancia de componentes.

Investigación

El estudio de los sistemas multiagente "se ocupa del desarrollo y análisis de arquitecturas sofisticadas de control y resolución de problemas de IA tanto para sistemas de un solo agente como para sistemas de múltiples agentes". [16] Los temas de investigación incluyen:

Marcos

Han surgido marcos que implementan estándares comunes (como los estándares FIPA y OMG MASIF). [23] Estos marcos, por ejemplo JADE , ahorran tiempo y ayudan en la estandarización del desarrollo de MAS. [24]

Sin embargo, actualmente no existe ningún estándar actualizado de FIPA o OMG. Los esfuerzos para un mayor desarrollo de agentes de software en el contexto industrial se llevan a cabo en el comité técnico de IEEE IES sobre agentes industriales. [25]

Aplicaciones

Los MAS no solo se han aplicado en la investigación académica, sino también en la industria. [26] Los MAS se aplican en el mundo real a aplicaciones gráficas como juegos de computadora. Los sistemas de agentes se han utilizado en películas. [27] Se recomienda ampliamente su uso en redes y tecnologías móviles para lograr un equilibrio de carga automático y dinámico, alta escalabilidad y redes autorreparadoras. Se están utilizando para sistemas de defensa coordinados.

Otras aplicaciones [28] incluyen transporte , [29] logística, [30] gráficos, fabricación, sistema de energía , [31] redes inteligentes , [32] y SIG .

Además, los sistemas de inteligencia artificial multiagente (MAAI) se utilizan para simular sociedades, con el propósito de que sean útiles en los campos del clima, la energía, la epidemiología, la gestión de conflictos, el abuso infantil, .... [33] Algunas organizaciones que trabajan en el uso de modelos de sistemas multiagente incluyen el Centro de Modelado de Sistemas Sociales, el Centro de Investigación en Simulación Social, el Centro de Modelado de Políticas, la Sociedad de Modelado y Simulación Internacional. [33]

El tráfico vehicular con vehículos autónomos controlados se puede modelar como un sistema multiagente que involucra dinámicas de multitudes. [34] Hallerbach et al. analizaron la aplicación de enfoques basados ​​en agentes para el desarrollo y validación de sistemas de conducción automatizada a través de un gemelo digital del vehículo bajo prueba y una simulación de tráfico microscópica basada en agentes independientes. [35] Waymo ha creado un entorno de simulación multiagente Carcraft para probar algoritmos para automóviles autónomos . [36] [37] Simula interacciones de tráfico entre conductores humanos, peatones y vehículos automatizados. El comportamiento de las personas es imitado por agentes artificiales basados ​​en datos del comportamiento humano real.

Véase también

Referencias

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Lectura adicional