Agentenorientierte Techniken ein Überblick. Allgemeines zu Agenten. Szenario: mobiler digitaler Assistent. Warum Agententechnologien?

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1 Agentenorientierte Techniken ein Überblick Allgemeines zu Agenten Allgemeines zu Agenten # - 0 Interaktivität # - 3 Architekturen & Plattformen # - 30 Agentenprogrammierung # 3-39 Animation Agentenbegriff Eigenschaften von Agenten Klassifikation von Agenten mobile Agenten # 0-5 Standards # 6-9 Szenario: mobiler digitaler Assistent Warum Agententechnologien? Agenten als Metapher: Stellvertreter Elektronischer Marktplatz Netz Softwaresysteme sind zunehmend komplex, verteilt und heterogen; Wiederverwendbarkeit ist ein wichtiges Thema Marktplatzinfrastruktur Geschäftsverkehr Rückkehr Instruierung Migration und zum des Ergebnispräsentation Marktplatz Einkaufsagenten zwischen Agenten Szenario elektronischer Marktplatz mobiler Agent Content-Provider-Agent Kommunikation 3 Systeme, bestehend aus kommunizierenden, selbst koordinierenden Komponenten versprechen Offenheit und bessere Skalierbarkeit Software-Agenten: Notwendige Eigenschaften Autonomie weitgehend selbständig agieren Entscheidungskompetenz: Aktionen planen, bewerten, auswählen zielgerichtetes Verhalten mentale Attribute explizit darstellen und nutzen Interaktivität Peer-to-Peer, sprechaktbasierte Kommunikation, Interaktionsprotokolle Software-Agenten: weitere, optionale Eigenschaften Reaktivität auf Ereignisse der Umgebung schnell reagieren Intelligenz Zumeist wahllos verwendeter Begriff Mobilität Offlinefähigkeit, Informationsverarbeitung vor Ort Rationalität Nutzen optimieren 5 6

2 Klassifikation von Agenten Agententyp kognitiv mobil kooperativ konkurrierend reaktiv Einsatzgebiete Probleme lösen, Psychologie Sekretariatsdienste, Informationsdienste keine spezifischen Aufgaben CSCW, Workflow Management, verteiltes Problemlösen electronic commerce, offene Systeme Prozeßsteuerung, Robotik Eigenschaften kognitive Fähigkeiten Adaptivität, Benutzerschnittstelle flexibel, klein Kommunikation und Kooperation Rationalität, Kommunikation Realzeitfähigkeit Etablierte Techniken zur Agentenprogrammierung Rationalität - Spieltheorie, Marktmechanismen (Auktionen) Interaktivität - Sprechakttheorie, Kooperationsprotokolle Intentionalität - modale, dynamische, nichtmonotone Logiken Intelligenz - Lernen, Planen, Räsonnieren Reaktivität - Regelsysteme artificial life Simulation emergent behaviour 7 8 Einflussgebiete der agentenorientierten Techniken Dynamik in Agentensystemen Entscheidungstheorie Organisationstheorie Linguistik Sprechakttheorie Modularität Objekt-Orientierte Techniken Rollen Verteiltheit Agentenorientierte Techniken Intelligenz Wissensbasierte Verfahren Verteilte Systeme Autonomie PDAs, Interfaceagenten Suche nach Kooperationspartnern flexibles Antwortverhalten Ausschreibung / Delegation von Aufgaben Verhandlungen und Auktionen Agenten verlassen und / oder betreten das System 9 0 Interaktivität Sprechakte Ontologien Interaktionsprotokolle Sprechakttheorie Stammt aus der Linguistik (Austin 6, Searle 69) Kommunikation ist eine Form des Handelns Ebenen der Kommunikation - kinds of actions in utterances Artikulation lokutionär Wirkung durch Äußerung illokutionär erzielter Effekt perlokutionär In Agenten hat nur die illokutionäre Ebene Bedeutung!

3 Sprechakt: Beispiel kannst du mal bei der nächsten Raststätte rausfahren? Nachrichtentyp - Request Aussage - über zukünftige Handlung Vorbedingungen - Angesprochener ist zu Aktion fähig - Angesprochener führt Aktion nur nach Anfrage aus - Sprecher wünscht Aktion ( Aufrichtigkeit ) Essenz - Überredung zur Ausführung 3 Sprechakte in Agenten Ursprung: DARPA - Knowledge Sharing Initiative (993) Informationsaustausch zwischen heterogenen Wissensbasen Zweck: Trennung von Übermittlung, Form und Inhalt Knowledge Sharing Initiative - Knowledge Query and Manipulation Language (KQML) - Knowledge Interchange Format (KIF) Foundation of Intelligent Physical Agents (FIPA) 98 - Agent Communication Language (ACL) - Semantic Language (SL) Sprechakt: Beispiel Nachrichtentyp (inform :sender agent :receiver hpl-auction-server :content (price (bid good0) 50) :in-reply-to round- :reply-with bid0 :language sl :ontology hpl-auction ) Inhalt 5 Ontologien Ontologien definieren die Dinge der Welt und ihre Beziehungen ZIEL: Interoperabilität erreichen Agenten beziehen sich auf gemeinsame Ontologie Vokabular Dinge: relevante Begriffe einer Domäne, Wertebereiche Konzeptualisierung Beziehungen: Kategorien, Constraints, Funktionen Axiomatisierung Schlußfolgerungen ziehen 6 Ontologie: Beispiel (agent-identifier :name bill.clinton :addresses (sequence ) :resolvers (sequence (agent-identifier :name hillary.clinton ) ) - Blau sind Namen der Ontologie - Orange sind Werte - Schwarze Elemente sind Bestandteil der SL-Syntax Sprechakte in Agenten: Annahmen über Transport Nachrichtenreihenfolge wird eingehalten zuverlässige Nachrichtenübermittlung Verzögerungen beim Transport sind egal synchrone und asynchrone Verarbeitung ==> Aufgaben des Transports werden einer anderen Kommunikationsschicht übertragen 7 8 3

4 Sprechakte in Agenten: Annahmen über Semantik () Vorbedingungen über den mentalen Zustand des Senders () Erwartete Konsequenzen beim mentalen Zustand des Empfängers keine Garantie in bezug auf () z.b. <i, INFORM ( x, φ )> Vorbedingung: B i φ B i ( Bif x φ Uif x φ) x kennt weder φ noch not(φ) noch unbekannt(φ) noch not(unbekannt(φ)) Nachbedingung: B x φ Sprechakte: Zusammenfassung Agenten kommunizieren peer-to-peer Informationsübermittlung illokutionäre Nachrichtentypen Nachrichteninhalte basieren auf Ontologien einfache Frage-Antwort-Muster möglich aber keine komplexeren Interaktionen Interaktionsprotokolle zielgerichtete Interaktionen zwischen mehreren Rollen verknüpfen Kommunikation und Handlung typischerweise asynchron Deadline for proposals reject-proposal cfp action preconditions propose preconditions accept-proposal proposal not-understood refuse Kooperatives Problemlösen Problemzerlegung funktional, räumlich, zeitlich,... Teilproblemverteilung Allokation auf Agenten Teilproblemlösung Synchronisation, Konfliktbehandlung Beispiele: Auktion, Aufgabendelegation failure inform Done(action) cancel the manager cancels the contract due to a change of situation Ergebnissynthese Interaktionsprotokoll: FIPA-Contract-Net cfp action preconditions Architekturen und Plattformen not-understood refuse propose preconditions Agentenplattform Deadline for proposals Agentenarchitektur reject-proposal accept-proposal proposal failure inform Done(action) cancel the manager cancels the contract due to a change of situation 3

5 Anatomie eines agentenbasierten Systems Agent als Informationsverarbeiter Yellow Pages White Pages Agent Platz Nachricht Reasoning Nachricht Kommunikations-Middleware, Management, Security Aktion Agentenplattform 5 6 Informationsverarbeitung im Agenten Aufgaben einer Agentenarchitektur Agent verfolgt Ziele Nachricht Nachricht Aktion Wissensspeicherung Objekte, Regeln, Ziele, Präferenzen, Pläne Wissensverarbeitung vom Wissen über Ziele hin zu Handlungen Kommunikation sichere Übermittlung, Parsierung von Sprechakten Agenda Wissensbasis Ziele Handlungen Andere Verarbeitungsmodelle existieren 7 Unterstützung des Programmierens Programmierschnittstelle Wiederverwendbarkeit 8 Strukturen von Architekturen Intelligenz in Architekturen Beliefs Intentions Interpreter Desires Plans Komponentenarchitektur (BDI) Information social knowledge symbol physical Schichtenarchitektur Kontrolle Meta-Level-Reasoning Adaptivität: mögliche Aktionen finden und bewerten Lernen typischerweise unassistiertes Lernen durch Feedback Planung meist: Pläne instantiieren, ausführen und überwachen emergente Intelligenz durch Interaktionen subsymbolische Architektur

6 Agentenprogrammierung Idee Makro- und Mikro-Level Belief Desire Intention Grundsätzliches zur Agentenprogrammierung Programmieren mit Agenten bedeutet: agentische Konstrukte zu nutzen, zu spezifizieren statt zu programmieren, auf Basis einer geeigneten Architektur/Plattform. neue Methodologien erforderlich mächtige Interpreter / Compiler benötigt Werkzeuge für Entwicklung und Test Agentenarchitekturen 3 Bestandteile der Agentenprogrammierung Ontologien Einigkeit bzgl. der Bedeutung von Konzepten Interaktionsprotokolle Konventionen bzgl. der Interaktionen zwischen Agenten Agenten Fähigkeiten, Wissen, Ziele, Intentionen Makro- und Mikro-Level- Programmierung Makro-Level (verteiltes Problemlösen) Fokussierung auf Kommunikationsbeziehungen kooperative Agenten Organisationsformen Mikro-Level: (autonome Agenten) Fokussierung auf einzelne Agenten nutzenoptimierende Agenten mentaler Zustand Belief-Desire-Intention (BDI) BDI: Prädikatenlogik, erweitert um Modal-Operatoren Beliefs drücken aktuelles Wissen aus Desires beschreiben nicht vorhandene, erwünschte Zielzustände Intentions sind Bedingungen, die während der Verarbeitung zur Erreichung aktueller Ziele eingehalten werden müssen zumeist: beabsichtigte Handlungen BDI-Logiken beheben Probleme der Prädikatenlogik Dynamik, Nicht-Monotonie, Widersprüche, sinnvolle Schlussfolgerungen Modell einer BDI- Agentenarchitektur Beliefs Goals Interpreter Pläne Intentions

7 Belief-Desire-Intention (BDI) Agenten durch Attributierung mentaler Zustände als intensionale Systeme betrachten ermöglicht (Meta-) Reasoning zum besseren Verständnis seines Handelns Kommunikation mentaler Zustände zur - Konflikterkennung - gemeinsame Planung - Koordination Theorie zur Verknüpfung von Wissen und Handeln... BDI-Logiken - Theorie: Axiomatisierungen Goal( p ) ==> Belief( Goal( p )) strong realism nach Rao & Georgeff Zielwelt ist Submenge der Belief-Welt tell ab ( p ) ==> Belief a ( p ) tell ab ( p ) ==> Belief b ( Belief a ( p )) tell ab ( p ) ==> Belief b ( p ) Ehrlichkeit Empfängersicht Zuverlässigkeit Entwicklungsumgebungen für Agenten Jack Intelligent Agents AgentBuilder Zeus Jade FIPA-OS MAP Grasshopper JIAC Mobile Agenten 39 Statische versus mobile Agenten Static Agent System Vorteile der Agenten- Mobilität Agent arbeitet, während Benutzer offline ist Agent arbeitet auf Rechnern, zu denen der Benutzer selbst keinen Zugriff hat Vor-Ort-Informationsbearbeitung Mobile Agent System Temporäre Delegation von Wissen und Verfahren Fehlertoleranz bei Netzwerkunterbrechung Verringerung der Kommunikationskosten (Latenzzeit!) Quelle: MITSUBISHI 7

8 Grundsätzliches zur Agentenmobilität Mobilität ist eine Eigenschaft Eine Unterscheidung zwischen Intelligenter Agent und Mobiler Agent ist unzulässig. Unterscheidung zur Prozessmigration: Autonomie! Formen der Migration schwach: Datenzustand übertragen, Startmethode - Aglets, Voyager, MOLE,... stark: Ausführungszustand übertragen - AgentTcl, (JIAC) (Mobile) Agenten: Sicherheitsproblematiken Bedrohung der Plattform durch Agenten Denial of Service, Ausspionierung, Masquerading Bedrohung des Agenten durch die Platform Ausspähen und Verändern von Daten Manipulierung der Identität Agent gegen Agent (siehe oben) Andere Sicherheits- und Kontrollproblematiken Cloning, Wiedereinspielen, Waisenerkennung, Kontrolle, Message-Forwarding, Transaktionen 3 Diskussion: Was ist Mobilität? Programmiertechnik / Programmierparadigma? mit mobilen Agenten programmieren aber wann / wozu setze ich Mobilität ein? Standards eine Metapher? zum besseren Verständnis einer Problemstellung ein abgeleitetes Konzept? nicht der Designer, der Agent entscheidet bzgl. Migration aber was ist die Entscheidungsgrundlage? 5 Agent Standards FIPA Foundation for Intelligent Physical Agents Masif OMG effort to standardize mobile agents middleware services and internal middleware interfaces De Facto standards Jini: Sun distributed object layer including directory services, messaging etc. (DARPA GRID is a Jini based agent network) FIPA-Überblick Foundation for Intelligent Physical Agents 60 member companies with heavy involvement from telecommunications companies in particular. Standards: FIPA98, FIPA000 Standards in the following main areas Agent communication (language, content language, interaction protocols) Directory services (DF) Management and naming services (AMS) 7 8 8

9 Ende Szenario: mobiler digitaler Assistent Elektronischer Marktplatz Netz Marktplatzinfrastruktur mobiler Agent Geschäftsverkehr Rückkehr Instruierung Migration und zum des Ergebnispräsentation Marktplatz Einkaufsagenten zwischen Agenten Content-Provider-Agent Kommunikation 9 Szenario elektronischer Marktplatz 50 Standards: MASIF und FIPA MASIF: Crystaliz, Inc. General Magic, Inc. GMD Focus GmbH IBM Corporation The Open Group FIPA: Foundation for Intelligent Physical Agents 5 9