Управление на базе мультиагентных систем

Подход "Агентов и Миров" в разработке МАС

Одним из современных подходов к созданию МАС является подход, основанный на концепции "Агентов и Миров" (далее — агентов и миров) [Vittikh V. A. — http://www.cs.brandeis.edu/dept/ faculty/mataric].

В отличии от других известных подходов, этот подход реализует формирование общего мира деятельности кооперирующих сторон и миров деятельности каждой из них, путем создания единой комплексной среды. Эта среда служит основой деятельности менеджеров и специалистов и обеспечивает воспроизводство главных компонент процесса деятельности предприятия и взаимопонимание между людьми. Использование интеллектуальных агентов в комбинации с мирами действий и рассуждений позволяет менеджерам моделировать три "кита" кооперации: коллективное мышление, обоснованное поведение и коммуникацию участвующих сторон. За счет этого каждая из сторон возлагает на своего агента миссию согласования большинства возникающих проблем. Это чаще всего реализуется в виде реализации виртуального круглого стола, предлагающего агентам общий мир действия.

В рассматриваемом подходе мир действий — это модель среды деятельности, базирующаяся на знаниях. Главное ее отличие от традиционных систем моделирования состоит в том, что эта система формирует модель виртуального пространства и предоставляет прямой доступ к объектам мира в этом пространстве для выполнения действий, моделируя реакцию на эти воздействия в соответствии с законами мира.

Принципы построения и функционирования миров кратко могут быть описаны следующим образом:

• мир состоит из объектов, способных взаимодействовать друг с другом в соответствии с законами мира;
• для пользователя миры представляются сценами, состоящими из некоторых сцен и заданных объектов, с определенными отношениями между ними, и объектами, потенциально применимыми в сцене;
• объекты мира определяются свойствами, обеспечивающими их способность вступать во взаимодействие с другими объектами; состояния объектов определяются их свойствами и отношениями; потенциально возможные свойства объектов определяются законами мира, действующими в сцене;
• законы мира задаются сценариями действий, которые определяются как правила изменений состояния объектов мира; простые сценарии позволяют составлять более сложные;
• отношения между объектами определяют связи между ними; наиболее распространенными отношениями являются "целое–части", "принадлежность", "мера" и ряд других;
• основные концепты выражаются в атрибутах вещества, пространства и времени, энергии и информации.

Эти базовые категории позволяют конструировать миры действий в различных предметных областях. Рассмотренные принципы позволяют также создавать миры рассуждений, такие как экономика и политика, технологии и торговля и т. п.

Рис. 6.5. Модель устройства памяти интеллектуального агента

При создании мира конкретного сектора рынка или мира отдельного предприятия, строится полипредметная база знаний в форме семантической сети, которая в дальнейшем и используется в рассуждениях агентов. Ее основное отличие от принятых подходов состоит в ориентации не только на описание каких-либо параметров объектов и среды, но и на описание действий, а также на использование соответствующей логики этих действий. Иными словами, в этом случае в необходимых пропорциях сочетаются декларативные и процедурные знания.

Рассмотрим соответствующие модели устройства памяти и мышления агента. В структуре памяти агента выделены следующие компоненты (рис. 6.5):

• долгосрочная память агента, содержащая полные семантические сети предметных областей знаний; эта память пополняется знаниями в процессе обучения агента и постоянно трансформируется и систематизируется, через нее, как через сито, пропускаются все входные факты;
• память (пространство) сознания, содержащая образы объектов миров, являющаяся среднесрочной. В этой памяти содержатся описания сцены в каждом из миров (также в форме семантической сети) и здесь же выполняются основные умственные операции над образами объектов;
• память фактов, а также память сценариев — наиболее часто изменяемые структуры содержания памяти (оперативная память). В памяти фактов находятся исходные и конечные, а также все промежуточные факты, получаемые в процессе рассуждений и расчетов; память сценариев также подвергается преобразованиям, в первую очередь, связанным с обобщением и конкретизацией сценариев;
• память генетических знаний — это жестко встроенные в систему и неизменяемые знания, здесь - знания о конструкции и функционировании миров.

Общие принципы мышления агента являются вполне традиционными и включают следующие три основные фазы (рис. 6.6):

• восприятие — получение данных и построение модели сцены в загруженном мире;
• познание — анализ и формируется сценарий действий субъекта для достижения поставленных целей;
• исполнение — намеченного сценария с постоянным сопоставлением ожидаемых и наблюдаемых результатов.

Рис. 6.6. Схема мышления интеллектуального агента

В отличие от других подобных систем, в рассматриваемой системе реализация этих фаз осуществляется через два базовых механизма: абстрагирования и конкретизации, тесно связанных между собой. В этом смысле мышление агента напоминает движение поршней в двигателе: движение вверх — путем абстрагирования, вниз — путем конкретизации.

При "послойных" рассуждениях основное время тратится на выполнение "умственных" операций — действий с образами объектов (понятиями), которые изменяют состояния сцены и, тем самым, ограничивают применение дедуктивных рассуждений. Используемая при этом логика действий также существенно отличает предлагаемую модель от традиционных дедуктивных систем возможностями выбора.

Еще одна важная особенность предлагаемой модели — ориентация на выявление противоречий. В любой системе деятельности типовыми являются противоречия между знаниями и орудиями, целями и средствами деятельности, сценариями действий индивида и его внутренними интериоризованными способностями и ряд других. Типология этих противоречий исходно задается в системе и далее постоянно пополняется.

Для моделирования процесса переговоров между членами временно организуемых рабочих групп или их агентами в разрабатываемой мультиагентной системе реализуется виртуальный круглый стол, о котором говорилось выше. Такой "круглый стол" может быть реализован как через локальную, так и через глобальную сети (рис. 6.7).

Рис. 6.7. Виртуальный круглый стол

Процедура рассмотрения и согласования решений пошагово организуется следующим способом:

1. конфигурируется начальная сцена общего для всех агентов мира действий и задаются цели (задача), общие ресурсы и ограничения;
2. каждый из агентов "считывает" состояние сцены и запускает процесс восприятия, планирования действий и их исполнения — при этом загружаются необходимые миры знаний и строится модель исходной сцены в этих мирах; первый из агентов, спланировавший свою деятельность делает первый ход, предлагая первое действие из своего сценария;
3. если действие удовлетворяет общим ограничениям и не вызывает противоречий с планами других агентов, оно считается предварительно принятым. Если нарушены общие ограничения, агент обязан поменять свои планы, если же эти ограничения не нарушены, необходимо решить, кто будет вынужден изменять свои планы: первый агент или другие, сделавшие свои ходы ранее;
4. очередные агенты делают свои ходы, выполняя очередные действия из своих сценариев. Если какой-либо агент вынужден поменять свое решение на каком-либо ходу, делается пошаговый "откат" всего процесса переговоров для этого этапа и весь процесс согласования начинается вновь;
5. процесс согласования заканчивается, когда достигнута заданная цель.

Очевидно, что данная процедура связана с возможным перебором всех вариантов решений. Скорость ее сходимости зависит от глубины базы знаний и интеллектуальных способностей агентов. Для людей подобная процедура оказывается слишком трудоемкой. В данном же случае, один и тот же агент менеджера или специалиста может принимать участие одновременно в целом ряде рабочих совещаний.

Чтобы в полной мере ощутить проблему, достаточно представить себе объем согласований, выполняемых, например, при разработке месторождений полезных ископаемых, когда за круглым столом могут оказаться геофизик и бурильщик, специалист по прокладке трубопроводов и дорог, строитель, экономист и социолог, специалист по охране окружающей среды и т.д. Что будет, если спустя полгода общих усилий выясняется, что один из проектировщик заложил в сценарий неверные данные и всем другим также придется начинать заново? Не меньше согласований происходит при подготовке больших сделок и в рассматриваемых примерах, если в этот процесс вовлекаются все потенциальные участники кооперации.

Для реализации такой МАС предлагается следующая примерная архитектура интеллектуальной системы поддержки согласованной кооперативной работы, позволяющая моделировать деятельность и рассуждения специалистов или менеджеров с целью выявления потенциальных конфликтов между ними и нахождения согласованного решения (рис. 6.8):

• База знаний сцен действия (СД) содержит описания среды деятельности, целей и задач, знаний и орудий, сценариев действий, а также всех других компонент рассмотренной выше структуры систем деятельности.
• Моделирующая подсистема позволяет моделировать процессы деятельности (поведения субъектов деятельности).
• Подсистема расчетов и рассуждений позволяет моделировать процессы рассуждений (мышления субъектов деятельности).
• Управляющая подсистема реализует процессы поддержки согласования решений (процедуры виртуального круглого стола — процедуры коммуникации субъектов деятельности). Кроме того, эта подсистема выполняет функции конструктора миров.
• Интерфейсная подсистема обеспечивает взаимодействие с пользователем;
• Сцены действия — совокупность текущих сцен деятельности.

Рис. 6.8. Примерная архитектура интеллектуальной системы

Как видно из предлагаемой схемы, основные компоненты структуры системы связаны с основными моделируемыми компонентами деятельности: поведением, мышлением и коммуникацией.

Пользовательский интерфейс такой системы максимально упрощен и предназначен для использования менеджерами, не являющимися специалистами в области ИТ. Здесь выделены следующие основные поля:

• поле задания — формализованная постановка задачи;
• поле действия — рабочее поле для построения сценариев действий, в котором создаются и моделируются сцены общего мира действий и индивидуальных миров рассуждений;
• поле агентов — здесь отображаются агенты текущей рабочей группы, которые либо сами активизируются при совершении каких-либо действий или рассуждений, либо могут быть активизированы по инициативе пользователя;
• поле объектов — список возможных партеров по кооперации (или внутренних подразделений компании), которые могут быть размещены в рабочем поле;
• поле заключений — список возможных вариантов решений и их рейтинговое соотношение;
• поле договоров — список возможных отношений между компаниями (договора учредительские, кредитные и лизинговые, договора реализации, договора купли-продажи) и т.д.

Пользователи системы (менеджеры и специалисты), оперируя соответствующими пиктограммами, задают порядок рассмотрения ситуации, расставляют приоритеты, согласуют варианты решений и выбирают решение, наилучшее с их токи зрения. Все операции осуществляются путем активизации соответствующих пиктограмм, что открывает для каждого объекта его индивидуальное поле действий. При этом, например, можно в ручном режиме осуществить стандартные операции — взятие кредита, закупку сырья и комплектующих, отгрузку товара, приобретение акцийкакого-либо предприятия и т. п.

В системной части меню имеются клавиши доступа к базе знаний (для режимов просмотра и дообучения), конфигурирования моделируемых параметров, помощи пользователю и ряд других.

Работу такой системы можно проиллюстрировать на следующем примере (рис. 6.9).

Менеджер по маркетингу обнаруживает, что в области производства мультимедиа продуктов всё более востребованы компакт-диски с новым форматом записи и воспроизводства даных. Руководство компании приняло решение о запуске проекта таких дисков. Ввод этой информации в интеллектуальную систему (МАС) актуализирует ряд подразделений компании, связанных с расчетом прибыльности проекта, его реализацией, рекламой продукта и т.п.

Рис. 6.9. Организация рабочих групп на базе МАС

Система ведет список подразделений, согласовывающих решение и состояние этого вопроса. По мере движения вопроса по подразделениям, система пересматривает важность других дел сотрудников в соответствии с их должностными инструкциями, отдавая приоритет решению данного вопроса.

В результате проводимых обсуждений данный проект может быть остановлен ввиду его бесперспективности, либо, наоборот, реализван в ускоренные сроки с привлечением дополнительных внешних специалистов, партнеров, концентрацией других ресурсов, что в свою очередь вносит существенные коррективы в деятельность всех подразделений.