Кооперация агентов

Понятие кооперации агентов играет центральную роль в многоагентных системах. Кооперация между агентами означает их коллективную работу в интересах получения совместных результатов. Именно кооперация приводит к синергетическим эффектам при объединении отдельных агентов в многоагентную систему. По сути, это основная форма социального поведения и организации взаимодействия между агентами, характеризуемая объединением их усилий для достижения совместной цели при одновременном разделении между ними функций и обязанностей. Поэтому в теории агентов понятие общей цели, на выполнение которой направлены действия агентов, играет ведущую роль. Это понятие обозначает предпочитаемое будущее состояние мира, соответствующее целям отдельных агентов и определяемое на их основе.

Формирование совместной цели возможно в двух различных случаях:

цели отдельных агентов близки или практически совпадают;
цель, сформированная одним агентом, полностью принимается другими агентами.

Здесь предполагается, что агенты доброжелательно настроены и хотят помочь друг другу или, по крайней мере, стремятся прийти к компромиссу при наличии совместно используемых ресурсов.

Главные преимущества от кооперации агентов таковы:

возможность совместного решения задачи, которую нельзя решить в одиночку;
повышение эффективности и производительности каждого агента;
увеличение качества общего решения за счет роста числа и более детальной проработки частных решений, обмена информацией между агентами;
увеличение вероятности того, что решение будет найдено, благодаря объединению различных точек зрения, и пр.

Кооперацию агентов можно изучать двояко:

Извне с позиции внешнего наблюдателя.
Изнутри многоагентной системы как форму поведения агентов, решивших работать совместно.

В первом случае, наблюдатель, ничего не знающий о ментальных состояниях или намерениях агентов, стремится установить измеримые, квантифицируемые показатели кооперации. Поскольку кооперация направлена на расширение возможностей агентов и повышение эффективности их деятельности, за исходные показатели можно взять результаты сравнительного анализа эффективности индивидуальной и групповой деятельности агентов, а также относительную частоту конфликтов в многоагентной системе.

Кооперация осуществляется в двух различных ситуациях:

когда агент в принципе не может решить задачу в одиночку;
когда задачу целесообразно решать коллективно из соображений эффективности, быстроты и пр.

Следовательно, основными критериями кооперации могут служить:

время коллективного решения задачи (насколько оно меньше по сравнению со временем индивидуального решения);
эффективность распределения задач между агентами;
успешность объединения различных точек зрения.

В первом случае речь идет о выигрыше по времени решения, а использование второго критерия предполагает уточнение способов распределения задач. Аналогично требуются специальные механизмы согласования индивидуальных точек зрения, чтобы избежать конфликтных ситуаций.

Более подробно, об уровне кооперации агентов в многоагентной системе можно судить на основе следующих показателей:

степень распределения обязанностей, ответственности и ресурсов (в том числе, знаний);
уровень координации действий, включая согласование направления действий агентов в пространстве и во времени;
степень запараллеливания (совмещения) задач, решаемых различными агентами;
неизбыточность действий, довольно малое число дублирующих, повторяющих друг друга действий;
избегание (или малая длительность) конфликтов;
живучесть, понимаемая как способность многоагентной системы пережить отказ или потерю агента.

Эти показатели взаимно противоречивы: распределение ресурсов неминуемо порождает конфликты, а неизбыточность действий вступает в противоречие с требованием запараллеливания задач. В свою очередь, примерами типичных ограничений на кооперацию агентов служат: их удаленность друг от друга; недостаточно интенсивная коммуникация, существенные различия в уровнях автономии агентов; сильная взаимозависимость решаемых задач (например, когда один агент не может начать свою задачу без другого).

Во втором случае, когда кооперацию агентов изучают изнутри многоагентной системы, кооперацию можно представить как сумму двух слагаемых «общая цель» и «обязательства каждого агента». Примерами использования подобной формы могут служить уставы различных ассоциаций и объединений, члены которых принимают общую цель и берут на себя обязательства совместно участвовать в некоторой работе. Очевидно, что кооперация зависит не только от установки, намерения сотрудничать, но и от поведения, а главное, от результатов совместной деятельности.

Можно указать три типичных способа централизованного распределения задач:

командное управление или система «ведущий-ведомый» (master-slave), когда агент-менеджер самостоятельно распределяет все задачи между заранее определенными агентами-исполнителями и контролирует их выполнение;
распределение по принципу торгов (или «объявление конкурса»), когда агент-менеджер распространяет объявление об общем задании, а потенциальные агенты-исполнители предлагают свои услуги, т.е. исполнители заранее не определены, а отбираются в результате конкурса; однако и распределение отдельных задач, и контроль остаются прерогативой менеджера;
распределение путем соревнования, когда агенты-исполнители дают свои предложения уже на уровне отдельных задач, т.е. происходит подбор исполнителя под конкретную задачу, а роль менеджера сводится к контролю и координации их действий.