eXtreme-Ants : algoritmo inspirado em formigas para alocação de tarefas em extreme teams

Abstract

Sistemas multiagente são construídos para atingir objetivos complexos e abrangentes, que estão além da capacidade de um único agente. Estes objetivos podem ser representados através de tarefas, que devem ser realizadas pelos agentes de forma a otimizar o desempenho do sistema. Em muitos ambientes reais, a escala do problema envolve tanto uma grande quantidade de agentes, quanto uma grande quantidade de tarefas. Além disto, os agentes devem lidar com informações incompletas, realizando tarefas em tempo hábil. O termo extreme teams foi introduzido na literatura para designar as seguintes quatro características da alocação de tarefas: oa ambientes são dinâmicos; os agentes podem realizar múltiplas tarefas; os agentes podem possuir funcionalidades sobrepostas; e podem existir interrelacionamentos entre tarefas, impondo, por exemplo, necessidade de realização simultânea. Abordagens existentes na literatura tratam, efetivamente, apenas as três primeiras características de extreme teams. Esta dissertação apresenta um algoritmo para alocação de tarefas, chamado eXtreme-Ants, que trata todas as quatro características de extreme teams. O algoritmo é inspirado no sucesso ecológico dos insetos sociais, e utiliza as metáforas de divisão de trabalho e recrutamento para transporte cooperativo. A metáfora de divisão de trabalho proporciona decisões rápidas e eficientes, atendendo as três primeiras características de extreme teams. O recrutamento permite formar grupos de agentes comprometidos com a realização simultânea de tarefas que exigem esforço conjunto, atendendo a quarta característica: inter-relacionamentos entre tarefas. Com isto, concretiza-se de fato o conceito completo de extreme teams. Experimentos foram realizados em dois ambientes distintos: um simulador independente de domínio e o simulador RoboCup Rescue. Os resultados obtidos demonstraram que a eficiência do eXtreme-Ants é balanceada com relação ao desempenho, quantidade de comunicação e esforço computacional.

Multiagent systems aim at achieving complex and broad goals, which are beyond the capability of a single agent. These goals can be represented by tasks, which must be performed by the agents in order to optimize the performance of the system. In many real-world environments, the scale of problems involves both a large number of agents and a large number of tasks. Besides, the agents must reason with incomplete and uncertain information, in a timely fashion. The expression extreme teams was introduced in the literature to describe the following four characteristics regarding task allocation: dynamic environments; agents may perform multiple tasks; agents can have overlapping functionality; and inter-task constraints (such as simultaneous execution requirements) may be present. Existing approaches effectively deal with just the three first characteristics of extreme teams. This dissertation presents an algorithm for allocating tasks to agents, called eXtreme- Ants, which deals with all the four characteristics of extreme teams. The algorithm is inspired in the ecological success of social insects, and uses the metaphors of division of labor and recruitment for cooperative transport. The metaphor provides fast and efficient decision-making, complying to the first three characteristics. The recruitment ensures the formation of groups of agents committed to the simultaneous execution of tasks that require joint efforts, complying to the fourth characteristic: inter-task constraints. Thus, the full concept of extreme teams is indeed realized. Experiments were performed in two distict environments: a domain independent simulator, and the RoboCup Rescue simulator. The results shown that eXtreme-Ants achieves a balanced efficiency regarding performance, communication, and computational effort.