IV Agentenorientierte Techniken
Semester: | Wintersemester 2006/2007 |
Art: | Vorlesung mit Übung, 4 SWS |
LV-Nr.: | 0435 L 701 |
Zeit: | VL: Mi. 14-16 Uhr; UE: Mi. 12-14 Uhr ab 18.10 |
Raum: | MA 141 |
Dozenten: | Stefan Fricke, Sahin Albayrak |
Bemerkung: | Vertiefungsveranstaltung im Hauptstudium (KI, BKS, WI) |
Beschreibung
Inhalt der integrierten Lehrveranstaltung Agentenorientierte Techniken sind die grundlegenden Konzepte der Agententechnologie. Diese LV ist die Basis für die weiterführenden Lehrangebote des Fachgebiets AOT.
Intelligente Software-Agenten stellen eine Schlüsseltechnologie zur Realisierung verteilter, flexibler intelligenter Systeme dar. Ihre Fähigkeit, auf Basis standardisierter Sprachen und Protokolle zu kommunizieren, setzt neue Standards hinsichtlich Wiederverwendbarkeit und Interoperabilität.
Ziel der integrierten Veranstaltung Agentenorientierte Techniken ist es, diejenigen grundlegenden Konzepte zu vermitteln, die zur Entwicklung verteilter Agentensysteme notwendig sind. Dazu gehören Agentenorientiertes Software-Engineering, Agentenarchitekturen, Wissensverarbeitung, Ontologien, Sprechakte und Interaktionsprotokolle.
Um die geeigneten Verfahren einsetzen zu können, müssen die Begriffe, Theorien, Chancen und Probleme der Agententechnologien vermittelt werden. Dafür bedienen sich die AOT einer Vielzahl von Anwendungsfeldern und Disziplinen. Themenschwerpunkte hierbei stellen Interaktivität, Wiederverwendbarkeit, Verfahren zur Koordination und Kooperation, Entscheidungsfindung und Software-Engineering dar.
Anhand praktischer Beispiele wird im Übungsteil der Lehrveranstaltung die Verwendung von Agentenprogrammiersprachen und -frameworks erlernt.
Das Forschungsgebiet AOT
- Forschungslandkarte AOT
Die Forschungslandkarte zeigt die Themenbereiche und Forschungsfelder der Agentenorientierten Techniken auf.
Ein rotes Kreuz kennzeichnet ein Themengebiet, das nicht in der Veranstaltung behandelt wird. Mit einem Smilie gekennzeichnete Themen sind für intelligente autonome Einzelagenten interessant; Aspekte von Multiagentensystemen sind mit zwei Smilies versehen. Eine Lupe kennzeichnet einen hohen theoretischen Anteil.
Begriffe und Kategorien
(wird noch überarbeitet / vervollständigt)
- Wichtige Begriffe im Fachgebiet AOT
Lernziele
Theoretische Grundlagen:
Die Studierenden sollen mit den theoretischen Grundlagen der Agententechnologie, welche aus vielen verschiedenen Forschungsgebieten stammen, vertraut werden.
Anwendungsmöglichkeiten:
Am Ende der Veranstaltung soll es den Studierenden möglich sein, potenzielle Anwendungsfelder für die Agententechnologie identifizieren zu können. Außerdem sollen sie die Grenzen dieser Technologie erkennen können.
Werkzeuge:
Eine Einführung in die am Fachgebiet AOT entwickelte Agentenplattform JIAC bringt den Studierenden beispielhaft die Möglichkeiten der Werkzeugunterstützung für die Agentenentwicklung nahe.
Veranstaltungskalender
Termin | Thema | Inhalte und Lernziele |
18.10.2006 | Organisatorisches | |
25.10.2006 | Einführung: Agenten und Agentensysteme | Einen Überblick über das Thema AOT und die inhaltliche Gliederung der Vorlesung vermittelt bekommen, die wichtigsten Einflussgebiete der AOT kennen lernen. Mit wichtigen Begriffen, insbesondere Agent, Agentensystem, Umgebung und Rationalität vertraut werden. |
01.11.2006 | Ontologien | Verstehen, was eine Ontologie ist und welche Bedeutung sie für die Kommunikation und Wissensverarbeitung hat. Diskussion von Chancen und Grenzen der Anwendung von Ontologien, der Wiederverwendbarkeit und des Ontology Engineering. Wichtige Konzepte von Ontologiesprachen werden am Beispiel der Ontology Web Language (OWL) vermittelt. |
08.11.2006 | Sprechakttheorie | Agenten kommunizieren mittels Sprechakten. Die Sprechakttheorie begreift Kommunikation als eine Form des Handelns. Der Zusammenhang zwischen Sprechakten und Ontologien wird erklärt, die wichtigsten Nachrichtentypen der FIPA-Agent Communication Language werden vorgestellt. Aus Sprechakten lassen sich Interaktionsprotokolle komponieren. Eine UML-Notation zur Beschreibung von Interaktionsprotokollen wird vorgestellt, einfache Interaktionsprotokolle beispielhaft erklärt, Vor- und Nachteile der Sprechaktkommunikation diskutiert. |
15.11.2006 | Cooperative Distributed Problem Solving: Task Sharing | Interaktionsprotokolle sind ein wichtiges Mittel zur Koordination. Kooperative Agenten koordinieren sich über das verteilte, gemeinsame Lösen von Aufgaben. Aufgaben können per Delegation oder Ausschreibung an andere Agenten abgegeben werden. Task Sharing beschreibt den kooperativen Problemlöseprozess, der aus Aufgabenzerlegung, -verteilung, -lösung und Lösungssynthese besteht. Facilitators sind Vermittleragenten, die verantwortlich sind für das Brokering von Informationen und Aufgaben. Standardisierte Protokolle für Brokering, Matchmaking sowie das Contract-Net-Protokoll zur Verteilung von Aufgaben werden vorgestellt. |
22.11.2006 | Cooperative Distributed Problem Solving: Result Sharing | Result Sharing als Problemlösungsstrategie kennen lernen, die mit dem Einsatz von Blackboards umgesetzt wird. Eine typische Result Sharing-Anwendung aus dem Bereich des Distributed Sensing (verteilte Sensorik) kennen lernen. Vor- und Nachteile dieser Kooperationsform im Vergleich zum Task Sharing diskutieren. |
29.11.2006 | Koordination / Mechanism Design 1: Spieltheorie | Die Entscheidungstheorie bietet Instrumente für rationales Handeln in unterschiedlichen Situationen. Ein wichtiger Bereich ist die Spieltheorie, die strategisches Verhalten von Agenten in Konkurrenzsituationen behandelt. Hier findet Koordination ohne Kommunikation statt. Wichtige Begriffe sind Rationalität, Utility, Präferenzen, Strategie. Eine Einführung in die Problemstellungen des Mechanism Design wird gegeben. |
06.12.2006 | Koordination / Mechanism Design 2: Kooperative Spiele und Wahlen | Kooperative Spiele und Koalitionen. Wahlen als Mechanismen zur Entscheidungsfindung, existiert ein optimaler Wahl-Mechanismus? Die Antwort gibt Arrows Impossibility Theorem. Clarke Tax als Steuerungsinstrument zur wahrheitsgetreuen Stimmabgabe. |
13.12.2006 | Koordination / Mechanism Design 3: Auktionen | Auktionen als Mechanismus zur Ermittlung von Marktpreisen kennen lernen. Theorie und praktische Anwendbarkeit verschiedener Typen von Auktionen in Agentensystemen begreifen. Effizienz und Fairness sind wichtige Entwurfsentscheidungen für Auktionsmechanismen. Die Stabilität verschiedener Auktionsformen gegenüber Kollusionen (Kartelle) diskutieren. Negotiations (Verhandlungen) sind Gegenstand weiterer Interaktionsprotokolle mit dem Ziel, Koordination durch Einigung zu erreichen. |
20.12.2006 | Belief, Desire, Intention 1 | Theorie und Praxis mentaler Zustände in Agenten: Agenten entscheiden, handeln und kommunizieren auf Basis ihres Wissens (Beliefs), ihrer Ziele (Goals) und Absichten (Intentions). In der Praxis basieren die meisten Agentenframeworks auf BDI-Architekturen. Die Theorie mentaler Zustände bietet verschiedene Axiomatisierungen, um Eigenschaften wie „Ehrlichkeit“ auszudrücken. Wichtige Begriffe: Intentional Stance, Practical Reasoning, Optimalität und Rationalität, BDI-Architektur, Commitment-Strategien, Intention Reconsideration, Bold Agents, Cautious Agents, Modallogik, Possible Worlds Semantik. |
Weihnachten | ||
10.01.2007 | Belief, Desire, Intention 2 | Default Logik erweitert klassische Prädikatenlogik um die Möglichkeit, sinnvolle Schlussfolgerungen bei Mangel an Wissen durchzuführen und gegebenenfalls falsche Annahmen später zurückzunehmen (nichtmonotones Schließen). Anhand des BOID-Ansatzes werden verschiedene Verarbeitungsmodelle für Modallogiken in BDI-Architekturen exemplarisch vorgestellt und miteinander verglichen. Wichtige Begriffe: Default Logic, KD45, Computation Tree Logic, Axiomatisierungen. |
17.01.2007 | Kognitive Agenten | Kognitive Prozesse des Planens, Lernens und Schließens sind Grundlage intelligenter Agenten. Wesensmerkmal kognitiver Architekturen sind dementsprechend Wissensrepräsentation und -verarbeitung. Am Beispiel von SOAR wird die kognitive Architektur eines Probleme lösenden Agenten vorgestellt und Vor- und Nachteile kognitiver Agenten diskutiert. Begriffe: Problem solving agent, Symbolverarbeitung, Rationalität, Autonomie, Suchprobleme. |
24.01.2007 | Lernende Agenten | Wie lernen Agenten? Aufgrund ihrer Autonomieeigenschaft notwendigerweise unüberwacht, meisten aufgrund der Interaktion mit ihrer Umgebung durch Bestrafung und Belohnung. Architektur für lernende Agenten, Lernen in SOAR durch Chunking, Reinforcement Learning und Q Learning werden behandelt. |
31.01.2007 | Agent-Oriented Software Engineering | Agent-Oriented Software Engineering ist Software Engineering für Agentensysteme. Verschiedene Analyse- und Design-Techniken kennen lernen, insbesondere Organisations- und Rollenmodellierung anhand von Beispielen (GAIA, AALADIN/Madkit). |
07.02.2007 | Mobile Agenten und Sicherheit | Technologie, Chancen, Anwendungsfelder und Risiken mobiler Agenten kennen lernen. Schwache und starke Migration. Einführung in die Problematik der Sicherheit in verteilten Systemen. Technische Ansätze für Vertrauen und Sicherheit auf Basis von Zertifikaten, Authentifikation und Autorisierung. |
14.02.2007 | Zusammenfassung und weiter Führendes | Agents in Touch: Forschungsgebiete am DAI-Labor, Präsentationen. Organisatorisches zu den Rücksprachen. |
Voraussetzungen
Abgeschlossenes Vordiplom in Informatik oder einer verwandten Studienrichtung
Prüfungsmodalitäten, Anforderungen
Diese Lehrveranstaltung kann in eine Prüfung in den Bereichen KI, BKS und WVA eingebracht werden. Die Inhalte der Veranstaltung werden im Rahmen einer mündlichen Rücksprache überprüft.
Weitere Informationen
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Literatur
Einführungsliteratur
Lehrbücher:
- M. Wooldridge: An Introduction to Multiagent Systems. John Wiley & Sons, ISBN 0 47149691X, 2002. www.csc.liv.ac.uk/~mjw/pubs/imas/.
- G. Weiss (ed): Multiagent Systems - A Modern Approach to Distributed Artificial Intelligence. MIT Press, 1999.
Skripte:
- Agentenorientierte Software-Entwicklung (AOSE), VL an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg: http://ivs.cs.uni-magdeburg.de/~dumke/AOSE/AOSE-inhalt.html
- M. Schanz: Einführung in die Verteilte Künstliche Intelligenz, Skript zur Lehrveranstaltung, Version 2.5, Stand: 26.10.2005. http://www.ipvs.uni-stuttgart.de/abteilungen/bv/lehre/lehrveranstaltungen/vorlesungen/WS0607/VKI/VKI_material/VKI_skript.pdf
- N. Vlassis: A Concise Introduction to Multiagent Systems and Distributed AI. University of Amsterdam, 2003, http://staff.science.uva.nl/~vlassis/cimasdai/
Papers:
- M. Wooldridge, N. Jennings: Intelligent Agents: Theory and Practice. Knowledge Engineering Review 10(2), 1995. http://www.csc.liv.ac.uk/~mjw/pubs/ker95/ker95-html.html
- S. Franklin, A. Graesser: Is it an Agent, or just a Program?: A Taxonomy for autonomous Agents. In: Proc. 3rd Int. Workshop on Agent Theories, Architectures, and Languages, Springer-Verlag, 1996, S. 21-35. http://www.msci.memphis.edu/~franklin/AgentProg.html
- Mehr Material unter http://agents.umbc.edu/introduction/, z.B. J.M. Bradshaw: Introduction to Software Agents. http://agents.umbc.edu/introduction/01-Bradshaw.pdf
Journals:
- International Journal of Autonomous Agents and Multi-Agent Systems, Springer. www.springerlink.com/content/1573-7454/
Links:
- Agents: kommentierte Linkliste auf aaai.org
- Multi-Agent Systems: kommentierte Linkliste auf aaai.org
- AgentLink: http://www.agentlink.org/
- Foundation for Intelligent Physical Agents: http://www.fipa.org/
- Viele Verweise: http://agents.umbc.edu/
Ontologien
- T. Gruber: What is an Ontology?
- Ontology home page von John Sowa: http://www.jfsowa.com/ontology/
- OWL Web Ontology Language GuideL
- Großes Repository von Ontologien in verschiedenen Ontologiesprachen
- Protégé-Editor http://protege.stanford.edu/
- Racer-Reasoning Engine http://www.racer-systems.com/
- Open Source Tools für das Semantische Webhttp://projects.semwebcentral.org/
- Ontologien für Protégé: http://protege.cim3.net/cgi-bin/wiki.pl?ProtegeOntologiesLibrary
- Reasoning-Beispiele für Protégé: http://owl.man.ac.uk/2005/07/sssw/
- Protégé-Plugins, auch für Reasoning: http://protege.cim3.net/cgi-bin/wiki.pl?ProtegePluginsLibraryByTopic
Sprechakte
wird noch ergänzt
Cooperative Distributed Problem Solving
wird noch ergänzt
Spieltheorie
wird noch ergänzt
Wahlen
wird noch ergänzt
Auktionen
wird noch ergänzt
Belief, Desire, Intention
wird noch ergänzt
Kognitive Agenten
wird noch ergänzt
Lernende Agenten
wird noch ergänzt
Agent-Oriented Software Engineering
wird noch ergänzt
Mobile Agenten und Sicherheit
wird noch ergänzt
Weiter führende Themen
wird noch ergänzt
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