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Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:101
Modélisation et simulation del'environnement dans les systèmes
multi-agents(application aux robots footballeurs)
Laurent Magnin
Thèse de doctorat de l’université Paris VI
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:102
Introduction
• « La conception des environnements a souvent étéconsidérée comme un problème secondaire dans lamodélisation multi-agent… » T. Bouron
• « A computer program does what you tell it to do,not what you want it to do »
• Dès 1948 Alan Turing soutenait que seules desmachines autonomes et incarnées seraient capablesde développer une intelligence
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:103
Introduction
• L’environnement n’est pas assez étudié et pris encompte
• La programmation d’un environnement multi-agentdoit être le plus proche possible de la description deson modèle : programmation déclarative
• L’intelligence d’un agent situé passe par unedéfinition cohérente de son environnement,condition nécessaire à son autonomie
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:104
Plan de l’exposé
• Introduction
• L’environnement dans les SMA
• Plate-forme de description & simulation de cetenvironnement
• Application aux robots footballeurs
• Conclusion
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:105
Plan de l’exposé
• Introduction
• L’environnement dans les SMA
• Plate-forme de description & simulation de cetenvironnement
• Application aux robots footballeurs
• Conclusion
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Dualité des agents
• Cerveau• Commande les effecteurs
en fonctions desinformations fournies parles capteurs
Cerveau
Agent CAgent C
EffecteursCapteurs
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:107
Dualité des agents
• Cerveau• Commande les effecteurs
en fonctions desinformations fournies parles capteurs
• Objet physique• Enveloppe des agents en
contact avec sonenvironnement
Cerveau
Agent CAgent C
EffecteursCapteurs
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Caractérisation de l’environnement
• Ensemble des objetsphysiques
Agent AAgent A
Agent BAgent B
Agent CAgent C
Environnement
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Caractérisation de l’environnement
• Ensemble des objetsphysiques
• Lois du monderesponsables de ladynamique du système• Évolution des objets
physiquesAgent AAgent A
Agent BAgent B
Agent CAgent C
Environnement
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:1010
Caractérisation de l’environnement
• Ensemble des objetsphysiques
• Lois du monderesponsables de ladynamique du système• Évolution des objets
physiques
• Détermination des perceptsdes agents
Agent AAgent A
Agent BAgent B
Agent CAgent C
Environnement
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:1011
Caractérisation de l’environnement
• Ensemble des objetsphysiques
• Lois du monderesponsables de ladynamique du système• Évolution des objets
physiques• Détermination des percepts
des agents• Prise en compte des actions
Agent AAgent A
Agent BAgent B
Agent CAgent C
Environnement
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AgentAgent
Aspect physique des agents
• Défini par des attributs• P. ex. : position, capital, etc.
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:1013
AgentAgent
Aspect physique des agents
• Défini par des attributs• P. ex. : position, capital, etc.
• Régi par les lois du monde• Évolution des attributs
• Interactions avec les autres agents
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:1014
AgentAgent
Aspect physique des agents
• Défini par des attributs• P. ex. : position, capital, etc.
• Régi par les lois du monde• Évolution des attributs
• Interactions avec les autres agents
• Définition des capteurs & effecteurs• Seuls liens possibles entre le cerveau et
l’environnement / attributs
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:1015
L’action ≠ commande
• Nécessité de l’IAD : liberté dans les décisionsprises par les agents• Évolution génétique
• Auto-organisation
• Émergence
• L’agent est contraint par son environnement
• Action ≠ commande
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:1016
Plan de l’exposé
• Introduction
• L’environnement dans les SMA
• Plate-forme de description & simulation de cetenvironnement
• Application aux robots footballeurs
• Conclusion
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:1017
Plan de l’exposé
• Introduction
• L’environnement dans les SMA
• Plate-forme de description & simulation de cetenvironnement
• Application aux robots footballeurs
• Conclusion
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:1018
Plate-forme souhaitée
• Facilement programmable• Langage déclaratif
• Programmation modulaire
• Générique
• Robuste et complète• Simulation effective du modèle
• Agents contraints par leur composante physique
• Évolution en dehors de toute commande effectuée
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:1019
Plate-forme Sieme
• Dédiée à la description de l’environnement
• Non limitée à un monde discret
• Chaque agent est lié à une entité physique
• Attributs définis par des formulesmathématiques
• Encapsulation des agents : capteurs &effecteurs
• Règles environnementales
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:1020
Entité physique Sieme
• Définie au niveau de sa classe
• Attributs Sieme
• Méthodes quelconques• Ne concerne pas les attributs Sieme
• Capteurs & effecteurs• Accès aux attributs Sieme
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:1021
Attributs
• Exemple : position d’une entité
Temps (t)
Position (x)
t0
x0
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:1022
Attributs
• Exemple : position d’une entité
• Donnée par la formule : x=x0+v*Δt
Temps (t)
Position (x)
t0
x0
t
x
Δt
v
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:1023
Attributs
• Exemple : position d’une entité
• Donnée par la formule : x=x0+v*Δt
• Traduit par l’attribut : x=xT+v*(t-Tx)
Temps (t)
Position (x)
t0
x0
t
x
Δt
v
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:1024
Attributs Sieme : les points forts
• Formulation mathématique• Ne nécessite pas de programmation
• Définitions combinables• Exemple : vx=cos(direction)*v.
x =xT+vx*(t-Tx).
• Fixation intégrée : entité,x fixe• Formules fonctions du temps• Évolution indépendante des commandes passées• Valide pour toute valeur de t
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:1025
Les règles environnementales (RE)
• Pour faire évoluer le système considéré, nousdisposons :
• d’attributs fonction du temps
• d’actions effectuées par les agents
• Il faut de plus tenir compte des interactions entresentités :
• introduction des règles environnementales
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:1026
Les RE : description
• Entités concernéesballe : cercle. voiture : rectangle.
• Conditions• Absolues
balle,nom ≠ ‘toto’
• Fonction in fine du tempsballe,x = voiture,x
• Actions• Code informatique quelconque à exécuter
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:1027
Les RE : fonctionnement
Résolution des équations des conditionsRésolution des équations des conditions
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:1028
Les RE : fonctionnement
Résolution des équations des conditionsRésolution des équations des conditions
Insertion d’événementsInsertion d’événements
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:1029
Les RE : fonctionnement
Résolution des équations des conditionsRésolution des équations des conditions
Insertion d’événementsInsertion d’événements
Déclenchement du premier événementDéclenchement du premier événement
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:1030
Les RE : fonctionnement
Résolution des équations des conditionsRésolution des équations des conditions
Insertion d’événementsInsertion d’événements
Déclenchement du premier événementDéclenchement du premier événement
Détermination des configurations à revoirDétermination des configurations à revoir
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:1031
Détermination des configurations à revoirDétermination des configurations à revoir
Les RE : fonctionnement
Résolution des équations des conditionsRésolution des équations des conditions
Insertion d’événementsInsertion d’événements
Déclenchement du premier événementDéclenchement du premier événement
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:1032
Les RE : points à souligner
• L’insertion des événements est transparente
• Optimisation (calcul en O(n)) :• Seules sont effectuées les réévaluations des règles
ayant des prémisses modifiées
• Seuls sont retirés les événements dont les conditionsde créations sont modifiées
• Les autres événements sont conservés
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:1033
Intégration du comportement
• Calcul effectué par des méthodes de la classe• Intégration possible de tout modèle comportemental
• Nécessité d’utiliser les capteurs & effecteurs• Encapsulation effective de l’agent
• Le déclenchement du calcul est soit :• interne (règle interne)
p. ex : déclenchement toutes les 0,2 secondes.
• externe (règle externe)p. ex : déclenchement lors d’une collision.
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:1034
Modèle original de simulation• Constantes• Invariants
• P. ex. : vitesse, solde bancaire, etc.
• Variants• Formules mathématiques, fonctions du temps
• Périodes de stabilité• Dynamique définie par l’évolution du temps
• Perturbations• Modification des invariants
• Génération automatique des perturbations• Règles environnementales
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:1035
Plan de l’exposé
• Introduction
• L’environnement dans les SMA
• Plate-forme de description & simulation de cetenvironnement
• Application aux robots footballeurs
• Conclusion
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:1036
Plan de l’exposé
• Introduction
• L’environnement dans les SMA
• Plate-forme de description & simulation de cetenvironnement
• Application aux robots footballeurs
• Conclusion
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:1037
Le projet Microb
• De nombreuses simulations de SMA auLaforia
• Environnement plus riche : la robotiquemobile collective
• Plate-forme d’expérimentation (Laforia / LRP)
• Application principale : robots footballeurs
• Mise en place rapide et facile descomportements : simulation sur ordinateur
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:1038
Des vrais robots…
Application aux robots footballeurs
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:1039
à une simulation Sieme
Application aux robots footballeurs
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:1040
Plan de l’exposé
• Introduction
• L’environnement dans les SMA
• Plate-forme de description & simulation de cetenvironnement
• Application aux robots footballeurs
• Conclusion
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:1041
Conclusion
• L’environnement est un aspect essentiel desSMA
• L’environnement doit être clairement défini etsimulé
• Nous en proposons un modèle de descriptionet de simulation
• Ce modèle est implémenté par une plate-formegénérique : Sieme
• Cette plate-forme a été validée : projet Microb
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:1042
Fin de la présentation,
début des questions
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:1043
Définition externe d’une balle
Nom = ‘Balle n 0’.R = 5.V.Direction.vx := (direction cos) * v.vy := (direction sin) * v.x := xT + (vx*(t-Tx)).y := yT + (vy*(t-Ty)).
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:1044
Exemple de RE : rebond de balles
b1
b2
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:1045
Δx2 + Δy2 = (R1+R2)2
Exemple de RE : rebond de balles
Δy
Δx
R1+R2
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:1046
?(b1.x - b2.x)^2 + (b1.y - b2.y)^2 = (b1.R + b2.R)^2.
Exemple de RE : rebond de balles
Δy
Δx
R1+R2
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:1047
Exemple de RE : rebond de balles
Collision : | b1 b2 |b1 : Balle. b2 : Balle.
! b1 ~= b2
?(b1.x - b2.x)^2 + (b1.y - b2.y)^2 = (b1.R + b2.R)^2.
Soutenance de thèse, Laurent Magnin 09:1048
Exemple de RE : rebond de balles
• Actions:• b1,x fixe. b1,y fixe.• b2,x fixe. b2,y fixe.• (b1,x = b2,x)• ifTrue: [ b1,direction := … ]• ifFalse: [ b1,direction := …]
• seq rafraichir.
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