Choices that make you chnage your mind : a dynamic epistemic logic approach to the semantics of BDI agent programming languages

• Autor(a) principal: Souza, Marlo Vieira dos Santos e
• Data de Publicação: 2016
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: eng
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/150039
• topic: Semântica formal; Agentes inteligentes; Programacao orientada : Agentes; Agent programming; BDI agents; Belief change; Goal change; Dynamic epistemic logic; Formal semantics

Dada a importância de agentes inteligentes e sistemas multiagentes na Ciência da Computação e na Inteligência Artificial, a programação orientada a agentes (AOP, do inglês Agent-oriented programming) emergiu como um novo paradigma para a criação de sistemas computacionais complexos. Assim, nas últimas décadas, houve um florescimento da literatura em programação orientada a agentes e, com isso, surgiram diversas linguages de programação seguindo tal paradigma, como AgentSpeak (RAO, 1996; BORDINI; HUBNER; WOOLDRIDGE, 2007), Jadex (POKAHR; BRAUBACH; LAMERSDORF, 2005), 3APL/2APL (DASTANI; VAN RIEMSDIJK; MEYER, 2005; DASTANI, 2008), GOAL (HINDRIKS et al., 2001), entre outras. Programação orientada a agentes é um paradigma de programação proposto por Shoham (1993) no qual os elementos mínimos de um programa são agentes. Shoham (1993) defende que agentes autônomos e sistemas multiagentes configuram-se como uma forma diferente de se organizar uma solução para um problema computacional, de forma que a construção de um sistema multiagente para a solução de um problema pode ser entendida como um paradgima de programação. Para entender tal paradigma, é necessário entender o conceito de agente. Agente, nesse contexto, é uma entidade computacional descrita por certos atributos - chamados de atitudes mentais - que descrevem o seu estado interno e sua relação com o ambiente externo. Atribuir a interpretação de atitudes mentais a tais atributos é válida, defende Shoham (1993), uma vez que esses atributos se comportem de forma semelhante as atitudes mentais usadas para descrever o comportamento humano e desde que sejam pragmaticamente justificáveis, i.e. úteis à solução do problema. Entender, portanto, o significado de termos como ’crença’, ’desejo’, ’intenção’, etc., assim como suas propriedades fundamentais, é de fundamental importância para estabelecer linguagens de programação orientadas a agentes. Nesse trabalho, vamos nos preocupar com um tipo específico de linguagens de programação orientadas a agentes, as chamadas linguagens BDI. Linguagens BDI são baseadas na teoria BDI da Filosofia da Ação em que o estado mental de um agente (e suas ações) é descrito por suas crenças, desejos e intenções. Enquanto a construção de sistemas baseados em agentes e linguagens de programação foram tópicos bastante discutidos na literatura, a conexão entre tais sistemas e linguagens com o trabalho teórico proveniente da Inteligência Artificial e da Filosofia da Ação ainda não está bem estabelecida. Essa distância entre a teoria e a prática da construção de sistemas é bem reconhecida na literatura relevante e comumente chamada de “gap semântico” (gap em inglês significa lacuna ou abertura e representa a distância entre os modelos teóricos e sua implementação em linguagens e sistemas). Muitos trabalhos tentaram atacar o problema do gap semântico para linguagens de programação específicas, como para as linguagens AgentSpeak (BORDINI; MOREIRA, 2004), GOAL (HINDRIKS; VAN DER HOEK, 2008), etc. De fato, Rao (1996, p. 44) afirma que “O cálice sagrado da pesquisa em agentes BDI é mostrar uma correspondência 1-a-1 com uma linguagem razoavelmente útil e expressiva” (tradução nossa)1 Uma limitação crucial, em nossa opinião, das tentativas passadas de estabeler uma conexão entre linguagens de programação orientadas a agentes e lógicas BDI é que elas se baseiam em estabelecer a interpretação de um programa somente no nível estático. De outra forma, dado um estado de um programa, tais trabalhos tentam estabelecer uma interpretação declarativa, i.e. baseada em lógica, do estado do programa respresentando assim o estado mental do agente. Não é claro, entretanto, como a execução do programa pode ser entendida enquanto mudanças no estado mental do agente. A razão para isso, nós acreditamos, está nos formalismos utilizados para especificar agentes BDI. De fato, as lógicas BDI propostas são, em sua maioria, estáticas ou incapazes de representar ações mentais. O ato de revisão uma crença, adotar um objetivo ou mudar de opinião são exemplos de ações mentais, i.e. ações que são executadas internarmente ao agente e afetando somente seu estado mental, sendo portanto não observáveis. Tais ações são, em nossa opinião, intrinsecamente diferentes de ações ônticas que consistem de comportamento observável e que possivelmente afeta o ambiente externo ao agente. Essa diferença é comumente reconhecida no estudo da semântica de linguagens de programação orientadas a agentes (BORDINI; HUBNER; WOOLDRIDGE, 2007; D’INVERNO et al., 1998; MENEGUZZI; LUCK, 2009), entretanto os formalismos disponíveis para se especificar raciocínio BDI, em nosso conhecimento, não provem recursos expressivos para codificar tal diferença. Nós acreditamos que, para atacar o gap semântico, precisamos de um ferramental semântico que permita a especificação de ações mentais, assim como ações ônticas. Lógicas Dinâmicas Epistêmicas (DEL, do inglês Dynamic Epistemic Logic) são uma família de lógicas modais dinâmicas largamente utilizadas para estudar os fenômenos de mudança do estado mental de agentes. Os trabalhos em DEL foram fortemente influenciados pela escola holandesa de lógica, com maior proponente Johna Van Benthem, e seu “desvio dinâmico” em lógica (dynamic turn em inglês) que propõe a utilização de lógicas dinâmicas para compreender ações de mudanças mentais (VAN BENTHEM, 1996). O formalismo das DEL deriva de diversas vertentes do estudo de mudança epistêmica, como o trabalho em teoria da Revisão de Crenças AGM (ALCHOURRÓN; GÄRDENFORS; MAKINSON, 1985), e Epistemologia Bayesiana (HÁJEK; HARTMANN, 2010). Tais lógicas adotam a abordagem, primeiro proposta por Segerberg (1999), de representar mudanças epistêmicas dentro da mesma linguagem utilizada para representar as noções de crença e conhecimento, diferente da abordagem extra-semântica do Revisão de Crenças a la AGM. No contexto das DEL, uma lógica nos parece particulamente interessante para o estudo de programação orientada a agentes: a Lógica Dinâmica de Preferências (DPL, do inglês Dynamic Preference Logic) de Girard (2008). DPL, também conhecida como lógica dinâmica de ordem, é uma lógica dinâmica para o estudo de preferências que possui grande expressibilidade para codificar diversas atiutudes mentais. De fato, tal lógica foi empregada para o estudo de obrigações (VAN BENTHEM; GROSSI; LIU, 2014), crenças (GIRARD; ROTT, 2014), preferências (GIRARD, 2008), etc. Tal lógica possui fortes ligações com raciocínio não-monotônico e com lógicas já propostas para o estudo de atitudes mentais na área de Teoria da Decisão (BOUTILIER, 1994b) Nós acreditamos que DPL constitui um candidato ideal para ser utilizado como ferramental semântico para se estudar atitudes mentais da teoria BDI por permitir grande flexibilidade para representação de tais atitudes, assim como por permitir a fácil representação de ações mentais como revisão de crenças, adoção de desejos, etc. Mais ainda, pelo trabalho de Liu (2011), sabemos que existem representações sintáticas dos modelos de tal lógica que podem ser utilizados para raciocinar sobre atitudes mentais, sendo assim candidatos naturais para serem utilizados como estruturas de dados para uma implementação semanticamente fundamentada de uma linguagem de programação orientada a agentes. Assim, nesse trabalho nós avançamos no problema de reduzir o gap semântico entre linguagens de programação orientadas a agentes e formalismos lógicos para especificar agentes BDI. Nós exploramos não somente como estabelecer as conexões entre as estruturas estáticas, i.e. estado de um programa e um modelo da lógica, mas também como as ações de raciocínio pelas quais se especifica a semântica formal de uma linguagem de programação orientada a agentes podem ser entendidas dentro da lógica como operadores dinâmicos que representam ações mentais do agente. Com essa conexão, nós provemos também um conjunto de operações que podem ser utilizadas para se implementar uma linguagem de programação orientada a agentes e que preservam a conexão entre os programas dessa linguagem e os modelos que representam o estado mental de um agente. Finalmente, com essas conexões, nós desenvolvemos um arcabouço para estudar a dinâmica de atitudes mentais, tais como crenças, desejos e inteções, e como reproduzir essas propriedades na semântica de linguagens de programação.