Defeasible Argumentation for Cooperative Multi-Agent Planning

Abstract

[EN] Multi-Agent Systems (MAS), Argumentation and Automated Planning are three lines of investigations within the field of Artificial Intelligence (AI) that have been extensively studied over the last years. A MAS is a system composed of multiple intelligent agents that interact with each other and it is used to solve problems whose solution requires the presence of various functional and autonomous entities. Multi-agent systems can be used to solve problems that are difficult or impossible to resolve for an individual agent. On the other hand, Argumentation refers to the construction and subsequent exchange (iteratively) of arguments between a group of agents, with the aim of arguing for or against a particular proposal. Regarding Automated Planning, given an initial state of the world, a goal to achieve, and a set of possible actions, the goal is to build programs that can automatically calculate a plan to reach the final state from the initial state.

The main objective of this thesis is to propose a model that combines and integrates these three research lines. More specifically, we consider a MAS as a team of agents with planning and argumentation capabilities. In that sense, given a planning problem with a set of objectives, (cooperative) agents jointly construct a plan to satisfy the objectives of the problem while they defeasibly reason about the environmental conditions so as to provide a stronger guarantee of success of the plan at execution time. Therefore, the goal is to use the planning knowledge to build a plan while agents beliefs about the impact of unexpected environmental conditions is used to select the plan which is less likely to fail at execution time. Thus, the system is intended to return collaborative plans that are more robust and adapted to the circumstances of the execution environment.

In this thesis, we designed, built and evaluated a model of argumentation based on defeasible reasoning for planning cooperative multi-agent system. The designed system is independent of the domain, thus demonstrating the ability to solve problems in different application contexts. Specifically, the system has been tested in context sensitive domains such as Ambient Intelligence as well as with problems used in the International Planning Competitions.

[ES] Dentro de la Inteligencia Artificial (IA), existen tres ramas que han sido ampliamente estudiadas en los últimos años: Sistemas Multi-Agente (SMA), Argumentación y Planificación Automática. Un SMA es un sistema compuesto por múltiples agentes inteligentes que interactúan entre sí y se utilizan para resolver problemas cuya solución requiere la presencia de diversas entidades funcionales y autónomas. Los sistemas multiagente pueden ser utilizados para resolver problemas que son difíciles o imposibles de resolver para un agente individual. Por otra parte, la Argumentación consiste en la construcción y posterior intercambio (iterativamente) de argumentos entre un conjunto de agentes, con el objetivo de razonar a favor o en contra de una determinada propuesta. Con respecto a la Planificación Automática, dado un estado inicial del mundo, un objetivo a alcanzar, y un conjunto de acciones posibles, el objetivo es construir programas capaces de calcular de forma automática un plan que permita alcanzar el estado final a partir del estado inicial.

El principal objetivo de esta tesis es proponer un modelo que combine e integre las tres líneas anteriores. Más específicamente, nosotros consideramos un SMA como un equipo de agentes con capacidades de planificación y argumentación. En ese sentido, dado un problema de planificación con un conjunto de objetivos, los agentes (cooperativos) construyen conjuntamente un plan para resolver los objetivos del problema y, al mismo tiempo, razonan sobre la viabilidad de los planes, utilizando como herramienta de diálogo la Argumentación. Por tanto, el objetivo no es sólo obtener automáticamente un plan solución generado de forma colaborativa entre los agentes, sino también utilizar las creencias de los agentes sobre la información del contexto para razonar acerca de la viabilidad de los planes en su futura etapa de ejecución. De esta forma, se pretende que el sistema sea capaz de devolver planes colaborativos más robustos y adaptados a las circunstancias del entorno de ejecución.

En esta tesis se diseña, construye y evalúa un modelo de argumentación basado en razonamiento defeasible para un sistema de planificación cooperativa multiagente. El sistema diseñado es independiente del dominio, demostrando así la capacidad de resolver problemas en diferentes contextos de aplicación. Concretamente el sistema se ha evaluado en dominios sensibles al contexto como es la Inteligencia Ambiental y en problemas de las competiciones internacionales de planificación.

[CA] Dins de la intel·ligència artificial (IA), hi han tres branques que han sigut àmpliament estudiades en els últims anys: Sistemes Multi-Agent (SMA), Argumentació i Planificació Automàtica. Un SMA es un sistema compost per múltiples agents intel·ligents que interactúen entre si i s'utilitzen per a resoldre problemas la solución dels quals requereix la presència de diverses entitats funcionals i autònomes. Els sistemes multiagente poden ser utilitzats per a resoldre problemes que són difícils o impossibles de resoldre per a un agent individual. D'altra banda, l'Argumentació consistiex en la construcció i posterior intercanvi (iterativament) d'arguments entre un conjunt d'agents, amb l'objectiu de raonar a favor o en contra d'una determinada proposta. Respecte a la Planificació Automàtica, donat un estat inicial del món, un objectiu a aconseguir, i un conjunt d'accions possibles, l'objectiu és construir programes capaços de calcular de forma automàtica un pla que permeta aconseguir l'estat final a partir de l'estat inicial.

El principal objectiu d'aquesta tesi és proposar un model que combine i integre les tres línies anteriors. Més específicament, nosaltres considerem un SMA com un equip d'agents amb capacitats de planificació i argumentació. En aquest sentit, donat un problema de planificació amb un conjunt d'objectius, els agents (cooperatius) construeixen conjuntament un pla per a resoldre els objectius del problema i, al mateix temps, raonen sobre la viabilitat dels plans, utilitzant com a ferramenta de diàleg l'Argumentació. Per tant, l'objectiu no és només obtindre automàticament un pla solució generat de forma col·laborativa entre els agents, sinó també utilitzar les creences dels agents sobre la informació del context per a raonar sobre la viabilitat dels plans en la seua futura etapa d'execució. D'aquesta manera, es pretén que el sistema siga capaç de tornar plans col·laboratius més robustos i adaptats a les circumstàncies de l'entorn d'execució.

En aquesta tesi es dissenya, construeix i avalua un model d'argumentació basat en raonament defeasible per a un sistema de planificació cooperativa multiagent. El sistema dissenyat és independent del domini, demostrant així la capacitat de resoldre problemes en diferents contextos d'aplicació. Concretament el sistema s'ha avaluat en dominis sensibles al context com és la inte·ligència Ambiental i en problemes de les competicions internacionals de planificació.