[論文レビュー] Relating Knowledge and Coordinated Action: The Knowledge of Preconditions Principle

Yoram Moses|arXiv (Cornell University)|Jun 24, 2016

Logic, Reasoning, and Knowledge被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、知識の前件条件原則（KoP）を導入する。KoPは、ある条件φがエージェントが行動αを遂行するために必要であるならば、そのφを知っていることも、αを遂行するために必要であると主張する。KoPは、知識と協調的行動との間の関係を形式化し、同時に行動するには共通知識が必要であり、順序付けられた行動をとるにはネストされた知識が必要であることを示しており、分散システムやコンSENSUSプロトコルへの応用がある。

ABSTRACT

The Knowledge of Preconditions principle (KoP) is proposed as a widely applicable connection between knowledge and action in multi-agent systems. Roughly speaking, it asserts that if some condition is a necessary condition for performing a given action A, then knowing that this condition holds is also a necessary condition for performing A. Since the specifications of tasks often involve necessary conditions for actions, the KoP principle shows that such specifications induce knowledge preconditions for the actions. Distributed protocols or multi-agent plans that satisfy the specifications must ensure that this knowledge be attained, and that it is detected by the agents as a condition for action. The knowledge of preconditions principle is formalised in the runs and systems framework, and is proven to hold in a wide class of settings. Well-known connections between knowledge and coordinated action are extended and shown to derive directly from the KoP principle: a "common knowledge of preconditions" principle is established showing that common knowledge is a necessary condition for performing simultaneous actions, and a "nested knowledge of preconditions" principle is proven, showing that coordinating actions to be performed in linear temporal order requires a corresponding form of nested knowledge.

研究の動機と目的

• マルチエージェントシステムにおける知識と協調的行動の間の形式的関係を確立すること。
• 行動のための必要条件が、その行動が遂行可能になる前にエージェントによって知られている必要があることを示すこと。
• 既知の共通知識およびネストされた知識に関する結果を、KoP原則から導出することで拡張すること。
• KoPの実用性が、分散プロトコルやコンセンサスアルゴリズムの設計・分析にどのように役立つかを示すこと。

提案手法

• 分散システムのランとシステムフレームワーク内にKoPを形式化すること。
• φが行動αの必要条件であるならば、エージェントiがαを遂行するためにはK_iφ（エージェントiがφを知っていること）も必要条件であると証明すること。
• KoPから「前件条件の共通知識の原則」を導出すること：同時に行動するには、その前件条件の共通知識が必要である。
• 「ネストされた前件条件の知識の原則」を確立すること：時間的順序に従って行動を調整するには、ネストされた知識構造が必要である。
• KoPを用いて最適なコンセンサスプロトコルを分析・設計すること、特に知識条件を繰り返し適用することで実現すること。
• KoPを、時間制限付きの協調的タスクにおける知識条件のベクトル固定点に応用すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マルチエージェントシステムにおいて、知識をどのようにして協調的行動の前件条件と正式に結びつけることができるか？
• RQ2 エージェントが同時に行動するか、特定の時間的順序に従って行動するには、どのような知識形式（共通知識かネストされた知識か）が必要か？
• RQ3 KoPを用いて、たとえばコンセンサスアルゴリズムのような分散システムにおける最適プロトコルを導出できるか？
• RQ4 行動仕様における必要条件が、どのような認識的条件を引き起こすか？
• RQ5 KoPは、分散システムにおける知識と協調の既存の結果をどのように統合・一般化するか？

主な発見

• 知識の前件条件原則（KoP）は、広範なクラスの分散システムモデルにおいて正式に成立することが証明された。
• 同時に協調的行動を遂行するためには、前件条件の共通知識が必要である。
• 所定の線形的時間的順序に従って行動を調整するには、ネストされた知識構造が必要である。
• KoPは、最適なコンセンサスプロトコル（例：最初の無敗コンセンサスプロトコル）を導出する基盤を提供する。
• KoPは、非同期システムにおいてネストされた知識を達成するためにメッセージチェーンが不可欠であることを説明する。
• KoPは、時間制約のある状況下で、知識条件のベクトル固定点を用いて複雑な協調的タスクを分析可能にする。