[論文レビュー] Cooperative Epistemic Multi-Agent Planning for Implicit Coordination

Thorsten Engesser, Thomas Bolander+2 more|Technical University of Denmark, DTU Orbit (Technical University of Denmark, DTU)|Mar 7, 2017

Logic, Reasoning, and Knowledge被引用数 9

ひとこと要約

本稿は、動的知識論（DEL）を用いて、通信を計画可能な知識的行動としてモデル化し、他者の知識を視点の入れ替えによって推論することで、明示的な交渉を経ない共同計画を可能にする分散型知識的計画フレームワークを提案する。主な貢献は、暗黙的連携の順次的および条件的計画を形式的に定義し、ネストされた知識の推論を用いて正しく連携を実現する計画者を実装した点であり、ロシアのカード問題や手紙伝達問題といったベンチマークでスケーラブルな性能を示した。

ABSTRACT

Epistemic planning can be used for decision making in multi-agent situations with distributed knowledge and capabilities. Recently, Dynamic Epistemic Logic (DEL) has been shown to provide a very natural and expressive framework for epistemic planning. We extend the DEL-based epistemic planning framework to include perspective shifts, allowing us to define new notions of sequential and conditional planning with implicit coordination. With these, it is possible to solve planning tasks with joint goals in a decentralized manner without the agents having to negotiate about and commit to a joint policy at plan time. First we define the central planning notions and sketch the implementation of a planning system built on those notions. Afterwards we provide some case studies in order to evaluate the planner empirically and to show that the concept is useful for multi-agent systems in practice.

研究の動機と目的

• エージェント間で知識や能力が分散されている分散型マルチエージェント計画の課題に対処すること。
• エージェントが知識的推論を通じて他者の行動を予測できるようにすることで、明示的な交渉や共同ポリシーの承認を不要にする。
• 知識的状態における視点の入れ替えを用いて、暗黙的連携を伴う順次的および条件的計画を形式的に定式化すること。
• 現実のマルチエージェント状況で暗黙的連携計画を生成可能な計画者を実装し、実験的に評価すること。
• 知識的計画と視点の入れ替えが、古典的パスファインディングと比較して線形のオーバーヘッドで正しく連携を達成できることを示すこと。

提案手法

• 視点の入れ替えを可能にするように、DELに基づく知識的計画フレームワークを拡張し、エージェントが他者の知識や能力を推論できるようにする。
• すべての通信的行動を、物理的（オンティック）行動と同様に計画可能な知識的行動としてモデル化する。
• 解の探索に知識的状態空間上の幅優先探索を用い、通常のグラフ（順次的計画）とAND-ORグラフ（条件的計画）を区別する。
• ネストされた知識状態を推論できる計画者を実装し、共有知識と視点の入れ替えに基づいて他者の行動を予測可能にする。
• ロシアのカード問題や、ネットワークトポロジーが異なる2つの手紙伝達シナリオ（MailTellとMailCheck）といったベンチマーク問題にフレームワークを適用する。
• 世界間で排他的な事前条件を追跡する状態空間探索を採用し、古典的パスファインディングと比較して線形のオーバーヘッドを維持する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 明示的な協調や共同ポリシーの承認を要しない分散型でマルチエージェント計画をどのように構築できるか？
• RQ2 他者の知識や行動を視点の入れ替えを通じて推論することで、エージェントが暗黙的連携を実現できる形式的フレームワークは何か？
• RQ3 動的知識論フレームワーク内で、順次的および条件的暗黙的連携計画をどのように定義し、計算できるか？
• RQ4 ネストされた知識状態における知識的推論を維持する際の計算コストは、古典的計画と比較してどの程度か？
• RQ5 知識的計画と視点の入れ替えが、デッドロックやライブロックを引き起こさずにスケーラブルかつ正しく連携を達成するシナリオは何か？

主な発見

• 計画者は、エージェントが発表などの知識的行動を通じて共同目標を達成するロシアのカード問題について、暗黙的連携計画を正常に生成した。
• MailTellシナリオでは、エージェントが公開して手紙を渡し、受取人を秘密裏に通知できるが、計画者は最小限のオーバーヘッドで直接経路を発見し、最短経路と同等の計画長を達成した。
• MailCheckシナリオでは、知識が限定されているため条件的計画が必要であり、計画者は全エージェントを経由する完全な経路を計算したが、想定通り実行時間は指数関数的に増加した。
• 50エージェントのMailTellでは、問題を解く平均時間が3.6秒であったのに対し、30エージェントのMailCheckでは38.76秒に達した。これは条件的計画の複雑さが高まっていることを示している。
• 1状態あたりの知識的世界数はエージェント数によって上限に達し、古典的パスファインディングと比較して線形のオーバーヘッドにとどまった。これはスケーラビリティが裏付けられたことを示している。