[论文解读] 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 8

一句话总结

本文提出了前提知识原则（KoP），该原则指出：若条件φ是某代理执行动作α的必要条件，则知道φ也是执行α的必要条件。KoP形式化了知识与协调行动之间的联系，表明同时行动需要共同知识，而有序行动则需要嵌套知识，其在分布式系统和共识协议中有应用。

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.

研究动机与目标

• 建立多智能体系统中知识与协调行动之间形式化联系。
• 表明行动的必要条件必须为代理所知晓，才能执行该行动。
• 通过从KoP原则推导出已知的共同知识与嵌套知识结果，加以扩展。
• 展示该原则在设计与分析分布式协议和共识算法中的实用性。

提出的方法

• 在分布式系统运行与系统框架内形式化KoP。
• 证明：若φ是动作α的必要前提条件，则K_iφ也是代理i执行α的必要条件。
• 从KoP推导出共同前提知识原则：同时执行动作需要其前提条件的共同知识。
• 建立嵌套前提知识原则：按时间顺序协调动作需要嵌套知识结构。
• 利用KoP分析与设计最优共识协议，特别是通过迭代应用知识条件。
• 将KoP应用于时间约束协调任务中的知识条件向量固定点。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在多智能体系统中，形式化知识与协调行动前提条件之间的联系？
• RQ2 为使代理能够同时或按特定时间顺序执行动作，需要何种类型的知识——共同知识还是嵌套知识？
• RQ3 KoP能否用于推导分布式系统中的最优协议，如共识算法？
• RQ4 行动规范中的必要条件会引发何种认识论条件？
• RQ5 KoP如何统一并推广分布式系统中知识与协调的现有成果？

主要发现

• 前提知识原则（KoP）在一大类分布式系统模型中被形式化证明成立。
• 共同前提知识是执行同时协调动作的必要条件。
• 为按指定线性时间顺序协调动作，需要嵌套知识结构。
• KoP为推导最优共识协议（如首个不可超越的共识协议）提供了基础。
• KoP解释了为何消息链在异步系统中实现嵌套知识至关重要。
• KoP使在时间受限环境下，通过知识条件的向量固定点分析复杂协调任务成为可能。