Littérature scientifique sur le sujet « Systèmes multi-agents (SMA) »

L’objectif de cet article est de comparer une approche statistique, l’analyse des données (AD) et une approche de simulation, les systèmes multi-agents (SMA). Ces deux familles de méthodes sont a priori considérées comme représentatives d’une approche numérique, respectivement symbolique, de la modélisation spatiale. Le cas d’application qui est mobilisé tout au long de l’article est celui de la ségrégation de l’espace scolaire en Île-de-France. En premier lieu sont explicitées et discutées les différentes étapes menant d’une question thématique à l’opérationnalisation d’une méthodologie d’analyse statistique ou de simulation destinée à analyser cette question. Pour effectuer cette comparaison, on développe un cadre conceptuel à l’interface entre les deux, qui permet de vérifier la compatibilité entre les arrières plans théoriques associés aux domaines thématiques et de modélisation en jeu. Ce cadre conceptuel prend appui sur une démarche ontologique qui est ensuite présentée. Celle-ci permet d’identifier les complémentarités entre AD et SMA et de montrer comment ces deux méthodes peuvent dialoguer dans le cadre d’une même recherche. Nous montrons combien les aspects numériques et symboliques sont finalement étroitement imbriqués au sein même de chacune de ces méthodes. Cette imbrication permet de construire une « spirale d’interactions » entre les deux familles de méthodes dont l’intérêt est illustré par les va et vient entre les phases d’analyse de structure et de simulation dynamique dans le cas de la ségrégation scolaire.

The classical theory of the graphs used to describe the networks considers the nodes in a homogeneous way. However the heterogeneity of space implies a variability of the conditions of circulation and thus of the emissions. The algorithmic transformation of an unspecified graph into cellular graph is possible by the theory of graphs. A fine description of an urban network increases the description of the networks to locate urban structure. The creation of a Multi-Agent System simulating displacements of the vehicles on the graph according to rules makes it possible to evaluate not only the constraints imposed by the network but also those imposed by the traffic. The association of the cellular graphs and the SMA allows to precise the localisation of the emissions on the network and to measure the impacts of installations on these last. La théorie classique des graphes utilisée pour décrire les réseaux considère les carrefours de manière homogène. Or l’hétérogénéité de l’espace implique une forte variabilité des conditions de circulation et donc des émissions. La transformation algorithmique d'un graphe quelconque en graphe cellulaire est rendue possible par l’intermédiaire de la théorie des graphes. Une description fine d’un réseau urbain enrichit la description des réseaux en localisant précisément des aménagements. La création d’un Système Multi-Agents simulant les déplacements des véhicules sur le graphe en fonction de règles permet d’évaluer non seulement les contraintes imposées par le réseau mais aussi celles imposées par le trafic. L’association des graphes cellulaires et des SMA offre l’opportunité de localiser très précisément les émissions sur le réseau et de mesurer les impacts de certains aménagements sur ces dernières.

Deux principales approches ont été identifiées parmi les théories économiques issues des travaux de Simon : l'écologie organisationnelle et le management stratégique. Elles étudient séparément les deux principaux problèmes de sélection (matérialisée par l'intégration des formes organisationnelles) et d'adaptation. De récentes réflexions s'orientent vers l'unification des deux approches. Cependant, aucun modèle, à notre connaissance, n'a encore été proposé pour étudier simultanément les deux problèmes jusque-là abordés indépendamment. Ceci est notamment dû à la complexité des systèmes économiques. Le but de la thèse est de palier cette lacune en suggérant un modèle qui intègre les deux niveaux firmes et formes organisationnelles. Notre solution est basée sur l'utilisation des systèmes multi-agents adaptatifs. Nous montrons donc que les systèmes multi-agents adaptatifs permettent d'étudier les deux problèmes (adaptation et sélection) simultanément et que l'adaptation ne se limite pas aux agents mais est aussi présente au niveau des formes organisationnelles. La première partie de la thèse a permis de montrer l'intérêt des agents adaptatifs pour modéliser les firmes. Elle nous a permis aussi de mettre en évidence l'intérêt et les problèmes engendrés par l'utilisation des techniques d'apprentissage dans un contexte multi-agents. La deuxième partie correspond à la modélisation des formes organisationnelles et leur relation avec les firmes afin de vérifier qu'il existe une boucle où toute variation des formes organisationnelles est interprétée par les firmes pour leur adaptation et où l'adaptation des firmes engendre des variations dans les formes organisationnelles<br>Two main economic theories were identified among the economic theories which appear after Simon work: organizational ecology and strategic management. They investigate independently the problems of selection (embodying the integration of organizational forms) and adaptation. Recent research orientations focused on unifying the two approaches. However, no research studied merged these two approaches considered so far as independent. This is most likely due to the complexity of economic systems. This thesis defines a complete economic model integrating firms and organisational forms using an approach based on adaptive multi-agent systems. We show that adaptive multi-agent systems are well suited for the adaptation and selection problem and that the adaptation is not simply a feature of agents but also present at the organizational forms level. The first part of the thesis shows the advantages of using adaptive agents in modelling firms while highlighting the problems caused by the use of learning techniques in a multi-agent context. The second part models organizational forms and their interaction with firms. It proves the existence of a loop where each variation in the organizational forms is interpreted by firms which accordingly adapt, and where the adaptation of firms generates variations at the form level

Le travail présenté dans ce document s'articule autour de la notion d'interaction dans les systèmes multi-agents (SMA) cognitifs (c'est-à-dire que chaque agent utilise un mécanisme de décision qui dépasse ses capacités de réactions aux stimuli du système et des autres agents), faiblement couplés (c'est-à-dire que les agents ne disposent d'aucune information a priori sur les capacités des autres agents) et ouverts (c'est-à-dire que les interactions ne peuvent pas s'appuyer a priori sur la présence ou l'absence d'autres agents). Les agents de ces systèmes doivent donc s'adapter en cours d'exécution au contexte en fonction des objectifs définis soit a priori, soit en cours d'exécution par l'utilisateur ou par d'autres agents. Notre étude porte sur deux aspects fondamentaux des interactions dans un SMA : la composition des fonctionnalités des agents et la gestion de l'hétérogénéité sémantique. Après avoir re-défini les notions clefs d'agents, de SMA et d'interaction (chapitre 1), nous montrons qu'il est nécessaire dans un contexte ouvert et faiblement couplé que les agents disposent de capacités d'introspection pour se coordonner. Nous définissons précisément les notions d'actions et d'interactions que nous utilisons dans nos travaux. Nous présentons ensuite (chapitre 2) un panorama des travaux existants dans les domaines de la composition de services, de la coordination multi-agents et de la programmation orientée agent et nous montrons qu'ils soulèvent un ensemble de questions communes. Nous définissons ensuite notre modèle d'agent (chapitre 3) et notre modèle d'interaction fondé sur un ensemble de performatifs spécifiques. Nous proposons alors (chapitre 4) deux approches complémentaires pour la composition des fonctionnalités des agents, la première fondée sur la chorégraphique dynamique de services, la seconde sur l'apprentissage par renforcement dans un cadre non-markovien. Nous proposons ensuite (chapitre 5) une solution pour gérer le problème de l'hétérogénéité sémantique entre les agents. Enfin, nous concluons sur les questions soulevées par notre tentative de définition d'un cadre unificateur pour l'interaction dans les SMA ouverts et hétérogènes.

L'équipe de recherche informatique de notre université travaille en modélisation et en simulation afin d'étudier de manière holistique les systèmes naturels complexes.Dans ce travail, nous nous sommes fixés comme objectif d'utiliser la simulation informatique comme éprouvette virtuelle afin de concevoir un outil d'aide à la décision dans un contexte pluridisciplinaire.L'enjeu central de notre travail est de proposer un modèle exécutable suffisamment générique pour permettre l'aide à la décision et de l'utiliser dans le cas de la modélisation d'une pêcherie. Nous proposons d'appliquer nos travaux à la gestion des stocks de poissons en Corse.Ceci nous a conduits à suivre la démarche suivante : la première étape est la représentation du système complexe. Pour cela nous avons cherché un paradigme pour représenter des composants à structure hiérarchique capables d’interactions et d'autonomie de décision. Le paradigme agent se prête très bien à la représentation de systèmes complexes bio-économiques.Ensuite, la question de la robustesse de l’approche s’est posée. Pour cela nous nous sommes rapprochés de la théorie de la modélisation et de la simulation (TM\&amp;S) proposée par B.P. Zeigler. Dans notre cas, le formalisme PDEVS peut être considéré comme un formalisme unificateur et pivot.En effet, celui-ci permet d'inclure d'autres concepts, on parle de multi-modélisation. Nous le complétons notamment avec le paradigme agent afin de bénéficier de son expressivité et de sa faculté à décrire simplement des entités (les agents), leurs interactions mutuelles, ainsi l'environnement dans lequel elles évoluent. Enfin, pour respecter un cadre formel, indispensable au travail préalable de conceptualisation, nous utilisons la formalisation DPDEMAS proposée R.Franceschini et déjà développé dans notre équipe. En effet, cette formalisation offre dans sa forme originale une analogie intéressante entre un Système Multi-Agents (SMA) et les modèles PDEVS etDSDE (version dynamique de PDEVS). Nous y retrouvons une description de l'agent à partir d'un corps qui modélise sa représentation physique dans un environnement, ainsi qu'à partir d'un esprit qui est le lieu des prises de décision.Ceci nous a amené à nous pencher sur la problématique de la prise de décision. L'enjeu central était donc de proposer un modèle exécutable suffisamment générique pour permettre l'aide à la décision et de l'utiliser dans le cas de la modélisation d'une pêcherie. Pour cela, nous proposons une approche mettant à disposition des agents des briques inspirées de Soar. Une brique d’optimisation permettant d’affiner les décisions des agents. Une brique d'apprentissage par renforcement permettant aux agents de compléter leurs connaissances dans une situation donnée.Nous complétons cette description par un premier exemple didactique avant d’appliquer notre approche à deux exemples de modélisation d’un système de pêcherie basé sur 50 ans de données.Le premier exemple est un modèle à 5 composants pour simuler des scénarios avec quotas.Le second exemple est un modèle à 6 composants pour simuler lui aussi des scénarios avec quotas,avec en plus la prise en compte de l'espace et des migrations entre zones. Néanmoins, ces deux modèles, n'ont pour objectif que de valider notre approche. En effet, si grâce à ces deux exemples,nous obtenons des résultats cohérents nous permettant de valider leur comportement, ces modèles sont purement théoriques et ne représentent pas suffisamment bien la réalité du système pour pouvoir être utilisés en l'état pour aider à la gestion des ressources halieutiques.Les perspectives que nous envisageons par la suite sont d’une part l’intégration de nouvelles méthodes d’apprentissage et de décision, et d’autre part de développer un modèle de pêcherie plus représentatif de la réalité ou encore d’utiliser notre approche pour traiter d’autres cas d’études<br>The computer science research team at our university works in modelling and simulation to studycomplex natural systems in a holistic way.In this work, we have set ourselves the goal of using computer simulation as a virtual laboratory todesign a decision support tool in a multidisciplinary context.The focus of our work is to propose a generic executable model to allow decision support and to useit towards the modelling of a fishery system. We propose to apply our work to the management offish stocks in Corsica.This led us to the following approach: the first step is the representation of the complex system.For this we have looked for a paradigm to represent components within a hierarchical structurecapable of interactions and autonomous decision making.The agent paradigm lends itself very well to the representation of complex bio-economic systems.Then, the question of the robustness of the approach arose. For this purpose, we used the theory ofmodeling and simulation (TM\&amp;S) proposed by B.P. Zeigler. In our case, the PDEVS formalism canbe considered as a unifying and pivotal formalism. It allows the inclusion of other concepts, we speakof multi-modeling.We complement it with the agent paradigm in order to benefit from itsexpressiveness and its ability to describe entities (the agents) simply, their mutual interactions, andthe environment in which they evolve. Finally, in order to respect a formal framework, essential to thepreliminary work of conceptualization, we use the DPDEMAS formalization proposed by R.Franceschini and already developed in our team. This formalization offers in its original form aninteresting analogy between a Multi-Agent System (MAS) and the PDEVS and DSDE models(dynamic version of PDEVS). We find a description of the agent from a body which models itsphysical representation in an environment, as well as from a mind which is the place of decisionmaking.This led us to consider the problem of decision making. The central issue was therefore to proposean executable model that is sufficiently generic to allow decision support and to use it in the case ofmodeling a fishery. To do so, we propose an approach that provides agents with bricks inspired bySoar. An optimization brick allowing to refine the agents' decisions. A reinforcement learning brickallowing agents to develop their knowledge in a given situation.We complete this description with a first didactic example before applying our approach to twoexamples of modeling a fishery system based on 50 years of data.The first example is a 5-component model to simulate scenarios with quotas.The second example is a 6-component model to simulate scenarios with quotas, and additionallytaking into account space and migrations between areas. Nevertheless, these two models only aimat validating our approach. Indeed, if thanks to these two examples, we obtain coherent resultsallowing us to validate their behaviour, these models are purely theoretical and do not represent thereality of the system sufficiently well to be used to assist in the management of fishery resources.The perspectives that we envisage in the future are on the one hand the integration of new learningand decision methods, to develop a fishery model more representative of the reality or to use ourapproach to treat other case studies

Les Réseaux de Petri (RdP) sont actuellement les approches les plus prometteuses pour modéliser et vérifier les systèmes complexes tels que les Systèmes Multi Agents (SMA). De nombreuses solutions ont été proposées pour remédier aux problèmes de communication, de coordination et d’interaction entre les Agents. Cependant, il n’existe aucune en mesure de traiter, à la fois les aspects structurels et comportementaux, du moins à notre connaissance. La thèse s'intéresse à la problématique de modélisation formelle et de vérification automatique et semi-automatique de propriétés pour les Systèmes Multi Agents. Plus précisément, l'objectif consiste à proposer un nouveau modèle formel original basé sur les réseaux de Petri, les Réseaux de Petri à Agents (RdPA), qui permettent d’exprimer de manière consistante et plus précise les systèmes Multi Agents. Il s’intéresse de plus à l’extension de ce modèle aux fins de modéliser la migration des agents dans le cadre des systèmes à agents mobiles. Cette classe de modèle permet de s’intéresser à la vérification formelle de propriétés classiques comme notamment la vivacité ou l’absence d’interblocage dans le cadre des Systèmes Multi-Agent<br>Petri nets (PN) are currently the most promising approaches to model and to verify complex systems such as Multi Agent Systems (MAS). Several solutions have been proposed to solve the problems of communication, coordination and interaction among Agents. However, to best of our knowledge, none of this solution has able to handle both aspects: structural and behavioral. The thesis focuses on the problem of formal modeling and automatic and semi-automatic verification of properties in Multi Agent Systems. More specifically, the objective is to propose a new original formal model based on Petri nets, Agents Petri nets (APN), which express consistently more accurate a Multi Agent Systems. There is growing interest in the extension of this model for modeling the migration of Agents within the mobile Agent systems. This class of model allows focusing on the formal verification of classical properties such as alertness or absence of deadlock in the context of Multi Agent Systems

Les Systèmes multi-agents ou SMA proposent une approche originale de conception de systèmes intelligents et coopératifs. Ils se caractérisent par la distribution du contrôle global du système et par la présence d'agents autonomes évoluant dans un environnement partagé et dynamique. De plus, il existe plusieurs interdépendances entre les buts des agents, leurs capacités et les ressources qu'ils utilisent, donc afin d'éviter d'éventuels conflits, de favoriser la synergie des activités des agents et de partager les ressources de l'environnement commun, il est important que les agents coordonnent leurs actions. Nous nous sommes intéressés, dans le cadre de cette thèse, au déploiement des systèmes multi-agents sur une architecture pair à pair (Peer-to-Peer ou P2P) et ceci dans le but d'établir la communication entre ces agents et les relier entre eux. Cependant, du fait de la nature dynamique des systèmes P2P où chaque pair peut apparaître et disparaître à tout moment, des nouveaux problèmes se posent pour la coordination d'agents nécessitant des mécanismes de coordination adaptés au contexte spécifique des P2P. Pour cela, nous avons proposé une méthode de formation de groupe comme solution à ces problèmes. Nous nous sommes intéressés ensuite à l'application des systèmes multi-agents à architecture P2P au domaine d'apprentissage collaboratif en ligne où des apprenants contribuent aux apprentissages du groupe, et en retour, le groupe contribue à ceux des apprenants et c'est la cohérence du collectif qui permet d'atteindre l'objectif. Cependant, l'apprentissage collaboratif à distance implique des nouveaux rôles pour l'enseignant ainsi que pour les apprenants. Il est donc essentiel de définir ces rôles pour identifier les besoins qui en découlent pour pouvoir intégrer à l'outil informatique des fonctionnalités afin de satisfaire ces besoins. En effet, il est essentiel de fournir aux enseignants et apprenants la possibilité d'avoir des informations sur la progression de leur apprentissage ainsi que sur les niveaux de collaboration et de sociabilité de chaque apprenant et du groupe. Enfin, nous avons proposé, comme application de nos travaux, un système appelé COLYPAN (COllaborative Learning sYstem for Project mANagment) conçu pour l'apprentissage à distance et de façon collaborative de la gestion des projets.

Les Réseaux de Petri (RdP) sont actuellement les approches les plus prometteuses pour modéliser et vérifier les systèmes complexes tels que les Systèmes Multi Agents (SMA). De nombreuses solutions ont été proposées pour remédier aux problèmes de communication, de coordination et d’interaction entre les Agents. Cependant, il n’existe aucune en mesure de traiter, à la fois les aspects structurels et comportementaux, du moins à notre connaissance. La thèse s'intéresse à la problématique de modélisation formelle et de vérification automatique et semi-automatique de propriétés pour les Systèmes Multi Agents. Plus précisément, l'objectif consiste à proposer un nouveau modèle formel original basé sur les réseaux de Petri, les Réseaux de Petri à Agents (RdPA), qui permettent d’exprimer de manière consistante et plus précise les systèmes Multi Agents. Il s’intéresse de plus à l’extension de ce modèle aux fins de modéliser la migration des agents dans le cadre des systèmes à agents mobiles. Cette classe de modèle permet de s’intéresser à la vérification formelle de propriétés classiques comme notamment la vivacité ou l’absence d’interblocage dans le cadre des Systèmes Multi-Agent<br>Petri nets (PN) are currently the most promising approaches to model and to verify complex systems such as Multi Agent Systems (MAS). Several solutions have been proposed to solve the problems of communication, coordination and interaction among Agents. However, to best of our knowledge, none of this solution has able to handle both aspects: structural and behavioral. The thesis focuses on the problem of formal modeling and automatic and semi-automatic verification of properties in Multi Agent Systems. More specifically, the objective is to propose a new original formal model based on Petri nets, Agents Petri nets (APN), which express consistently more accurate a Multi Agent Systems. There is growing interest in the extension of this model for modeling the migration of Agents within the mobile Agent systems. This class of model allows focusing on the formal verification of classical properties such as alertness or absence of deadlock in the context of Multi Agent Systems

Lorsque de nombreux agents interagissent, des conflits peuvent survenir. Pour les résoudre, différentes méthodes peuvent être utilisées, comme la coordination, les systèmes de vote et la négociation. Celle qui nous intéresse dans cette thèse est la négociation à base de contrats portant sur des ressources. L'objectif de notre travail est de concevoir un modèle général de négociation que nous avons appelé GeNCA : Generic Negotiation of Contracts API. Afin de concevoir un tel modèle, nous commençons par étudier les formes de négociation les plus courantes. L'analyse de ces négociations nous permet de dégager leurs points communs et nous fournit une base pour concevoir notre modèle. Grâce à la collecte de ces points communs et à l'étude du déroulement de ces négociations, nous montrons qu'il est possible de concevoir un protocole général de négociation, paramétrable, qui offre la possibilité de formuler des contre-propositions et qui permet de décrire le déroulement d'une négociation particulière.