系統設計筆記 - 多代理 (multi-agent)

English version:

^{英文版在 hackmd}

鑑於方格子太爛無法插入表格，只好委屈看官參考此處：

多代理設計模式

依性質不同，可分為四大類：

• 合作模式 (Coordination-Based)
• 組織架構 (Organisation-based)
• 角色 (Role-based)
• 認知 (Cognition-based)

合作模式分類：

• 黑板模式 (Blackboard pattern)

所有代理人用同個黑板協作、共享資訊

• • 黑板是資訊共享中心
  • 代理人藉讀寫、取用黑板上的資訊，來完成任務
  • 黑板上的資訊會「動態更新」，直到任務達成
• 合約網路協定 (Contract Net Protocol)

代理人總管公告任務 (合約)，所有代理人衡量自身能力、資源並投標

→ 總管裁量獲勝者，並與之簽約 (發派任務)

→ 得標者完成後彙報

• • 合約 (contract)：要處理的任務
  • 代理人總管/經理：公告、交予合約，並評核執行結果
  • 得標者：負責執行任務，完成後回報結果
• 市場模式 (Market-Based Pattern)

代理人是自由市場商人，靠交易資源達成任務

• • 運用市場機制
  • 抽象程度高 (i.e. 紙上談兵是個概念)
  • 上述「合約網路協定」為低階實作
  • 範例：
  • • 拍賣會 (即合約網路協定)
    • 議價
    • 形成商盟

組織架構分類：

• 階級組織 (Hierarchical Organisation)

就像一般公司，有上司、下屬的奴隸制度從屬關係

• • 部分代理人是長官
  • 部分代理人是下屬，負責被霸凌
• 扁平組織 (Flat Organisation)

代理人為平等關係，無明顯階級差異

• • 即同事關係，互不隸屬
• 全息組織 (Holonic Organisation)

代理人們動態形成全息體 (holon)，全息體再組成全息體系 (holarchy)。全息體可為扁平或階級制，而全息體系是階級制

• • 全息體 (holon)：代理人群
  • 全息體系 (holarchy)：全息體集合而成
• 聯邦組織 (Federated Organisation)

代理人們與組內協調者 (facilitator, 即小組長)溝通，各組再聚集形成去中心化的聯邦

• • 協調者 (facilitator)：各組上司
  • 其餘代理人：下屬們，彼此不互相溝通，而是各自和協調者溝通，再由上司統籌對外

聯邦組織 (Federated Organisation)示意圖：Host 為組，各組都有一個協調者 (facilitator)、多位代理人

^{圖片來源：Shehory, Onn. (1999). Architectural Properties of Multi-Agent Systems.}

• 聯盟組織 (Coalition organisation)

代理人們為了共同目標，動態形成暫時性聯盟 (coalition)，共享資訊與資源

• • 聯盟 (coalition)：代理人們為了共同目標，暫時形成的小組
  • 組內代理人們會共享資源、互助合作
  • 代理人們依預定規則 (e.g. 賽局理論)進出聯盟，聯盟亦可長期存續

組織架構分類下的設計模式：

基於組織架構的各種設計模式

• (a) 中心化
• (b) 去中心化
• (c) 階級組織
• (d) 全息組織
• (e) 聯盟組織

_{來源：Izmirlioglu, Y., Pham, L., Son, T. C., & Pontelli, E. (2024). A Survey of Multi-Agent Systems for Smartgrids. Energies, 17(15), 3620. https://doi.org/10.3390/en17153620}

角色分類：

• 角色分配模式 (Role assignment pattern)

自定義角色扮演、角色切換規則給代理人遵循

• • 代理人會按預設規則，切換/扮演特定角色

角色分配模式：代理人依預定規則各司其職，扮演特定角色

^{來源：Ghazal, Rubina & Malik, Ahmad & Raza, Basit & Qadeer, Nauman & Qamar, Nafees & Bhatia, Sajal. (2021). Agent-Based Semantic Role Mining for Intelligent Access Control in Multi-Domain Collaborative Applications of Smart Cities. Sensors. 21. 4253. 10.3390/s21134253.}

• 團隊合作模式 (Teamwork Pattern)

自定義專業化組織章程，讓代理人遵循以組成團隊

• • 代理人們依規組團
  • 強調專業化、專業分工

認知分類：

• 信念-慾望-意圖架構 (Belief-Desire-Intention, BDI Architecture)

代理人因信念 (Belief)而有慾望 (Desire)，並規劃相應行動滿足特定慾望

• • 代理人感知環境，因而產生信念
  • 有信念後，選擇若干目標 (即慾望)
  • 制定計劃 (意圖，intention)來達成目標

信念-慾望-意圖（BDI）架構：代理人因信念而有慾望，再制定計劃 (意圖)以實現渴望

^{來源：hazouani, Mohamed & Medromi, Hicham & Boulafdour, Brahim & Sayouti, Adil. (2013). A model for an Information security management system (ISMS Tool) based multi agent system.}

看到這裡是否有發現，代理人們其實就像「公司老闆、員工」？

所以把企業結構套入，一樣能適用

接下來就介紹常見商業組織架構，比較兩者異同吧！

商業組織架構

先來張概ㄈㄥˋ覽ㄘˋ圖，看看常見組織架構：

常見商業組織架構圖 (諷刺)

^{來源：Microsoft Overhauls, the Apple Way, NICK WINGFIELD, NYT, July 11, 2013 http://www.nytimes.com/2013/07/12/technology/microsoft-revamps-structure-and-management.html}

• 亞馬遜：階級制 (Hierarchical structure)

傳統公司常見架構，中規中矩

• Google：矩陣制 (Matrix structure)

部門主管職權交錯，CEO 還要另外協同二位創辦人 (Sergey Brin, Larry Page)

• 臉書：網絡制 (Network Structure)

去中心化、平坦的結構，也「碰巧」符合旗下社群平台「人與人連結」的關係

• 微軟：類似事業部制 (Divisional Structure)，但部門分歧嚴重

保守、剛愎自用的巴爾默 (Steve Ballmer)任職微軟 CEO 時，厲行極端 KPI 制度，造成部門間強烈競爭、不合作，因而讓微軟錯失不少商機、原地踏步許久 (所以部門間才畫槍對指)

• 蘋果：環圈制 (Circular Structure)

誇大所有人都對單一權力中心負責。當然，暗指賈伯斯 (Steve Jobs)

• 甲骨文：功能制 (Functional Structure)

甲骨文公司很會興訟 (到處告人)，也藉許多有爭議的官司、併購獲取龐大利益 (所以製圖者故意把法務部門誇大)

常見商業組織架構：

• 階級制 (Hierarchical)：

就是字面上的意思，有上司、下屬等從屬階級關係

階級制 (Hierarchical)：上司與下屬的層層管理關係明確

^{來源：作者本人製圖}

• • 功能制 (Functional):

依功能組構的階級制

功能制 (Functional)：階級制的一種，只是依功能分類

^{來源：依舊是我}

• • 事業部制 (Divisional)：

依導向組構的階級制 (e.g. 產品、服務，或市場導向)

• • 矩陣制 (Matrix)：

多隊跨功能小組，偶會協助其他專案

• • 直線制 (Line)：

小組織的階級制 (所以只有單線)

• 水平/扁平制 (Horizontal/flat)：

平等組織結構 (可無上級)

水平/扁平制 (Horizontal/flat)：水平組織結構

^{來源：當然只會是我}

• • 網絡制 (Network)：

核心成員 + 衛星辦公室 + 外圍合作者們

相較階級，更重成員間的「溝通」

網絡制 (Network Structure)：核心成員與外圍合作者、辦公室形成水平合作結構

^{來源：自然還是我}

• • 環圈制 (Circular)：

領導者在「中央」而非「上方」，由內而外傳遞訊息 (階級制為「上而下」傳遞訊息)

比階級制更有效率

• 流程導向制 (Process-based)：

依流程形成組織 (先後次序)

e.g. 汽車外框部門做外框 → 交予車門部門裝車門...

流程導向制 (Process-based)：按先後流程分排組織，上游做完某些事再交予下游

^{圖源：不是我還會是誰？}

• 團隊制 (Team-based)：

依特定模式組隊以解決問題、達成目標

• • 小虎隊猛虎隊 (Tiger Team)：

為特定目標組成的「專家小隊」，強調成員專業性 (i.e. 強強聯手)

• • 敏捷開發團隊 (Scrum team)：

「一目標一衝刺」的開發團隊，強調迭代性

用程式邏輯理解：for sprint in goals: sprint.yield(increment)

• • • 產品負責人 (Product owner)：

- 構思、擬定專案方向

- 列出待辦事項

• • • 管理者 (Scrum master)：

- 促進團隊合作

- 監督、提供意見

• • • 開發者 (Developer)：

- 執行計劃

- 自我組織、行動

• • • 活動：

- 衝刺計劃 (Sprint Planning)：設定目標、列出待辦事項

- 每日站會 (Daily Scrum/stand-up meeting)：每天開簡短會議，回報進度或罣礙

為什麼要站著開會？因為站著說話會腰疼，可減少與會者廢話 (大家都想早點結束)

- 衝刺評議 (Sprint review)：讓產品負責人、出資者給回饋

- 衝刺回顧 (Sprint Retrospective)：反思過程可改進處

都學完了，就試著用多代理模式，兜出商業組織架構吧！

對照表格 (同樣，因方格子無法插入表格，再請點擊外部連結)

參考資料：

• Lucidchart organisational structures
• Whatfix organisation architecture
• Business Thinking Academy