系統設計筆記 - 多代理 (multi-agent)

更新於 發佈於 閱讀時間約 11 分鐘

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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

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

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

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

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)

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

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

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

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

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

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

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:


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