Formation dynamique d'équipes dans les DEC-POMDPS ouverts à base de méthodes Monte-Carlo

Dynamic team formation in open DEC-POMDPs with Monte-Carlo methods

• Auteur / Autrice : Jonathan Cohen
• Direction : Abdel-Illah Mouaddib
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 13/06/2019
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale mathématiques, information et ingénierie des systèmes (Caen)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de recherche en informatique, image, automatique et instrumentation de Caen (1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Maudet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Abdel-Illah Mouaddib, François Charpillet, Frédéric Koriche, Régis Sabbadin, Aurélie Beynier, Jilles Steeve Dibangoye
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Charpillet, Frédéric Koriche

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes ouverts (informatique)

Intelligence artificielle répartie

Planification

Mots clés libres

Planification sous-incertitude

Planning under uncertainty

DEC-POMDPs

Multi-agent systems

Open systems

Résumé

Cette thèse traite du problème où une équipe d'agents coopératifs et autonomes, évoluant dans un environnement stochastique partiellement observable, et œuvrant à la résolution d'une tâche complexe, doit modifier dynamiquement sa composition durant l'exécution de la tâche afin de s'adapter à l'évolution de celle-ci. Il s'agit d'un problème qui n'a été que peu étudié dans le domaine de la planification multi-agents. Pourtant, il existe de nombreuses situations où l'équipe d'agent mobilisée est amenée à changer au fil de l'exécution de la tâche.Nous nous intéressons plus particulièrement au cas où les agents peuvent décider d'eux-même de quitter ou de rejoindre l'équipe opérationnelle. Certaines fois, utiliser peu d'agents peut être bénéfique si les coûts induits par l'utilisation des agents sont trop prohibitifs. Inversement, il peut parfois être utile de faire appel à plus d'agents si la situation empire et que les compétences de certains agents se révèlent être de précieux atouts.Afin de proposer un modèle de décision qui permette de représenter ces situations, nous nous basons sur les processus décisionnels de Markov décentralisés et partiellement observables, un modèle standard utilisé dans le cadre de la planification multi-agents sous incertitude. Nous étendons ce modèle afin de permettre aux agents d'entrer et sortir du système. On parle alors de système ouvert. Nous présentons également deux algorithmes de résolution basés sur les populaires méthodes de recherche arborescente Monte-Carlo. Le premier de ces algorithmes nous permet de construire des politiques jointes séparables via des calculs de meilleures réponses successives, tandis que le second construit des politiques jointes non séparables en évaluant les équipes dans chaque situation via un système de classement Elo. Nous évaluons nos méthodes sur de nouveaux jeux de tests qui permettent de mettre en lumière les caractéristiques des systèmes ouverts.

This thesis addresses the problem where a team of cooperative and autonomous agents, working in a stochastic and partially observable environment towards solving a complex task, needs toe dynamically modify its structure during the process execution, so as to adapt to the evolution of the task. It is a problem that has been seldom studied in the field of multi-agent planning. However, there are many situations where the team of agents is likely to evolve over time.We are particularly interested in the case where the agents can decide for themselves to leave or join the operational team. Sometimes, using few agents can be for the greater good. Conversely, it can sometimes be useful to call on more agents if the situation gets worse and the skills of some agents turn out to be valuable assets.In order to propose a decision model that can represent those situations, we base upon the decentralized and partially observable Markov decision processes, the standard model for planning under uncertainty in decentralized multi-agent settings. We extend this model to allow agents to enter and exit the system. This is what is called agent openness. We then present two planning algorithms based on the popular Monte-Carlo Tree Search methods. The first algorithm builds separable joint policies by computing series of best responses individual policies, while the second algorithm builds non-separable joint policies by ranking the teams in each situation via an Elo rating system. We evaluate our methods on new benchmarks that allow to highlight some interesting features of open systems.