Apprentissage de comportements alignés sur des valeurs morales dans un système multi-agent : guider l'apprentissage par renforcement avec des jugements symboliques

Learning behaviours aligned with moral values in a multi-agent system : guiding reinforcement learning with symbolic judgments

• Auteur / Autrice : Rémy Chaput
• Direction : Salima Hassas, Olivier Boissier, Mathieu Guillermin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 27/10/2022
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale en Informatique et Mathématiques de Lyon (2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LIRIS - Laboratoire d'Informatique en Image et Systèmes d'information (Rhône ; 2003-....)
• Jury : Président / Présidente : Parisa Shariat Ghodous
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Salima Hassas, Olivier Boissier, Mathieu Guillermin, Grégory Bonnet, Marija Slavkovik, Alain Dutech, Juan Antonio Rodríguez-Aguilar
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Grégory Bonnet, Marija Slavkovik

Mots clés

Mots clés contrôlés

Choix moral

Aspect moral

Intelligence artificielle

Apprentissage par renforcement (intelligence artificielle)

Intelligence artificielle répartie

Mots clés libres

Éthique computationnelle

Agents moraux artificiels

Systèmes multi-agent

Apprentissage par renforcement multi-agent

Apprentissage par renforcement multi-objectif

Apprentissage hybride neuro-symbolique

Dilemmes moraux

Préférences humaines

Machine ethics

Artificial moral agents

Multi-agent systems

Multi-agent reinforcement Learning

Multi-objective reinforcement Learning

Hybrid neural-symbolic learning

Moral dilemmas

Human preferences

Résumé

Les précédentes décennies ont vu un immense progrès des techniques d’Intelligence Artificielle, dans de nombreux domaines, allant jusqu’à atteindre, voire dépasser, les per-formances humaines dans certains d’entre eux. Cela a mené des systèmes informatiques équipés de telles techniques d’IA à quitter les environnements contraints et artificiels des laboratoires, pour être déployés dans notre monde et notre société humaine, afin de résoudre des tâches ayant un impact bien réel. Ces systèmes ont une influence plus ou moins directe sur des humains, que ce soit leur vie pour les cas les plus extrêmes, ou de manière plus subtile, mais plus ubiquitaire, leur quotidien. Des questions se posent ainsi quant à leur capacité d’agir en accord avec les valeurs (morales) qui nous semblent importantes. Divers champs de recherche se sont intéressés à des aspects de ce problème, tels que la capacité à fournir des décisions équitables et justes, ou encore la capacité à être intelligible, et ainsi fournir aux utilisateurs humains des raisons d’accorder leur confiance, et de savoir quand ne pas l’accorder. Dans cette thèse, nous nous concentrons particulièrement sur le domaine des Machine Ethics, qui consiste à produire des systèmes ayant les moyens d’intégrer des considérations éthiques, c’est-à-dire des systèmes ayant une prise de décision éthique, en accord avec les valeurs humaines qui sont importantes à la société. Notre but est ainsi de proposer des systèmes, qui soient capables d’apprendre à exhiber des comportements jugés comme éthiques par les humains, à la fois dans des situations ayant des enjeux éthiques non en conflit, mais aussi dans les cas plus complexes de dilemmes entre les valeurs morales. Nous proposons 3 contributions, chacune ayant un objectif différent, pouvant être prises indépendamment les unes des autres, mais ayant été conçues pour s’associer afin de combiner leurs avantages, et de répondre à la problématique globale. Premièrement, nous proposons un algorithme d’apprentissage par renforcement, capable d’apprendre à exhiber des comportements intégrant ces considérations éthiques à partir d’une fonction de récompense. Le but est ainsi d’apprendre ces enjeux éthiques dans de nombreuses situations, au fil du temps. Un cadre multi-agent est utilisé, ce qui augmente d’une part la richesse de l’environnement, et d’autre part offre une simulation plus réaliste, plus proche de notre société humaine, intrinsèquement multi-agent, et dans laquelle ces approches sont vouées à être déployées. Nous nous intéressons particulièrement à la question de l’adaptation des agents aux changements, à la fois aux dynamiques de l’environnement, tels que les changements saisonniers, mais aussi aux variations dans les mœurs éthiques couramment acceptées par la société. Notre deuxième contribution se concentre sur la conception de la fonction de récompense, afin de guider l’apprentissage. Nous proposons l’intégration d’agents juges, se basant sur du raisonnement symbolique, chargés de juger les actions des agents apprenants et déterminer leur récompense, relativement à une valeur morale spécifique. L’introduction de multiples agents juges permet de rendre explicite l’existence de multiples valeurs morales. L’utilisation de jugement symbolique facilite la conception par des experts du domaine applicatif, et permet d’améliorer l’intelligibilité des récompenses ainsi produites, ce qui offre une fenêtre sur les motivations que reçoivent les agents apprenants. Troisièmement, nous nous focalisons plus précisément sur la gestion des dilemmes. Nous profitons de l’existence de multiples valeurs morales afin de fournir plus d’informations aux agents apprenants, leur permettant ainsi d’identifier explicitement ces situations de dilemme, lorsque 2 valeurs morales (ou plus) sont en conflit et ne peuvent être satisfaites en même temps. [...]

The past decades have seen tremendous progress of Artificial Intelligence techniques in many fields, reaching or even exceeding human performance in some of them. This has led to computer systems equipped with such AI techniques being deployed from the constrained and artificial environments of laboratories into our human world and society, in order to solve tasks with real and tangible impact. These systems have a more or less direct influence on humans, be it their lives in the most extreme cases, or in a more subtle but ubiquitous way, their daily lives. This raises questions about their ability to act in accordance with the moral values that are important to us. Various fields of research have addressed aspects of this problem, such as the ability to provide fair and just decisions, or the ability to be intelligible, thus providing human users with reasons to trust them, and to know when not to trust. In this thesis, we focus particularly on the area of Machine Ethics, which is concerned with producing systems that have the means to integrate ethical considerations, i.e., systems that make ethical decisions in accordance with the human values that are important to society. Our aim is thus to propose systems that are able to learn to exhibit behaviours judged as ethical by humans, both in situations of non-conflicting ethical stakes, but also in more complex cases of dilemmas between moral values. We propose 3 contributions, each with a different objective, which can be taken independently of each other, but which have been conceived and thought to work together, to combine their benefits, and to address the overall problem. Firstly, we propose a reinforcement learning algorithm, capable of learning to exhibit behaviours incorporating these ethical considerations from a reward function. The goal is to learn these ethical considerations in many situations over time. A multi-agent framework is used, which allows on the one hand to increase the richness of the environment, and on the other hand to offer a more realistic simulation, closer to our intrinsically multi-agent human society, in which these approaches are bound to be deployed. We are particularly interested in the question of how agents adapt to changes, both to environmental dynamics, such as seasonal changes, but also to variations in the ethical mores commonly accepted by society. Our second contribution focuses on the design of the reward function to guide the learning of agents. We propose to integrate judging agents, based on symbolic reasoning, tasked with judging learning agents’ actions, and determining their reward, relatively to a specific moral value. The introduction of multiple judging agents makes the existence of multiple moral values explicit. Using symbolic judgment facilitates the design by application domain experts, and improves the intelligibility of the produced rewards, providing a window into the motivations that learning agents receive. Thirdly, we focus more specifically on the question of dilemmas. We take advantage of the existence of multiple moral values and associated rewards to provide information to the learning agents, allowing them to explicitly identify those dilemma situations, when 2 (or more) moral values are in conflict and cannot be satisfied at the same time. The objective is to learn, on the one hand, to identify them, and, on the other hand, to decide how to settle them, according to the preferences of the system’s users. These preferences are contextualized, i.e., they depend both on the situation in which the dilemma takes place, and on the user. [...]