využitie imunitných princípov v podmienkach multiagentových systémov
DESCRIPTION
Využitie imunitných princípov v podmienkach multiagentových systémov. Tom áš Kasanický kasanicky @neuron.tuke.sk Ústav informatiky Slovenská akadémia vied. Štruktúra prezentácie. Multiagentový systém (MAS) Biologicky imunitný systém Umelý imunitný systém - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Využitie imunitných princípov v podmienkach
multiagentových systémov.
Tomáš Kasanický[email protected]
Ústav informatikySlovenská akadémia vied
Štruktúra prezentácie.
• Multiagentový systém (MAS)
• Biologicky imunitný systém
• Umelý imunitný systém
• Prostriedky umelej imunitnej odozvy
• Umelá imunitná odozva a MAS
• Tézy dizertačnej prace
• Navrhovaný systém
Multiagentový systém (MAS)
• Vo všeobecnosti existuje mnoho definícií pojmu agent, avšak za jednu z najuniverzalneš možno považovať:
Autonómny agent je výpočtový systém, ktorý existuje v nejakom dynamickom prostredí, v ktorom autonómne vníma a koná tak, aby dosahoval ciele, pre ktoré je určený (Maes P )
• Za agensový systém môžeme považovať zoskupenie agentov, ktory navzajom tvoria celok
Biologicky imunitný systém
• Imunitný systém predstavuje obrannú líniu
organizmu proti nežiadúcim vplyvom okolia • Základnou vlastnosťou imunitného systému je
identifikovať škodlivé látky (patogény) a následne
ich zneškodniť • Imunitný systém:
– Vrodená, nešpecifická imunita
– Adaptívna, získaná imunita
Adaptívna, získaná imunita
Získaná imunita sa stala predlohou pre vytváranie algoritmov umelej imunitnej odozvy.
Je charakterizovaná nasledovnými vlastnosťami:
• Pomalšia prvotná odozva
• Vykazuje prvky učenia
• Masívne paralelné procesy
• Distribuovanosť
Adaptívna, získaná imunita
• Vo všeobecnosti existujú dva základne typy buniek získanej imunity:– B-bunky – T-bunky
• Ich aktivácia a proces akým zasahujú je pomerne kopmlexný a imunológovia sa v mnohých otázkach ešte nezhodli na jednotnej teórii
Umelý imunitný systém(UIS)
• Umelý imunitný systém je výpočtový systém založený na metaforách prirodzených imunitných systémov (John Timmis ).
• Jedna z prvých prac Jerne N.K “Towards a Network
Theory of the Immune System” 1974 z tejto práce čerpal Farmer J.D pričom jeho práca “The Immune System Adaptation and Machine Learning” 1986 sa často označuje za priekopnickú pracú v UIS
Umelý imunitný systém(UIS)
• Z výpočtového hľadiska sa dá charakterizovať nasledovnými vlastnosťami:
– Rozpoznávanie – Robustnosť – Rozmanitosť – Pamäť – Distribuovanosť – Prispôsobivosť – A ďalšie(Reinforcement learning, adaptívnosť)
Algoritmy UIS
• Model kostnej drene
• Model týmusu
• Algoritmus klonálnej selekcie
• Model imunitnej siete
• Alternatívne prístupy
Model kostnej drene• Kostná dreň je zodpovedná za produkciu krviniek.
Produkuje všetky druhy lymfocitov.• generátor reťazcov o nejakej dĺžke • generovanie nových buniek za pomoci knižníc
génov
ABC, EFD, ARC RAV, RTF, RBF MXL, FTK, LXM
ABC | RTF | LXM
Model týmusu
• Týmus je miesto, kde dochádza k dozrievaniu T-buniek
• Algoritmus popisuje dva základne stavy:
– pozitívna selekcia– negatívna selekcia
Pozitívna selekcia
Generátor
Vlastnébunky
Odstrániť
Afinita Množinadetektorov
Pozitívna reakcia
Negatívna reakcia
Negatívna slelekcia
Generátor
Vlastnébunky
Odstrániťautoimunita
Afinita Množinadetektorov
Negatívnareakcia
Pozitívna reakcia
Samotná detekcia
Skúmanývzor
Množinadetektorov
Odstrániťpatogén
Afinita Nerozpoznané
Rozpoznané
Algoritmus klonálnej selekcie.
• Vznikol na základe teórie, ktorá sa pokúša vysvetliť spôsob aktivácie imunitných buniek
• V problematike evolučných algoritmov existujú algoritmy, ktoré využívajú rovnaké princípy
• Tento algoritmus a jeho úpravy patria k najčastejšie používaným technikám v oblasti UIS
Algoritmus klonálnej selekcie
M
M
Výber buniek s Najväčšou afinitou(podobnosť).
Proliferáciaa dozrievanie.
Protilátky.
PamäťovéBunky.
Patogén
Epitop
Paratop
Model imunitnej siete
• Je to skupina algoritmov, ktorá problém aktivácia buniek vníma v širšom merítku
• Uväzuje aj o autoaktivácii, kedy imunitne bunky medzi sebou siria podnety a tak vytvárajú imunitnú sieť
• Jerne “Towards a Network Theory of the Immune System” v roku 1974
Princíp imunitnej siete
k njiij snpkneGm 1)()(
i
n
jjiij
N
jjiijji
N
jiji xkyxmxxmkxxmcx 2
111
1
.
pričom G(x) = x pre x>0 ,G(x)=0 pre x<=0ei(n) je n-ty bit i-teho epitopupj(n) je n-ty bit i-teho paratopuoperácia komplementárnosti je XORs symbolizuje hranicu zhody
Umelá imunitná odozva a MAS
• MAS a ich interakcia s UIS môže biť v princípe dvojaka :
– MAS sú prostriedkom resp. aplikačným nástrojom UIS. Využívajú sa tu prirodzená vlastnosti UIS ako je distribuovanosť paralelnosť . Najčastejšie sa sem radia simulátory (rakovinové bunky, HIV)
– MAS sa stávajú aplikačným cieľom UIS.UIS sú využívané na riešenie problémov, koorodináacie kooperácie a komunikácie.
Tézy dizertačnej prace• Analyzovať vlastnosti rôznych prístupov pri rozhodovaní
v podmienkach multiagentových systémov. Teoreticky porovnať existujúce riešenia z hľadiska dynamickej adaptácie.
• Analyzovať možnosti využitia princípov fungovania imunitného systému v oblasti multiagentových systémov s cieľom podpory rozhodovania v dynamickom prostredí. Realizovať prehľad existujúcich prístupov a aplikácií.
• Navrhnúť a implementovať multiagentovú architektúru založenú na prvkoch imunitných systémov.
• Experimentálne overiť efektivitu navrhnutého systému na zvolenej testovacej doméne.
Navrhovaný systém
• Vytvoriť všeobecný MAS schopný ošetrovať kritické stavy v sledovanom systéme.
• Využiť princípy UIS pri zabezpečení dynamickej adaptabilty systému na novovzniknuté kritické stavy.
Bloková schéma
Sledovanýsystém Prostredie
Monitorovacíagent
Selekčnýagent
Zasahovacíagent
Agentrozhrania
Operátor
Generickýagent UIS
Databázazásahov
Referenčnýagent