Übersicht

1. Einführung
2. Methodologie zum Entwurf holonischer Modelle
3. Probleme beim holonischen Modellieren in SeSAm
4. Lösungen und Erweiterungen in SeSAm
5. Ausblick und Zeitplan

Einführung Was sind Holonen?Teil 1

• Wortneuschöpfung aus dem Griechischen:

  ὅλος

  das Ganze

  -ὀν

  Teil, wie in 'Neutron'

• Begriff wurde 1967 von Arthur Koestler geprägt.

  Ghost in the machine

• ursprünglich Bezeichnung für rekursive und selbstähnliche Systeme in Biologie und Soziologie. Systemtheorie
• Kurz:

  Holonen sind 'Agenten', die aus Agenten bestehen und in andere Holonen eingebettet sein können.

  Holonen sind eine abstraktere Sichtweise auf das Agentenkonzept.

Einführung Was sind Holonen?Teil 2

• Janus-gesichtig: Jedes Subsystem (Holon) ist auf der einen Seite ein Ganzes (Autonomie), auf der anderen Seite Teil eines größeren Ganzen (Kooperation).
  • Der Ganzes-Aspekt zeigt sich in stabilen Zwischenebenen, aus denen ein komplexes System leichter entstehen kann.

    Parabel von den Uhrmachern (Herbert Simon)

  • Der Teil-Aspekt des Holons macht Kommunikation notwendig und bindet ihn in eine Hierarchie ein.
• Eine selbstorganisierende Hierarchie von Holonen wird Holarchie genannt.

  Selbstorganisation: Struktur entsteht innerhalb des Systems und wird nicht von außen 'aufgezwungen'.

• Für Koestler sind Holarchien ohne Ende nach oben oder unten.
  Für die praktische Programmierung ist es sinnvoll dennoch solche Grenzen anzunehmen:
  Nach oben die Grenze des betrachteten Systems.
  Nach unten die Grenze der sinnvollen Granularität. Die Blätter der Holarchie sind Agenten.

Agenten, (Sub)Holonen und Rollen

• Agenten sind Holonen, die nicht aus weiteren Holonen zusammengesetzt sind.
• Subholonen sind die Mitglieder eines (Super)Holons.
• Rollen sind Platzhalter für Subholonen in der Modellierungsphase, die notwendige Fähigkeiten festlegen.

  Rollen ähneln Interfaces in OOP-Sprachen.

Einführung Holonische Strukturen Teil 1

Holon als Verbund von autonomen Agenten Emergenz

• Subholonen behalten vollständige Autonomie.
• Oft ist Subholonen nicht 'bewusst', dass sie Teil eines Holons sind.
• Eher implizite Betrachtungsweise eines traditionellen MAS als explizite Struktur.
• Explizite Koordination durch Commitments via Kommunikation oder implizit durch Design, Wissen über andere Agenten, etc.
• Beispiel: Brückenbauen bei Ameisen
  Brückenbauholon

Holon als Verbund von 'verschmolzenen' Agenten

• Agenten verlieren weitestgehend Autonomie.
• Subholonen verschwinden und gehen im Holon auf.

  Agenten können nur in einem Holon Mitglied sein.

• Meistens werden sie wieder erzeugt, wenn der Holon aufhört zu existieren.
• Beispiel: LKW mit Anhänger und Gütern
  Truckholon

Einführung Holonische Strukturen Teil 2

autonome Agenten (z.B. Brückenbau)		verschmolzene Agenten (z.B. Truck)
	moderierter Holon

Einführung Holonische Strukturen Teil 3

Holon als moderierte Gruppe

• ausgezeichnete Rolle: Kopf als Moderator
• Beide Extrema (totale Autonomie und Verschmelzung) darstellbar.
• Beispiel: Virtuelles Unternehmen

Der Kopfholon

• repräsentiert Holon nach außen.

  Kommunikation

• Aus der Menge der Subholonen, oder extra erschaffen.
• Bestimmung eines Kopfholonen aus den Subholonen durch Festlegung (Design) oder Wahl.

  Oder durch Erzeugen eines neuen Holons. Dort wird der Erzeuger dann Kopfholon.

• Moderation des Holons durch Kopfholon unterschiedlich ausgeprägt.

  Realisierung der oben genannten beiden Extrema Kaum moderiert bis hierarchisch strukturiert.

Einführung Holonische Strukturen Teil 4

Beispiel einer Holarchie von moderierten Holonen

Zugehörigkeit zu einer Ebene oft nicht eindeutig. Ein Holon kann Mitglied in Holonen verschiedener Ebenen sein -> Holarchie

Einführung Unterschiede zu traditionellen MAS

• Meist kooperative Umgebung. Es können auch kompetetive (ehrliche) Verhandlungen stattfinden (Virtuelles Unternehmen).
• In rein kompetetiven Umgebungen ist es meist nicht sinnvoll H-MAS einzusetzen.

  Mitgliedschaft in einem Holonen setzt gemeinsame Ziele voraus.

• Struktur von H-MAS starrer, da top-down modelliert.
• Durch Selbstorganisation und Fähigkeit zur Kommunikation innerhalb dieser Strukturen flexibler:

  Holonische Systeme können besser und schnelle auf Ausfälle reagieren.

  
  Beziehungen passen sich an Robustheit.

  Traditionelle MAS können das auch können. Allerdings sind die Fähigkeiten zur Selbstorganistion und Kommunikation Voraussetzung.

• Holonen interessant in hierarchischen Systemen mit intelligentem Verhalten.

  Selbstorganisation, Koordination (Kommunikation)

Einführung Wofür sind Holonen gut?

• Sie erlauben das Modellieren von komplexen Systemen ohne dabei reduktionistisch zu sein.
  System wird in verschiedene Abstraktionsebenen unterteilt.
• Kapselung (OOP) macht System übersichtlicher, Kommunikationskanäle klarer.
  Modularität

  Uhrmacher
  Kommunikationskanäle: Kopf kommunikative Schnittstelle zur Umwelt.

• Es können auch zentralistische Aspekte (leicht) modelliert werden.
  KopfHolon

  Zentralistische Algorithmen können also auch im holonischen Umfeld verwendet werden.

• Gruppierung als Holon ist natürlicher als traditionelles Modellieren auf Mikro-Ebene.

  Man sagt ja auch eine Fussballmannschaft und nicht 11 Leute, die in einer Mannschaft Fussball spielen.

Methodologie PlanetBoids: Ein Schwarm als HMAS

Boids

• Simuliertes schwarmbildendes Objekt (Vögel, Fische, Dinosaurier, etc.).
  
  1. Boids versuchen in das Massezentrum von benachbarten Boids zu fliegen.
  2. Boids versuchen kleinen Abstand zu anderen Objekten (auch Boids) zu halten.
  3. Boids versuchen Geschwindigkeit an die von Boids in ihrer Nähe anzupassen.

Holon aus autonomen Agenten.

holonische Eigenschaften z.B. Geschwindigkeit und Richtung

PlanetBoids - holonische Erweiterungen

• Boids wählen Kopf, dem sie dann folgen.
• Verhalten im Schwarm/Holon anders als außerhalb des Schwarms (Fliegen, Futtersuche, Mating).

Methodologie Wie modelliert man ein holonisches System?

1. Identifiziere Holone (Systemteile; Teil-Aufgaben).
2. Identifiziere Rollen in jedem Holon.

   Jede Rolle kann durch verschieden dafür geeignete Holone eingenommen werden.
   (Rollen als Platzhalter für Holonen.)

3. Stelle fest, in welchen Beziehungen die Rollen untereinander stehen: Informations- und Materialfluss
4. Iteriere ggf. obige Schritte
5. Implementiere konkretes Verhalten.
   • Reasoning über Eintritt und Verlassen von Holonen.
   • Kommunikationsprotokolle
   • Rollenspezifisches Verhalten

Unterstützung in SeSAm?

Ende

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