11 enero 2016

Auto-organización y emergencia en sistemas multiagente

El término auto-organización fue planteado por Ilya Prigoginey sus colegas a partir de estudios termodinámicos. En la tesis doctoral de García, publicada el año 2005 con el título “Evolución, desarrollo y auto-organización, un estudio sobre los principios filosóficos de la evo-devo”, se menciona que el término “auto-organización” se utiliza ampliamente en la literatura científica pero no parece haber una definición clara del mismo. Esta situación no es extraña por la propia pluralidad de fenómenos que parecen estar regidos por principios auto-organizativos. En el libro de Solé y Goodwin, publicado el año 2000 con el título “Señales de vida: Cómo la complejidad impregna biología”, se habla de auto-organización para explicar fenómenos puramente físicos, como la formación de tornados o láseres; químicos, como las estructuras disipativas; biológicos, como las reacciones básicas del metabolismo o las sociedades de insectos; y formales, como los que se producen en las redes booleanas y autómatas celulares. Además, el artículo de Wolf y Holvoet, publicado el año 2004 con el título “Emergencia y auto-organización: Similaridades y diferencias”, señala que existe mucha confusión con respecto a los términos emergencia y auto-organización. Según estos autores, uno de las razones para que esto ocurra es el hecho que una combinación de ambos fenómenos ocurre en los sistemas dinámicos frecuentemente.

En cuanto al concepto de “emergencia” en el contexto de los sistemas dinámicos, según el artículo de Wolf y Holvoet, mencionado anteriormente, es utilizado por primera vez por el filósofo inglés G. Lewes en 1875 para distinguir entre los componentes químicos “resultante” y “emergente” en una reacción química. El término de Lewes fue usado durante la década de 1920 para formar la columna vertebral de un movimiento en las ciencias, filosofía y teología llamado evolucionismo emergente o proto-emergentista. El concepto de emergencia fue debatido y usado contra el reduccionismo, que afirmaba que un sistema puede ser reducido a la suma de sus partes. Este movimiento tuvo pocas respuestas en tratar de comprender como la emergencia era posible, es decir, como las entradas en el nivel más bajo son transformadas en las salidas del nivel más alto durante la emergencia. Un segundo movimiento, llamado neo-emergencia o teoría de la complejidad trata de comprender el término emergencia desde diversas áreas tales como: Cibernética, física, biología evolutiva, inteligencia artificial, vida artificial, y otras.

En el artículo de Lemouari y Benmohamed, publicado el año 2008 con el título “Autoorganización y emergencia: Descripción y ejemplos”, se menciona que la distinción entre emergencia y auto-organización se desdibuja, y resulta imposible encontrarlos separados. Existen dos puntos de vista al combinar auto-organización y emergencia: (1) Considerarla auto-organización como una causa, ubicada en el nivel micro del proceso de emergencia, es decir propiedades emergentes en sistemas complejos que son resultado de un proceso auto-organizado. (2) considerar la auto-organización como un efecto, una propiedad emergente, emergencia que desemboca en la auto-organización. La auto-organización es cualquier proceso en el sistema con capacidad para enfatizar una mejora en el orden o de producir nueva organización frente a cambios ambientales sin control externo. La emergencia, por su parte, es un fenómeno en el sistema caracterizado por la aparición de una estructura original a nivel macro, generada por la interacción entre partes componentes

En el artículo de Di Marzo y sus colegas, publicado el año 2006 con el título “Auto-organización y emergencia en sistemas multiagente: Una visión general”, se menciona que existen diferentes mecanismos para implementar un sistema multiagente y generar auto-organización y emergencia como una combinación de ambos fenómenos. Conocer estos mecanismos resulta interesante para comprender la amplitud de una arquitectura genérica multiagente. La tesis doctoral de Perozo, publicada el año 2011 con el título “Modelado multiagente para sistemas emergentes y auto-organizados”, complementa mencionando que estos mecanismos pueden ser divididos en cinco clases, dependiendo si los mecanismos en que están basados pueden ser naturalmente, socialmente o no naturalmente inspirados: (1) Mecanismos basados en interacciones directas. Este enfoque consiste en utilizar principios básicos como localización y difusión, junto con interacciones y cálculos locales hechos por los agentes, con el objetivo de proveer un estado global coherente. (2) Mecanismos basados en estigmergia. Estos mecanismos buscan obtener comportamientos complejos resultantes de las interacciones indirectas entre los agentes. Esas interacciones se deben a cambios en el entorno. Este mecanismo ha sido utilizado en control de manufactura, manejo de cadenas de suministros, manejo de seguridad en redes, y coordinación de vehículos no tripulados. (3) Mecanismos basados en refuerzo. En algunos enfoques la auto-organización está basada en las capacidades de los agentes para modificar de manera dinámica su comportamiento de acuerdo con algún refuerzo. Se utilizan los siguientes principios: las recompensas incrementan el comportamiento del agente y los castigos disminuyen tal comportamiento. (4) Mecanismos basados en cooperación. El marco de trabajo “Organización de auto-diseño” utiliza las ideas básicas de composición y descomposición de agentes. La descomposición involucra la división de un agente en dos, y puede ser desarrollado para responder a las demandas primordiales del entorno. La composición une dos agentes, y puede ser útil cuando la comunicación general entre los dos agentes es demasiado alta. (5) Mecanismos basados en una arquitectura genérica. Una clase particular de los mecanismos de auto-organización está basado en arquitecturas de referencia genéricas o metamodelos de la organización de los agentes que son instanciados, y luego modificados de forma dinámica de acuerdo con las necesidades de la aplicación particular.

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