JADE/JADEX
Maíra Gatti
2007.2
Agenda
• Jade
• Jadex
• Jadex WebBridge
• ESSMA
– AUML + Jadex
– AUML + Jade
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Jade
Java Agent Development Framework
http://jade.tilab.com/
Versão atual: 3.5 (25 Junho 2007)
O que é Jade?
• Jade é um middleware para o desenvolvimento de sistemas
multi-agentes
• Inclui
– Um ambiente de execução onde os agentes JADE "vivem" e que
deve estar ativo em um host antes que um agente possa ser
executado
– Uma biblioteca de classes que programadores podem usar para
desenvolver agentes
– Um conjunto de ferramentas gráficas que permite a
administração e o monitoramento das atividades dos agentes
em execução
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Contêiner e Plataforma
• Contêiner
– Instância de um ambiente Jade
– É onde os agentes executam
– Ao iniciar o Jade, um MainContainer é criado
• Plataforma
– Conjunto de contêineres ativos
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Contêineres e Plataformas
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A Plataforma
• O Jade segue o modelo da FIPA (Foundation for Intelligent
Physical Agents)
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AMS e DF
• Agent Management System (AMS)
– Agente que exerce o controle sobre o acesso e o uso da
plataforma
– Existe um único AMS por plataforma
– Mantém a lista de identificadores dos agentes (AID) que estão
na plataforma
– Todo agente deve se registrar no AMS
• Directory Facilitator (DF)
– Oferecer o serviço de páginas amarelas na plataforma
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A Classe Agent
• Representa a classe base para a definição de agentes
• Para o desenvolvedor, um agente Jade é uma instância de
uma classe Java que estende a classe Agent
• Já oferece todas as interações básicas da plataforma
(registro, configuração, etc...)
• Oferece um conjunto de métodos para a implementação do
comportamento do agente
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Modelo Computacional do Agente
• Um agente é multi-tarefa, onde os serviços são executados
concorrentemente
• Cada serviço de um agente deve ser implementado como
um ou mais comportamtentos
• A classe Agent oferece um scheduler (não acessível ao
programador) que gerencia automaticamente o
agendamento dos comportamentos
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O Ciclo de Vida de um Agente
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Ciclo de Vida de um Agente
• Iniciado
– O objeto agente é criado, mas ainda não se registrou no AMS,
i.e. não possui um identificador e não pode se comunicar com
outros agentes
• Ativo
– O objeto agente está registrado no AMS, possui um
identificador e pode executar seus serviços
• Suspenso
– O objeto agente está parado, i.e. sua thread interna está
suspensa e o agente não está executando serviço algum
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Ciclo de Vida de um Agente
• Esperando
– O objeto agente está bloqueado, esperando por algum evento, i.e. sua
thread interna está dormindo e será acordada quando uma condição se
tornar verdadeira
• Removido
– O objeto agente está terminado, i.e. sua thread interna acabou sua
execução e o agente não está mais registrado no AMS
• Em Trânsito
– Um agente móvel entra neste estado quando está migrando para um
novo local (contêiner). O sistema continua a armazenar as mensagens
enviadas a este agente, que lhe serão passadas quando ele estiver no
novo local
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Criando um Agente Jade
• Jade gerencia a criação de um novo agente com os
seguintes passos
• O construtor do agente é executado
– O agente recebe um identificador do MAS
– Ex: agente@localhost:1099/JADE
– Entra no estado Ativo
• É executado o método setup()
– Método responsável por inicializar os comportamentos do
agente
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Um Exemplo
package examples.hello;
import jade.core.Agent;
public class HelloWorldAgent extends Agent {
protected void setup() {
// Mostra uma mensagem de Hello
System.out.println("Hello World! Meu nome eh " +
getAID().getName());
}
}
prompt> set CLASSPATH=%CLASSPATH%;.;[CLASSPATH JADE JARS]
prompt> java jade.Boot -gui Agente1:examples.hello.HelloWorldAgent
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Um Exemplo
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Destruindo um Agente Jade
• Mesmo que não esteja fazendo coisa alguma, o agente
continua executando
• Para terminar um agente, deve-se executar o método
doDelete() que chama o método takeDown()
• Serve para remover todas as referências ao agente da
plataforma
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Um Exemplo
package examples.hello;
import jade.core.Agent;
public class HelloWorldAgent extends Agent {
protected void setup() {
// Mostra uma mensagem de Hello
System.out.println("Hello World! Meu nome eh " +
getAID().getName());
doDelete();
}
protected void takeDown() {
// Imprimindo uma mensagem de saida
System.out.println("Agente " + getAID().getName() +
" terminando.");
}
}
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As Tarefas do Agente – Classe Behaviour
• Todas as tarefas dos agentes são executadas por meio de
"comportamentos"
• Um comportamento é um objeto da classe Behaviour
• O agente adiciona um comportamento com o método
addBehaviour()
• Comportamentos podem ser adicionados a qualquer
momento
– No método setup()
– Dentro de outros comportamentos
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As Tarefas do Agente – Classe Behaviour
• Método action()
– Método que define as operações que são executadas quando o
comportamento está em execução
• Método done()
– Método que especifica se um comportamento foi completado e
deve ser removido do pool de comportamentos que um agente
está executando
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O Esquema de um Comportamento
public class UmComportamento extends Behaviour {
public void action() {
while (true) {
// Código do Comportamento
}
}
public boolean done() {
return true;
}
}
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Detalhes sobre a Execução de
Comportamentos
• Um agente pode executar diversos comportamentos
concorrentemente
• O scheduling de comportamentos não é preemptivo
– Quando um comportamento está agendado para execução, o
método action é chamado e executa até retornar
– Quem deve definir quando um agente deve passar da execução
de um comportamento para outro é o desenvolvedor
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A Execução de um Agente
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A Hierarquia de Comportamentos
• Comportamentos Simples
– Modelam os comportamentos atômicos
– OneShotBehaviour e CyclicBehaviour
• Comportamentos Compostos
– Modelam comportamentos que são compostos de outros
comportamentos. Assim, as operações que devem ser
executadas não estão definidas neste comportamento em si,
mas nos comportamentos filhos que o compõem
– SequentialBehaviour, ParallelBehaviour e FSMBehaviour
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A Hierarquia de Comportamentos
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Esquemas de Comportamentos Simples
// OneShotBehaviour
public class MyOneShotBehaviour extends OneShotBehaviour {
public void action() {
// Executar a operação X
}
}
// CyclicBehaviour
public class MyCyclicBehaviour extends CyclicBehaviour {
public void action() {
// Executar a operação Y
}
}
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Esquema Genérico de Comportamento
public class MyTwoStepBehaviour extends Behaviour {
private int step = 0;
public void action() {
switch (step) {
case 0:
// Executar a operação X
step++;
break;
case 1:
// Executar a operação Y
step++;
break;
}
}
public boolean done() {
return step == 2;
}
}
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Comportamentos Especiais
• WakerBehaviour
– Comportamento que espera um determinado período de tempo
(em ms) para efetivamente executar a tarefa
• TickerBehaviour
– Comportamento que executa uma tarefa periodicamente em
intervalos de tempo constantes (em ms). Este comportamento
nunca acaba
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WakerBehaviour
public class MyAgent extends Agent {
protected void setup() {
System.out.println("Adicionando waker behaviour");
addBehaviour(new WakerBehaviour(this, 10000) {
protected void handleElapsedTimeout() {
// Executa a operação X
}
} );
}
}
A operação X é executada 10 segundo depois de imprimir "Adicionando
waker behaviour"
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TickerBehaviour
public class MyAgent extends Agent {
protected void setup() {
addBehaviour(new TickerBehaviour(this, 10000) {
protected void onTick() {
// Executar a operação Y
}
} );
}
}
A operação Y é executada periodicamente a cada 10 segundos
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A Comunicação entre Agentes
• A troca de mensagens é assíncrona e usa a FIPA ACL (Agent
Communication Language)
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A Linguagem ACL
• Campos principais
– Sender: o agente que envia a mensagem
– Receivers: lista de agentes destino da mensagem
– Performative: ato de fala que indica o que o agente que envia
a mensagem espera com ela
– Content: o real conteúdo da mensagem
– Language: sintaxe usada para expressar o conteúdo
– Ontology: denota a semântica dos itens do conteúdo
– Outros campos de controle de convesação como:
conversation-id, reply-with, in-reply-to, reply-by
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A Linguagem ACL - Exemplo
Mensagem ACL
Início da mensagem
Tipo de ato de comunicação
(Performativa)
Controle de conversação
(inform
:sender agent1
:receiver hpl-auction-server
:content
(price (bid good02) 150)
:in-reply-to round-4
:reply-with bid04
:language FIPA SL
:ontology hpl-auction
)
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Conteúdo da mensagem
A Linguagem ACL – Performativas
• INFORM
“A porta está aberta”
• QUERY
“A porta está aberta?”
• CFP
“Alguém quer abrir a porta?”
• REQUEST
“Abra a porta para mim”
• AGREE
“OK, vou abrir a porta para você”
• REFUSE
“Eu não vou abrir a porta”
• FAILURE
“Eu não consigo abrir a porta”
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A Linguagem ACL – Performativas
• PROPOSE
“Eu posso abrir a porta para
você, pelo seguinte preço”
• SUBSCRIBE
“Quero ser avisado quando a
porta for aberta”
• NOT-UNDERSTOOD
“Porta? Que porta?”
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Enviando Mensagens
• Deve-se criar e montar um objeto ACLMessage e chamar o
método send() do agente
ACLMessage msg = new ACLMessage( ACLMessage.INFORM );
msg.addReceiver( new AID( "Agente2", AID.ISLOCALNAME ) );
msg.setLanguage( "English" );
msg.setOntology( "Weather-forecast-ontology" );
msg.setContent( "Today it’s raining" );
send(msg);
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Recebendo Mensagens
• Para se receber uma mensagem usa-se o método
receive(), que recupera a primeira mensagem da fila de
mensagens do agente
• Este método remove a mensagem da pilha, ou retorna null
caso esteja vazia
ACLMessage msg = receive();
if (msg != null) {
// Processar a mensagem
}
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Bloqueando um Agente à espera de uma Mensagem
• O scheduler de ações do Jade não pára a execução de uma
ação caso não haja mensagens para um agente
• Para parar a execução de uma ação à espera de uma
mensagem, deve-se usar o método block()
public void action() {
ACLMessage msg = myAgent.receive();
if (msg != null) {
// Mensagem recebida - processá-la
...
}
else
block();
}
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Selecionando um Tipo de Mensagem da Fila
• Pode-se selecionar um tipo de mensagem da fila usando um
MessageTemplate
public void action() {
MessageTemplate mt;
mt = MessageTemplate.MatchPerformative(ACLMessage.CFP);
ACLMessage msg = myAgent.receive(mt);
if (msg != null) {
// Mensagem do tipo CFP recebida - processá-la
...
}
else
block();
}
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O Serviço de Páginas Amarelas – Agente DF
• Todo agente deve registrar seu serviço no DF
• Só existe um DF em cada plataforma Jade
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Registrando um Serviço no DF
• Deve-se criar um objeto ServiceDescription e chamar o
método register() de um DF (usualmente no método
setup() do agente)
protected void setup() {
...
// Registrar um agente vendedor de livros no DF
DFAgentDescription dfd = new DFAgentDescription();
dfd.setName(getAID());
ServiceDescription sd = new ServiceDescription();
sd.setType("book-selling");
sd.setName("JADE-book-trading");
dfd.addServices(sd);
try { DFService.register(this, dfd); }
catch (FIPAException fe) { fe.printStackTrace(); }
...
}
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Removendo um Serviço do DF
• Chamar o método deregister() do DF (usualmente no
método takeDown() do agente)
protected void takeDown() {
// Saindo do DF
try {
DFService.deregister(this);
}
catch (FIPAException fe) {
fe.printStackTrace();
}
// Mostrando uma mensagem de saída
System.out.println("Agente vendedor " + getAID().getName() +
" terminando");
}
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Procurando por Serviços no DF
• Criar um objeto DFAgentDescription e chamar o método
search() do DF
protected void setup() {
...
// Criando um TickerBehaviour para procurar agentes vendedores a cada minuto
addBehaviour(new TickerBehaviour(this, 60000) {
protected void onTick() {
// Atualizando a lista de agentes vendedores
DFAgentDescription template = new DFAgentDescription();
ServiceDescription sd = new ServiceDescription();
sd.setType("book-selling");
template.addServices(sd);
try {
DFAgentDescription[] result = DFService.search(myAgent, template);
sellerAgents = new AID[result.length];
for (int i = 0; i < result.length; ++i)
sellerAgents[i] = result.getName();
}
catch (FIPAException fe) { fe.printStackTrace(); }
...
} );
...
}
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Nova versã0 3.5 – Novidade
• Novo mecanismo de comunicação
– Para lista de assinaturas
– Os agentes podem enviam mensagens sem especificar os destinatários,
somente o assunto
– Implementado no kernel do Jade pelo
• TopicManagement Service
• jade.core.messaging package
• Versão reestruturada do Web Service Integration Gateway (WSIG)
– 1) Está empacotado com uma aplicação web que pode ser implantada
em qualquer servidor, tal como, Apache Tomcat
– 2) Os web services visíveis são derivados diretamente das ações
especificadas na ontologia referenciada pelo descritor de serviço
registrado no DF.
– 3) um documento WSDL padrão é produzido para cada agent service
que precise ser visível como um web service.
• Desta forma é possível construir clientes web services sem nenhum
conhecimento sobre qual agente provê o serviço e como ele o faz
• http://jade.tilab.com/doc/tutorials/WSIG_Guide.pdf
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Concluindo...
• Jade é um framework de desenvolvimento de sistemas
multi-agentes
– Implementa o modelo de infraestrutura FIPA com registro,
páginas amarelas e mecanismo de envio de mensagens
• Uso de AMS, DF e de FIPA ACL
– Ciclo de vida de um agente
• setup(), addBehaviour(), takeDown()
– Abordagem orientada a tarefas: o comportamento dos agentes
é decomposto em pedaços menores (Behaviour) que são
adicionados ao agente quando necessário
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Jadex BDI Agent Systems
http://vsis-www.informatik.uni-hamburg.de/projects/jadex/
Versão atual: 0.96 (15 Junho 2007)
Jadex - Introdução
• O que são agentes inteligentes mesmo?
• Como construir os modelos mentais dos agentes usando o
Jade?
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Jadex - Introdução
• Modelo BDI – Belief Desire Intention
• É necessário uma arquitetura de agentes capaz de montar
as inúmeras partes do agente que representa o modelo
– Agente interno
– Sociedade de agentes
– Inteligência artificial
• Jadex = Jade + BDI
– Grupo de Sistemas Distribuídos e Sistemas de Informação
– Universidade de Hamburg
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Jadex
• Jade + BDI
– Mas o que muda exatamente?
AGENTES ORIENTADOS A OBJETIVOS
– Classes explícitas
• Belief, Goals, Plans
– Os agentes possuem beliefs, que pode ser qualquer tipo de
classe Java e são carregados em uma base de belief
– Goals são descrições de estado a ser alcançado implícitas ou
explícitas
– Para atingir os objetivos (goals) os agentes executam os
planos (plans)
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Jadex
Os planos podem ler e alterar os beliefs do agente
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Jadex
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Jadex Agent
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Jadex
• OQL-like query language
– Linguagem de busca de fatos na base de beliefs
• ADF - XML based Agent Definition File
– Especifica os beliefs, goals e plans iniciais do agente
– O ambiente de execução Jadex
• le o arquivo
• gera o modelo mental do agente
• Executa o agente de acordo com os goals, selecionando os planos
• Capabilities
– Define um conjunto de funcionalidades pre-definidas
• Tais como para acessar o DF
– Arquivo tal como ADF que pode ser plugado nos agentes
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Jadex - OQL
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Jadex – Agent Plattform
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Jadex - Fragmento de Especificação do Meta-modelo
do Agente
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Jadex - Especificação do Meta-modelo do Goal
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Jadex – Esqueleto de Plano
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Exemplo
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Exemplo
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Exemplo – Modelo do Agente
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Plano: StackBlocks
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Arquitetura Jadex
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Jadex - Ferramentas
• Todas do Jade
• Ferramenta de visualização BDI
• Ferramenta Introspector
• Agente de Log (Logger Agent)
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Jadex – BDI Viewer Tool
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Jadex – Introspector Tool
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Jadex Webbridge
• Como usar Jadex em uma aplicação Web?
• Servlets, JSP, Jade, Jadex, Goals....???
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Jadex Webbridge
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ESSMA
• Panacéia linguagens de modelagem e metodologias
• Panacéia de plataformas e frameworks
• Como integrar???
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AUML + Jadex
• Protocolos de interação orientados a objetivos
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AUML + Jadex
• Protocolos de interação orientados a objetivos
– META: Esconder o detalhe da troca de mensagens entre os
agentes para dar ênfase nos aspectos de domínio dos
protocolos
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AUML + Jadex
• Protocolos de interação orientados a objetivos
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© LES/PUC-Rio
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O plano para o comprador
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AUML + Jade bahaviors
• FSM: Finite State Machine
• cpXML: conversation policy XML
• template of the conversation building block
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AUML -> FSM
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Plugin Eclipse
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Bibliografia
•
Jade: http://jade.tilab.com/
•
Lars Braubach, Alexander Pokahr. Goal-Oriented Interaction Protocols, Fifth
German conference on Multi-Agent System TEchnologieS (MATES-2007).
•
Alexander Pokahr, Lars Braubach. An Architecture and Framework for
Agent-Based Web Applications, 5th International Central and Eastern
European Conference on Multi-Agent Systems (CEEMAS 2007).
•
Alexander Pokahr, Lars Braubach, Winfried Lamersdorf. A Flexible BDI
Architecture Supporting Extensibility, The 2005 IEEE/WIC/ACM
International Conference on Intelligent Agent Technology (IAT-2005).
•
Alexander Pokahr, Lars Braubach, Winfried Lamersdorf. Jadex: A BDI
Reasoning Engine, Chapter of Multi-Agent Programming, Kluwer Book,
Editors: R. Bordini, M. Dastani, J. Dix and A. Seghrouchni.
•
Alexander Pokahr, Lars Braubach, Winfried Lamersdorf. A Flexible BDI
Architecture Supporting Extensibility, The 2005 IEEE/WIC/ACM
International Conference on Intelligent Agent Technology (IAT-2005).
•
M. Dinkloh and J. Nimis. A tool for integrated design and implementation of
conversations in multiagent systems. In ProMAS Workshop, pages 187–
200, 2004.
© LES/PUC-Rio
Obrigada!
Maíra Gatti
2007.2