Das Projekt

Das Creature-Projekt beschäftigt sich mit beweglichen und lernfähigen Agenten in künstlichen Welten. Diese Agenten werden Creatures genannt. Unsere Forschungen zielen auf die Optimierung des Verhaltens der Creatures mit einer lokalen Sicht und globalen Zielen in Multi-Agenten bzw. Multi-Creature-Systemen ab.

Es gibt viele Anwendungsgebiete für solche künstliche Welten:

  • Computational worlds: Creatures sind aktive, sich bewegende Objekte. Passive Objekte beinhalten Daten. Die Creatures werden programmiert oder können lernen, ein komplexes algorithmisches Problem zu lösen.

  • Synthetic worlds: Spiele, genetic art, Verhaltensoptimierung von Creatures, soziales Verhalten, self organization.

Die Welt der Creatures ist wegen der massiv parallelen Eigenschaften von Zellularen Automaten (CA) und der zeitaufwendigen Simulation solcher Multi-Agenten-Modelle im CA modelliert. Das CA Modell erlaubt es, eine zeitlich und räumlich diskrete Welt zu beschreiben, die auch effizient von Multiprozessorsystemen und Spezialhardware unterstützt werden kann.

Das generelle Ziel des Projekts ist es, Methoden zu entwickeln, die es erlauben, das optimale lokale Verhalten von sich bewegenden Creatures zu finden, um ein globales Ziel zu lösen.

Beispiel: Das Creature-Exploration Problem

Das Creature-Exploration Problem ist ein einfaches Beispiel eines Multi-Creature Systems in einer künstlichen Welt.

Gegeben ist eine 2D-CA Umgebung mit Hindernissen und beweglichen Creatures. Das globale Ziel der Creatures ist es, alle freien Zellen in einer minimalen Anzahl von Generationen mindestens einmal zu besuchen, während eine einzelne Creature dieses globale Ziel nicht kennt, sondern nur eine lokale Sicht und daher eine lokale Verhaltensregel besitzt. Eine Einschränkung für dieses spezifische Problem ist das Exklusionsprinzip, d.h. es kann immer nur eine Creature gleichzeitig auf einer Zelle sein.

Mögliche Anwendungen sind "eine Wiese mähen", "einen Raum staubsaugen", "eine unbekannte Umgebung erkunden" oder "Information verteilen".

Das Ziel ist es nun, das lokale Verhalten der Creatures zu optimieren, um ein gutes globales Verhalten zu erhalten. Dabei können unter anderem folgende Fragen aufgeworfen werden:

  • Wie sollte man das Verhalten der Creature modellieren?
  • Welche Optimierungsmethoden kann man verwenden?
  • Wie viele Creatures sind optimal?
  • Wie können Verhaltensalgorithmen, die robust gegenüber Veränderungen der Umgebung sind, entwickelt werden?
  • Können die Ergebnisse für dieses spezifische Problem generalisiert werden, d.h. können wir die gleichen Optimierungsmethoden oder die gleiche Verhaltensmodellierung auch auf andere Probleme anwenden?
Drei creatures versuchen eine 2D-Umgebung mit Hindernissen vollständig zu erkunden. Initiale Konfiguration (links) und nach einigen Generationen (rechts).

Simulationsprogramm

Für das CEP (Creature-Exploration Problem) steht ein JAVA-Simulator zur Verfügung. Im Archiv CEP_Simulator.zip befinden sich die Programmdateien sowie eine Bedienungsanleitung.

 

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