Ensemble Case Based Learning for Multi-Agent Systems

Abstract

Esta monografía presenta un marco de trabajo para el aprendizaje en un escenario de datos distribuidos y con control descentralizado. Hemos basado nuestro marco de trabajo en Sistemas Multi-Agente (MAS) para poder tener control descentralizado, y en Razonamiento Basado en Casos (CBR), dado que su naturaleza de aprendizaje perezoso lo hacen adecuado para sistemas multi-agentes dinámicos. Además, estamos interesados en agentes autónomos que funcionen como ensembles. Un ensemble de agentes soluciona problemas de la siguiente manera: cada agente individual soluciona el problema actual individualmente y hace su predicción, entonces todas esas predicciones se agregan para formar una predicción global. Así pues, en este trabajo estamos interesados en desarrollar estrategias de aprendizaje basadas en casos y en ensembles para sistemas multi-agente.<br/>Concretamente, presentaremos un marco de trabajo llamado Razonamiento Basado en Casos Multi-Agente (MAC), una aproximación al CBR basada en agentes. Cada agente individual en un sistema MAC es capaz de aprender y solucionar problemas individualmente utilizando CBR con su base de casos individual. Además, cada base de<br/>casos es propiedad de un agente individual, y cualquier información de dicha base de casos será revelada o compartida únicamente si el agente lo decide así. Por tanto, este marco de trabajo preserva la privacidad de los datos y la autonomía de los agentes para revelar información.<br/>Ésta tesis se centra en desarrollar estrategias para que agentes individuales con capacidad de aprender puedan incrementar su rendimiento tanto cuando trabajan individualmente como cuando trabajan como un ensemble. Además, las decisiones en un sistema MAC se toman de manera descentralizada, dado que cada agente tiene autonomía de decisión. Por tanto, las técnicas desarrolladas en este marco de trabajo consiguen un incremento del rendimiento como resultado de decisiones individuales tomadas de manera descentralizada. Concretamente, presentaremos tres tipos de estrategias: estrategias para crear ensembles de agentes, estrategias para realizar retención de casos en sistemas multi-agente, y estrategias para realizar redistribución de casos.

This monograph presents a framework for learning in a distributed data scenario with decentralized decision making. We have based our framework in Multi-Agent Systems (MAS) in order to have decentralized decision making, and in Case-Based Reasoning (CBR), since the lazy learning nature of CBR is suitable for dynamic multi-agent systems. Moreover, we are interested in autonomous agents that collaboratively<br/>work as ensembles. An ensemble of agents solves problems in the following way: each individual agent solves the problem at hand individually and makes its individual prediction, then all those predictions are aggregated to form a global prediction. Therefore, in this work we are interested in developing ensemble case based<br/>learning strategies for multi-agent systems.<br/>Specifically, we will present the Multi-Agent Case Based Reasoning (MAC) framework, a multi-agent approach to CBR. Each individual agent in a MAC system is capable of individually learn and solve problems using CBR with an individual case base. Moreover, each case base is owned and managed by an individual agent, and any information is disclosed or shared only if the agent decides so. Thus, this framework preserves the privacy of data, and the autonomy to disclose data.<br/>The focus of this thesis is to develop strategies so that individual learning agents improve their performance both individually and as an ensemble. Moreover, decisions in the MAC framework are made in a decentralized way since each individual agent has decision autonomy. Therefore, techniques developed in this framework achieve an improvement of individual and ensemble performance as a result of individual decisions made in a decentralized way. Specifically, we will present three kind of strategies: strategies to form ensembles of agents, strategies to perform case retention in multi-agent systems, and strategies to perform case redistribution.