Modélisation d’un modèle cognitif de mémoire dans un système multi-agent temps réel Par : Jimmy Perron Directeur : Bernard...
Plan <ul><li>Introduction </li></ul><ul><ul><li>Contexte </li></ul></ul><ul><ul><li>Objectif </li></ul></ul><ul><li>Théori...
Introduction –  Contexte (MAGS) <ul><li>Simulation de phénomènes impossibles à reproduire (panne d’un avion) </li></ul>
Introduction –  Contexte (MAGS) <ul><li>Simulation pour l’aide à la décision </li></ul><ul><li>Simulation de phénomènes de...
Introduction –  Contexte (MAGS) <ul><li>Géo-Simulation multi-agent dans un contexte temps réel </li></ul>
Introduction -  Contexte <ul><li>Pour faire de la Géo-Simulation multi-agent : </li></ul><ul><ul><li>Simulateur -> MAGS </...
Modèle d’agent cognitif <ul><li>Composantes d’un modèle d’agent cognitif [Thalmann, 2000] </li></ul><ul><ul><li>Perception...
Modèle d’agent cognitif <ul><li>Composantes d’un modèle d’agent cognitif [Thalmann, 2000] </li></ul><ul><ul><li>Perception...
Introduction - Objectif <ul><li>Notre objectif est de  définir  et d’ implanter  un modèle  complet  de perception et de m...
Plan <ul><li>Introduction </li></ul><ul><ul><li>Contexte </li></ul></ul><ul><ul><li>Objectif </li></ul></ul><ul><li>Théori...
Théorie de la mémoire <ul><li>Pourquoi ? </li></ul><ul><ul><li>Définir les principales structures de la mémoire </li></ul>...
Structures de la mémoire <ul><li>Mémoire perceptuelle  [Sperling, 1960 ; Sakitt, 1976 ; Neisser, 1967 ; Haber, 1983]  </li...
Structure de la mémoire <ul><li>Capacité limitée (mémoire de travail) </li></ul><ul><li>Capacité illimitée (mémoire percep...
Mécanismes de la mémoire <ul><li>Répétition </li></ul><ul><ul><li>Plus un élément est répété, plus il sera mémorisé </li><...
Modèles de mémoire <ul><li>Un modèle de mémoire est la modélisation concrète des théories </li></ul><ul><ul><li>Atkinson &...
Finalement <ul><li>Les modèles cognitifs de mémoire existants sont incomplets car ils sont incapables de fournir une solut...
Plan <ul><li>Introduction </li></ul><ul><ul><li>Contexte </li></ul></ul><ul><ul><li>Objectif </li></ul></ul><ul><li>Théori...
Fonctionnalités <ul><li>La fonctionnalité générale : mémoriser des éléments perçus à partir d’un environnement </li></ul><...
Contraintes <ul><li>Tous les mécanismes devront s’exécuter en temps réel (i.e 33ms ou moins) </li></ul><ul><li>Chaque agen...
Perception <ul><li>Environnement virtuel 3D riche et complexe </li></ul><ul><ul><li>Agents (piétons, voitures, autres), bâ...
Perception
Perception - Démo
Mémoire Perceptuelle Perception Environnement O1 O2 O3 … Mémoire Perceptuelle Objets Perçus
Filtre filtrés rejeté Perception Environnement O1 O2 O3 … Mémoire Perceptuelle Filtre O2 O1 O3
Filtre <ul><li>Comment déterminer les objets filtrés </li></ul><ul><ul><li>Tous les objets dans la mémoire perceptuelle so...
Filtre (suite) <ul><ul><li>Le filtre ignore tous les objets ne satisfaisant pas à ces conditions </li></ul></ul><ul><ul><l...
Mémoire de travail <ul><li>Stockage des éléments servant à effectuer la tâche courante </li></ul>Faim Plaisir Repos Argent...
Répétition et Rétention <ul><li>Comment le coefficient d’importance est-il géré ? </li></ul><ul><ul><li>Nous avons besoin ...
Répétition et Rétention <ul><li>Évolution de la fonction d’activation </li></ul>
Répétition et Rétention <ul><li>Modification du coefficient de dégradation </li></ul>  <ul><li>Individualisation des carac...
Transfert vers la mémoire à long terme <ul><li>La mémoire de travail a aussi le mandat de gérer le transfert de l’informat...
L’élément mémorisé <ul><li>Structure d’un élément </li></ul>Faim Plaisir Élément1 Élément5 Élément2 Chunk1 Chunk2 5 6 4 3 ...
Mémoire à long terme <ul><li>Très semblable à la mémoire de travail à l’exception de deux choses : </li></ul><ul><ul><li>C...
Modèle de mémoire Rétention Répétition et Rétention Mise à jour Perte Récupération Filtre Perception Environnement Mémoire...
filtré rejeté Perception E1 E2 E3 … Mémoire Perceptuelle Filtre E2 Mémoire de travail Accès Récupération Mise à jour Modul...
Plan <ul><li>Introduction </li></ul><ul><ul><li>Contexte </li></ul></ul><ul><ul><li>Objectif </li></ul></ul><ul><li>Théori...
 
Plan <ul><li>Introduction </li></ul><ul><ul><li>Contexte </li></ul></ul><ul><ul><li>Objectif </li></ul></ul><ul><li>Théori...
Résultats des performances <ul><li>Complexité des algorithmes :  </li></ul><ul><ul><li>Perception : O(n 2 ) où  n  est le ...
Résultats des performances <ul><li>Complexité = O(n 2 ) + O(n*n) + O(n) = O(n 2 )   </li></ul><ul><li>Donc, l’algorithme d...
Résultats <ul><li>« Photo » de la mémoire d’un agent à un instant donné </li></ul>
Résultats <ul><li>Les tests montrent que le modèle de mémoire d’un agent avec un rayon de perception de 40 mètres prend 1,...
Conclusion <ul><li>Notre modèle de mémoire respecte les fonctionnalités demandées : </li></ul><ul><ul><li>Perception de l’...
Conclusion <ul><li>Le modèle respecte les contraintes demandées : </li></ul><ul><ul><li>Tous les mécanismes s’exécutent en...
Simulation de 10 000 agents
Travaux futurs <ul><li>Cohérence des cartes de mémoire des agents </li></ul><ul><li>Extension du modèle pour supporter des...
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Modèle cognitif de mémoire dans un environnement virtuel

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La présentation présente les résultats des recherches dans le cadre du mémoire de maîtrise de Jimmy Perron. Les recherches visent à définir et développer un modèle cognitif de mémoire dans un système multi-agents de géosimulation. L'objectif est de faire mémoriser l'environnement aux entités virtuels d'une façon réaliste.

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Modèle cognitif de mémoire dans un environnement virtuel

  1. 1. Modélisation d’un modèle cognitif de mémoire dans un système multi-agent temps réel Par : Jimmy Perron Directeur : Bernard Moulin Département d’informatique et de Génie Logiciel Université Laval Juin 2003
  2. 2. Plan <ul><li>Introduction </li></ul><ul><ul><li>Contexte </li></ul></ul><ul><ul><li>Objectif </li></ul></ul><ul><li>Théorie de la mémoire </li></ul><ul><li>Modèle de mémoire </li></ul><ul><li>Intégration du modèle dans MAGS </li></ul><ul><li>Résultats et Conclusion </li></ul>
  3. 3. Introduction – Contexte (MAGS) <ul><li>Simulation de phénomènes impossibles à reproduire (panne d’un avion) </li></ul>
  4. 4. Introduction – Contexte (MAGS) <ul><li>Simulation pour l’aide à la décision </li></ul><ul><li>Simulation de phénomènes de foule dans un environnement géographique </li></ul>
  5. 5. Introduction – Contexte (MAGS) <ul><li>Géo-Simulation multi-agent dans un contexte temps réel </li></ul>
  6. 6. Introduction - Contexte <ul><li>Pour faire de la Géo-Simulation multi-agent : </li></ul><ul><ul><li>Simulateur -> MAGS </li></ul></ul><ul><ul><li>Modèle d’agent cognitif </li></ul></ul>
  7. 7. Modèle d’agent cognitif <ul><li>Composantes d’un modèle d’agent cognitif [Thalmann, 2000] </li></ul><ul><ul><li>Perception </li></ul></ul><ul><ul><li>Mémoire </li></ul></ul><ul><ul><li>Émotions </li></ul></ul><ul><ul><li>Comportements </li></ul></ul><ul><ul><li>Actions </li></ul></ul>
  8. 8. Modèle d’agent cognitif <ul><li>Composantes d’un modèle d’agent cognitif [Thalmann, 2000] </li></ul><ul><ul><li>Perception </li></ul></ul><ul><ul><li>Mémoire </li></ul></ul><ul><ul><li>Émotions </li></ul></ul><ul><ul><li>Comportements </li></ul></ul><ul><ul><li>Actions </li></ul></ul>
  9. 9. Introduction - Objectif <ul><li>Notre objectif est de définir et d’ implanter un modèle complet de perception et de mémoire dans le contexte d’une simulation multi-agent en temps réel. </li></ul>
  10. 10. Plan <ul><li>Introduction </li></ul><ul><ul><li>Contexte </li></ul></ul><ul><ul><li>Objectif </li></ul></ul><ul><li>Théorie de la mémoire </li></ul><ul><li>Modèle de mémoire </li></ul><ul><li>Intégration du modèle dans MAGS </li></ul><ul><li>Résultats et Conclusion </li></ul>
  11. 11. Théorie de la mémoire <ul><li>Pourquoi ? </li></ul><ul><ul><li>Définir les principales structures de la mémoire </li></ul></ul><ul><ul><li>Définir les mécanismes agissant sur la mémoire </li></ul></ul><ul><ul><li>Définir les principaux phénomènes de la mémoire </li></ul></ul>
  12. 12. Structures de la mémoire <ul><li>Mémoire perceptuelle [Sperling, 1960 ; Sakitt, 1976 ; Neisser, 1967 ; Haber, 1983] </li></ul><ul><ul><li>Stocke temporairement tous les objets perçus </li></ul></ul><ul><li>Mémoire à court terme et Mémoire de travail [Baddeley, 1986] </li></ul><ul><ul><li>Stocke temporairement l’information servant à effectuer la tâche courante </li></ul></ul><ul><li>Mémoire à long terme </li></ul><ul><ul><li>Stocke l’information de façon permanente </li></ul></ul>
  13. 13. Structure de la mémoire <ul><li>Capacité limitée (mémoire de travail) </li></ul><ul><li>Capacité illimitée (mémoire perceptuelle et mémoire à long terme) </li></ul><ul><li>Organisation par regroupements </li></ul>
  14. 14. Mécanismes de la mémoire <ul><li>Répétition </li></ul><ul><ul><li>Plus un élément est répété, plus il sera mémorisé </li></ul></ul><ul><li>Niveau de conscience [Craik & Lockart, 1972] </li></ul><ul><li>Rétention et oubli </li></ul><ul><ul><li>La trace de l’information en mémoire décroît avec le temps </li></ul></ul><ul><ul><li>L’oubli est la conséquence de l’ajout de nouvelles informations en mémoire (interférence) </li></ul></ul>
  15. 15. Modèles de mémoire <ul><li>Un modèle de mémoire est la modélisation concrète des théories </li></ul><ul><ul><li>Atkinson & Shiffrin, SAM, MINERVA2, SOAR, ACT-R, SALT, EPIC, 3CAPS </li></ul></ul><ul><li>Les agents cognitifs existants utilisent ces modèles de mémoire </li></ul><ul><ul><li>Trop généraux </li></ul></ul><ul><ul><li>Pas assez de détails pour l’implantation </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>« la répétition a des effets positifs sur la rétention de la mémoire si ce qui est répété est d’intérêt » [Anderson]   </li></ul></ul></ul>
  16. 16. Finalement <ul><li>Les modèles cognitifs de mémoire existants sont incomplets car ils sont incapables de fournir une solution de mémorisation concrète dans un contexte multi-agent. </li></ul><ul><li>À notre connaissance, il n’existe aucun modèle de mémoire assez complet et détaillé s’intègrant adéquatement dans un système multi-agent temps réel. </li></ul>
  17. 17. Plan <ul><li>Introduction </li></ul><ul><ul><li>Contexte </li></ul></ul><ul><ul><li>Objectif </li></ul></ul><ul><li>Théorie de la mémoire </li></ul><ul><li>Modèle de mémoire </li></ul><ul><li>Intégration du modèle dans MAGS </li></ul><ul><li>Résultats et Conclusion </li></ul>
  18. 18. Fonctionnalités <ul><li>La fonctionnalité générale : mémoriser des éléments perçus à partir d’un environnement </li></ul><ul><ul><li>Perception </li></ul></ul><ul><ul><li>La discrimination d’éléments </li></ul></ul><ul><ul><li>La mémorisation d’éléments </li></ul></ul><ul><ul><li>La récupération des éléments mémorisés </li></ul></ul><ul><ul><li>L’oubli progressif de certains éléments </li></ul></ul>
  19. 19. Contraintes <ul><li>Tous les mécanismes devront s’exécuter en temps réel (i.e 33ms ou moins) </li></ul><ul><li>Chaque agent devra posséder ses propres structures et ses propres mécanismes (pas de données, de structures ou de connaissances partagées). </li></ul><ul><li>Le modèle doit se limiter aux contraintes d’un ordinateur personnel (mémoire limitée, temps d’exécution faible, etc). </li></ul>
  20. 20. Perception <ul><li>Environnement virtuel 3D riche et complexe </li></ul><ul><ul><li>Agents (piétons, voitures, autres), bâtiments, objets, espaces géographiques, terrains, routes, etc. </li></ul></ul><ul><ul><li>Perception dynamique en 3D basée sur des lignes de vue </li></ul></ul>
  21. 21. Perception
  22. 22. Perception - Démo
  23. 23. Mémoire Perceptuelle Perception Environnement O1 O2 O3 … Mémoire Perceptuelle Objets Perçus
  24. 24. Filtre filtrés rejeté Perception Environnement O1 O2 O3 … Mémoire Perceptuelle Filtre O2 O1 O3
  25. 25. Filtre <ul><li>Comment déterminer les objets filtrés </li></ul><ul><ul><li>Tous les objets dans la mémoire perceptuelle sont analysés [Kahneman & Treisman, 1984] </li></ul></ul><ul><ul><li>Les stimuli attendus (en lien avec l’objectif de l’agent) sont parmi les objets identifiés [Mack & Rock, 1998] </li></ul></ul><ul><ul><li>Les objets saillants (propriétés physiques) sont aussi identifiés [Gibson, 1979] </li></ul></ul><ul><ul><li>Les objets avec une charge affective importante pour l’agent sont aussi considérés. (emotional Stroop effect) [Mack & Rock, 1998] </li></ul></ul>
  26. 26. Filtre (suite) <ul><ul><li>Le filtre ignore tous les objets ne satisfaisant pas à ces conditions </li></ul></ul><ul><ul><li>La validité de tout cela repose sur l’attention de l’agent ; le niveau de traitement des informations doit être « conscient » [Craik & Lockart, 1972] </li></ul></ul>
  27. 27. Mémoire de travail <ul><li>Stockage des éléments servant à effectuer la tâche courante </li></ul>Faim Plaisir Repos Argent Restaurant1 Cinéma1 Pomme1 Besoins Chunk1 Chunk2 Chunk3 Chunk4 Restaurant1 Parc2 5 6 4 3 2 6 3 2 6 Coefficient d’importance Moyenne des éléments
  28. 28. Répétition et Rétention <ul><li>Comment le coefficient d’importance est-il géré ? </li></ul><ul><ul><li>Nous avons besoin d’un modèle jumelant le mécanisme de répétition (qui concerne l’acquisition) et le mécanisme de rétention (qui concerne l’oubli) </li></ul></ul><ul><ul><li>The functional decay model [Altmann & Schunn, 2003] </li></ul></ul><ul><ul><li>Niveau d’activation : A = ln(n / √T) </li></ul></ul>
  29. 29. Répétition et Rétention <ul><li>Évolution de la fonction d’activation </li></ul>
  30. 30. Répétition et Rétention <ul><li>Modification du coefficient de dégradation </li></ul>  <ul><li>Individualisation des caractéristiques de la mémorisation </li></ul>
  31. 31. Transfert vers la mémoire à long terme <ul><li>La mémoire de travail a aussi le mandat de gérer le transfert de l’information vers la mémoire à long terme </li></ul><ul><ul><li>Lorsque le coefficient d’importance d’un élément dépasse un certain seuil, l’élément est transféré dans la mémoire à long terme </li></ul></ul><ul><ul><li>L’élément a été répété plusieurs fois dans un intervalle de temps relativement restreint </li></ul></ul>
  32. 32. L’élément mémorisé <ul><li>Structure d’un élément </li></ul>Faim Plaisir Élément1 Élément5 Élément2 Chunk1 Chunk2 5 6 4 3 3 Force de la trace de l’élément Pointeur vers l’agent mémorisé Restaurant1 Satisfaction 80 Bob Identificateur de la relation Valeur de la relation n T C Paramètres de la fonction d’activation
  33. 33. Mémoire à long terme <ul><li>Très semblable à la mémoire de travail à l’exception de deux choses : </li></ul><ul><ul><li>Capacité théoriquement illimitée </li></ul></ul><ul><ul><li>Aucune perte d’éléments </li></ul></ul>Faim Plaisir Repos Argent Élément1 Élément4 Élément2 Chunk1 Chunk2 Chunk3 Chunk4 Élément12 Élément8 4 6 4 6 2 7 6 2 7 Élément3 3 Élément5 1 Seuil du niveau de conscience
  34. 34. Modèle de mémoire Rétention Répétition et Rétention Mise à jour Perte Récupération Filtre Perception Environnement Mémoire Perceptuelle Mémoire de travail Mémoire à Long Terme Perte
  35. 35. filtré rejeté Perception E1 E2 E3 … Mémoire Perceptuelle Filtre E2 Mémoire de travail Accès Récupération Mise à jour Module Comportemental Rétention et Répétition Faim Plaisir Repos Argent Élément6 Élément4 Élément9 Élément12 Élément8 4 6 4 6 2 7 6 2 7 Élément3 3 Élément5 1 Plaisir Faim Élément1 Élément3 Élément4 5 6 4 3 3 Restaurant1 Relation 80 Bob Mémoire à long terme Environnement Rétention et Répétition n T C
  36. 36. Plan <ul><li>Introduction </li></ul><ul><ul><li>Contexte </li></ul></ul><ul><ul><li>Objectif </li></ul></ul><ul><li>Théorie de la mémoire </li></ul><ul><li>Modèle de mémoire </li></ul><ul><li>Intégration du modèle dans MAGS </li></ul><ul><li>Résultats et Conclusion </li></ul>
  37. 38. Plan <ul><li>Introduction </li></ul><ul><ul><li>Contexte </li></ul></ul><ul><ul><li>Objectif </li></ul></ul><ul><li>Théorie de la mémoire </li></ul><ul><li>Modèle de mémoire </li></ul><ul><li>Intégration du modèle dans MAGS </li></ul><ul><li>Résultats et Conclusion </li></ul>
  38. 39. Résultats des performances <ul><li>Complexité des algorithmes : </li></ul><ul><ul><li>Perception : O(n 2 ) où n est le rayon de perception </li></ul></ul><ul><ul><li>Filtre : O(n*f) où n est le nombre d’éléments dans la mémoire perceptuelle et f le nombre de filtres </li></ul></ul><ul><ul><li>Rétention : O(n) où n est le nombre d’éléments dans la mémoire de travail </li></ul></ul>
  39. 40. Résultats des performances <ul><li>Complexité = O(n 2 ) + O(n*n) + O(n) = O(n 2 ) </li></ul><ul><li>Donc, l’algorithme de perception dicte la performance globale du modèle de mémoire </li></ul>
  40. 41. Résultats <ul><li>« Photo » de la mémoire d’un agent à un instant donné </li></ul>
  41. 42. Résultats <ul><li>Les tests montrent que le modèle de mémoire d’un agent avec un rayon de perception de 40 mètres prend 1,4 ms (Pentium III 1000Mhz, 512 Mo de Ram) </li></ul>
  42. 43. Conclusion <ul><li>Notre modèle de mémoire respecte les fonctionnalités demandées : </li></ul><ul><ul><li>Perception de l’environnement </li></ul></ul><ul><ul><li>Discrimination d’éléments </li></ul></ul><ul><ul><li>Mémorisation d’éléments </li></ul></ul><ul><ul><li>Récupération des éléments mémorisés </li></ul></ul><ul><ul><li>Oubli progressif (semblable aux mécanismes cognitifs de la mémoire humaine) </li></ul></ul>
  43. 44. Conclusion <ul><li>Le modèle respecte les contraintes demandées : </li></ul><ul><ul><li>Tous les mécanismes s’exécutent en temps réel (i.e 33ms ou moins) </li></ul></ul><ul><ul><li>Chaque agent possède ses propres structures et ses propres mécanismes (pas de données, de structures ou de connaissances partagées). </li></ul></ul><ul><ul><li>Le modèle se limite aux contraintes d’un ordinateur personnel (mémoire limitée, temps d’exécution faible, etc). </li></ul></ul>
  44. 45. Simulation de 10 000 agents
  45. 46. Travaux futurs <ul><li>Cohérence des cartes de mémoire des agents </li></ul><ul><li>Extension du modèle pour supporter des phénomènes supplémentaires (Serial Position, etc.) </li></ul><ul><li>Apprentissage des agents </li></ul>
  46. 47. Merci
  47. 48. Question ? ?

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