Résolution de problèmes par émergence








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Généralisation : la résolution de problèmes par émergence


En considérant une définition très générale pour la notion de "problème", nous pouvons envisager tout type de système informatique comme des systèmes chargés d'effectuer de la "résolution de problèmes". Bien évidemment, cette résolution peut alors prendre bien des formes, de simples programmes de calcul jusqu'à des programmes "intelligents" très complexes. L'idée générale est cependant la même : laisser faire au système informatique ce que l'humain ne veut pas ou ne peut pas faire, dans un temps donné ou dans l'absolu.

Plus le problème est considéré comme "difficile", plus nous aurons des difficultés à réaliser un système pour le résoudre. L'essence de mon travail de thèse se résumerait ainsi : la recherche de moyens pour repousser les limites de notre capacité à produire des systèmes de résolution de problèmes. Cette recherche s'est en fait déroulée sur deux plans relativement distincts, mais s'enrichissant mutuellement : d'une part, le concept de programmation émergente, et d'autre part, de façon plus générale, la résolution de problèmes par émergence.
      1. La programmation émergente : un outil universel


Si nous produisons tous les agents nécessaires à la représentation d'un langage de programmation complet, et que ce langage est suffisamment riche, nous obtenons une expressivité maximale : tout type de programme réalisable avec les langages actuels. Dans son concept absolu, la programmation émergente pourrait alors résoudre tout type de problème, à partir du moment où celui-ci est résoluble par un système informatique. Evidemment, ceci semble bien irréaliste, du moins pour le moment.
      1. La résolution par émergence


Mais si nous possédons certaines connaissances de plus haut niveau sur un problème, ou que celui-ci se structure à plus haut niveau que le niveau des instructions, alors il est plus efficace et plus facile de concevoir le système à ce niveau plutôt qu'à celui des instructions. Ceci concerne notamment les cas pour lesquels nous pouvons identifier des entités de plus forte granularité représentées alors par des agents ayant des compétences ou des comportements plus riches. Ou au contraire, les cas pour lesquels les agents auront des comportements plus simples et adaptés spécifiquement au problème traité.

Dès lors, nous pouvons appliquer les mécanismes d'auto-organisation de la programmation émergente à d'autres façons d'aborder des problèmes. En effet, les agents-instructions ont ceci de particulier qu'ils représentent des entités très génériques quant aux problèmes traités (une instruction a un comportement très éloigné du comportement du programme en entier), et le parcours de l'espace de recherche, pour des entités possédant plus d'informations ou plus de compétences quant au problème à traiter, ne peut qu'être plus facile. Et dans le pire des cas, nous pouvons toujours avoir recours à la programmation émergente pour produire le comportement des entités de plus haut niveau.

Considérons par exemple le problème de l'Informatique Diffuse (Pervasive Computing) : dans une pièce, un grand nombre d'appareils contrôlés chacun par une puce autonome ont pour but de satisfaire l'utilisateur y évoluant de jour en jour. Mais le but même, la satisfaction de l'utilisateur, est vague et incomplet, et le moyen d'y arriver l'est encore plus. Nous affirmons alors que ce problème est un candidat idéal pour la résolution par émergence : donnons aux entités les moyens de trouver elles-mêmes le comportement global du système afin de satisfaire l'utilisateur. Il s'agit alors de donner les bons comportements d'auto-organisation aux différents appareils de la pièce pour qu'ils puissent modifier leur façon d'interagir afin de prendre en compte les contraintes de chacun des appareils, et les stimuli (ordre, jugement, comportement) de l'utilisateur. Ces quelques explications très générales devrons être explicitées rigoureusement en tenant compte de la nature particulière des phénomènes émergents.
      1. Ma contribution à la résolution de problèmes par émergence


Cette thèse présente en parallèle au problème de la conception d'un environnement de programmation émergente, l'étude plus générale du cadre et des mécanismes nécessaires à la résolution de problèmes par émergence. Ceci est réalisé concrètement tout d'abord par une étude détaillée de l'émergence et une définition consacrée à l'élaboration de systèmes artificiels. Je définis également des caractéristiques de problèmes permettant une catégorisation qui influe sur la façon dont ces problèmes peuvent être abordés en termes de mécanismes d'auto-organisation. Plus généralement, mes réflexions sur la résolution de problèmes par émergence sont étroitement liées à l'exploration du problème de programmation émergente et sont donc présentes tout au long de ce document.
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