Facing the Challenge of Automated Negotiation with Humans
A dissertation submitted by Angela Fabregues Vinent at Universitat Aut`onomade Barcelona to fulfill the degree of PhD in Computer Science.
Bellaterra, September 18th, 2012
Director: Prof. Carles Sierra Tutor: Dr. Josep Puyol
Elaborated at: Institut d’ Investigaci´o en Intel lig`encia Artificial Consejo Superior de Investigaciones Cient´ıficas (IIIA-CSIC)
Acknowledgements
Voldria agrair a molta gent el temps que ha compartit amb mi aquests darrers anys corresponents a la realitzaci od'aquesta tesi doctoral. Especialment, voldria donar les gr aciesa en Juan Carlos. Sempre m'has acompanyat. Sempre m'has ajudat. Sempre has estat all aquan t'he necessitat, ja fossis al meu costat o a milles enfora. Ara que nos veim cada dia, esper no te cansis de jo. T'estim! Molts coneixements previs he hagut de menester. Molts altres els he adquirit pel cam .L'escola, l'institut, la carrera i el m astera l'IIIA m'han aportat molts d'ells. Tamb eel meu pas per l'empresa privada, per tot arreu s'apr en. Els valors, en canvi, s'aprenen a casa. Els vaig aprendre a Menorca gr aciesals meus pares i tamb eals meus germans. Pap a! Mam a! Me vau donar una inf anciaimpressionant, envoltada d'un entorn ple de coses per experimentar sentint-me segura i protegida. Me vau deixar cr eixer,que form essa meva pr opia personalitat, que an esagafant responsabilitats, i que fos lliure de decidir per jo mateixa lo que ning um espodia decidir. Vau con ar en jo i me vau nan car els estudis a Barcelona. Casi res! Moltes gr aciesper tot. Bep, amb tu vaig aprendre a enraonar, a donar mil voltes a ses coses i a poder veure-les des de diferents punts de vista. Molt util.Joan, company de mil perip eciesi experiments. Mira si nos duim b eque anys despr eshem tornat a viure junts. A veure quina ser a sa propera que nos passa. Esper sigui bona. \Culpables" directes de la meva traject oriaacad emicas on en Joaquim Font, en Cerquides, na Maite, na Noyda, en Francesc, n'Arcos, i com no, en Carles. Tots heu in u• t directament en decisions clau de la meva vida acad emicai professional. Com crec que m'han portat per un bon cam ,no vull deixar passar l'ocasi od'agrair-vos-ho. Carles, gr aciesper deixar-me gaudir d'aquests anys de doctorat. S eque en alguns moments puc arribar a ser un corc, de vegades es imprescindible. Per les altres em disculpo i t'agraeixo la paci encia.Diuen que amb el temps els estudiants s'assemblen als seus directors. Tan de bo se m'hagin enganxat algunes coses de tu. Companys d'aventures, bromes, viatges, moments dif cilsi celebracions n'hi ha molts. Vull esmentar principalment a en Dani i na Txell. Per otamb ea la resta de l'IIIA: n'Isaac, n'Amanda, na Patricia, en Nin, en Jordi, n'Anna, en Tito, en Ram on(dur equalque b otil), en Pedro (traer equeso), en Llu s,na Pilar, en Pablo, na Sandra, en JAR, en Felix, en Marco, n'Ana, na Montse, n'Imma, na Carol, na Nuria, ... tots no hi cabeu. Segur que m'oblido de gent important. Perdoneu. Una de les parts m esinteressants del doctorant esla realitzaci od'estades en altres centres de recerca. Voldria agrair l'oportunitat de fer aquestes estades a Londres, Jerusalem i Tel Aviv a: Prof. Mike Luck, Prof. Mark D'Inverno, Prof. Je Rosenschein i Prof. Sarit Kraus. Tamb e vull agrair als seus estudiants i colaboradors, i a amics que he fet per aquests indrets: Samhar, Sanjay, Matthew, Padmaja, Yato i Michelle, Yael, Reshef, Noam, Roy, Roi, Kobi and Raz. Entranyables s ontamb eels nostres amics de Val encia:Maria, Elena, Jose, Natalia, Estela, Eva, Carlos i Vicent. Fem tanta pinya que es pensen els de fora que som del mateix laboratori. Bon senyal. Research supported by the Agreement Technologies CONSOLIDER project under contract CSD2007-0022 and INGENIO 2010, and by the Agreement Tech- nologies COST Action, IC0801.
iii
Abstract
The research eld of negotiation has been studied from many di erent perspec- tives, among them: game theory, psychology, business, neuroeconomics, and psychopharmacology. The computational study of negotiations is denoted by automated negotiation. Most works on automated negotiation assume ratio- nal agents and static negotiation problems. However, humans are rationally bounded, and their negotiations are usually dynamic. It is often impossible to explore the complete negotiation space due to time limitations and the dynamics of the problem. By the time that an optimal solution is found, the solution is not optimal any more. Currently available testbeds on automated negotiation share the same shortcomings. Those testbeds that intend to involve humans in experiments assume that humans are rational, or are de ned over arti cial domains that require intense instruction of experiment participants. This thesis contributes to automated negotiation de ning an agent architecture suitable to negotiate with humans, and a testbed that allows for an easy participation of humans in experiments. We denote the agent architecture by HANA. It allows multiple bilateral ne- gotiations about actions, and deals with pre-negotiation looking for good enough sets of actions and o ers. It is a modular architecture based on an ecological model of rationality. The mental state of the agent is represented as graded be- liefs, dynamic desires and general intentions. We use a novel search&negotiation technique where search and negotiation go hand in hand: the former providing o ers to propose, and the later providing commitments for pruning the search space, and information for ne-tuning the evaluation of o ers. Several negotia- tion strategies are provided that can be dynamically combined. The architecture is extensible, allowing the incorporation of new behavioural models. The name of the testbed is DipGame. It is based on a popular board game where being a skilled negotiator is crucial for winning. DipGame allows the study of relationships, emotions, and coalitions that take place during succes- sive negotiations involving humans. There are many research opportunities in di erent topics all of them connected to negotiation. The study of a topic or another is selected constraining the negotiation language used during the game. The testbed provides a framework for agent development, and several nego- tiation utilities for the representation of messages and communication among agents. It assists the execution of experiments using a graphical software appli- cation called GameManager. It facilitates the inclusion of humans with another application called ChatApp. Moreover, the analysis of results is supported by a di erent application called DipTools. This thesis is completed with a formal de nition of the problem, a formal speci cation of the game, and the application of the work to the game industry.
v
Resum
El camp de recerca en negociaci oha estat estudiat des de diferents perspec- tives. Entre elles: la teoria de jocs, la psicologia, els negocis, la neuro-economia, i la psico-farmacologia. L'estudi computacional de la negociaci os'anomena negociaci oautom atica. La majoria de les feines sobre negociaci oautom atica assumeixen que els agents s onracionals, i els problemes est atics. En canvi, els essershumans s onracionalment limitats, i els problemes acostumen a ser din amics.Sovint resulta impossible explorar l'espai de negociaci ocomplet degut a l'esgotament del temps i al dinamisme del problema. En el moment en qu ees troba una soluci o optima,aquesta ja ha deixat de ser optimades de fa temps. Els actuals bancs de proves disponibles sobre negociaci oautom aticaes troben amb els mateixos problemes. Els que pretenen ser compatibles amb agents hu- mans assumeixen que aquests s onracionals, o utilitzen dominis arti cials que requereixen una instrucci ointensiva dels essershumans per tal que puguin par- ticipar en els experiments. Aquesta tesi contribueix a la negociaci oautom atica de nint una arquitectura d'agent adequada per a negociar amb els humans, i un banc de proves que resol els problemes existents a l'hora d'incloure humans en els experiments. L'arquitectura d'agent s'anomena HANA, permet m ultiplesnegociacions bi- laterals sobre accions a realitzar, i s'ocupa de la pre-negociaci otot cercant bons conjunts d'accions i ofertes. Es tracta d'una arquitectura modular basada en un model ecol ogicde la racionalitat. L'estat mental de l'agent es representa amb graus de creences, desitjos din amicsi intencions generals. Utilitzem una nova t ecnicade cerca&negociaci