Možnosti aplikace principů Hayekovy katallaxie na modelování samoorganizujících kyberfyzikálních systémů (CPS)

Jan Kaiser

Master's thesis

Possibilities of applying the principles of Hayek's catallaxy to self-organizing cyber-physical systems (CPS) modeling

Anotácia:

Diplomová práce se zabývá problematikou návrhu kyberfyzikálních systémů (CPS) a přístupů k jejich adaptaci. Právě uchopení adaptace a emergence v návrhu CPS je, vzhledem k jejich značné diverzitě a komplexitě, velmi aktuálním problémem, jehož řešením by mohlo být využití Hayekova pojetí spontánního tržního řádu – tzv. katallaxie. Proto bylo cílem práce navrhnout model aplikace principů Hayekovy katallaxie na architekturu kyberfyzikálních systémů a ověřit realizovatelnost a přínosy tohoto modelu pomocí multiagentní simulace.V rámci dílčích cílů práce objasňuje význam pojmu „katallaxie“ a předkládá příklady aplikace katallaktických principů v informatice. Dále vysvětluje termín „kyberfyzikální systém“ (CPS) a prezentuje současné přístupy k návrhu a modelování CPS a jejich výzvy. Nakonec předkládá model aplikace Hayekovy tržní teorie (katallaxie) na konceptuální návrh CPS a ověřuje jeho relevanci pomocí experimentu ve formě multiagentní simulace.Výsledky experimentu indikují, že předložený obecný a implementačně agnostický katallaktický model CPS je realizovatelný a kyberfyzikální systém může efektivně fungovat na základě sobecké maximalizace vlastní utility jednotlivých agentů, vedených cenovými signály a regulovaných katallaktickými pravidly.Přínosem práce je především prezentace slibného směru, kterým by se v budoucnosti mohl ubírat návrh samoorganizujících kyberfyzikálních systémů napříč doménami.

Abstract:

The thesis deals with the design of cyber-physical systems (CPS) and approaches to their adaptation. Grasping adaptation and emergence in the design of CPS is, due to their considerable diversity and complexity, a very current problem, the solution to which could be the use of Hayek's concept of spontaneous market order – the so-called catallaxy.Therefore, the thesis’ aim was to design a model applying the principles of Hayek's catallaxy to the architecture of cyber-physical systems and to verify the feasibility and benefits of this model using multi-agent simulation.First, the meaning of the term "catallaxy" is clarified and examples of the application of catallactic principles in computer science are presented. Next, the term "cyberphysical system" (CPS) is explained, and current approaches to CPS design and modeling and their challenges are presented. Finally, a model of the application of Hayek's market theory (catallaxy) to the conceptual design of CPS is proposed and its relevance is verified through an experiment in the form of a multiagent simulation.The results of the experiment indicate that the general and implementation-agnostic catallactic model presented is feasible and that a cyber-physical system can function effectively on the basis of selfish maximization of individual agents' utility. The agents being guided only by price signals and governed by catallactic rules.The thesis therefore contributed with a promising direction for future design of self-organizing cyber-physical systems across application domains.

Kľúčové slová

multiagentní systém, spontánní řád, katallaxie, samoorganizace, kyberfyzikální systém

Keywords

cyber-physical system, multi-agent system, catallaxy, spontaneous order, self-organization

Jazyk práce: Czech

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 30. 9. 2019

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 10. 6. 2020
• Vedúci: Ján Pavlík
• Oponent: Miroslav Vacura

Vysoká škola ekonomická v Praze

Master programme / odbor:
Aplikovaná informatika / Kognitivní informatika