The thesis is focused on possible applications of the epistemic logic in the field of artificial intelligence studies. The first chapter deals with the origins and basic epistemic logic systems (the systems of J. Hintikka and M.Bezhanishvili). The second chapter presents examples of application of the epistemic logic methods in the artificial intelligence studies, and outlines problems and perspectives of said applications in the future. / Работа посвящена исследованию возможностей применения средств эпистемической логики в исследованиях искусственного интеллекта. В первой главе рассматриваются истоки и основные системы эпистемической логики (системы Я. Хинтикки и М. Н. Бежанишвили). Вторая глава предоставляет примеры применения средств эпистемической логики в исследованиях искусственного интеллекта, а также намечает проблемы и перспективы подобного применения в будущем.

A disjunction is an expression using ‘or’, such as ‘Anne has a Ford or a Tesla’. From such a statement, we cannot usually infer either disjunct, for example, that ‘Anne has a Ford’. However, in choice situations like ‘You may have coffee or tea’ we can infer either option. The problem of free choice disjunction is to determine why these choice inferences are legitimate (von Wright 1968, Kamp 1973, Meyer 2016). Central to this discussion is the observation that a modal possibility operator ranging over a disjunction sometimes implies a conjunction of possibilities. In the case of permission, we express this as the choice principle ‘May (P or Q)’ entails ‘May P and May Q’ (Zimmerman 2000). Unfortunately, this inference cannot hold in a logical language without significant modification of the systems involved. I explore the history of proposed solutions to this problem, including semantic solutions that assign a distinctive meaning to free choice disjunctions and pragmatic solutions that use features of their utterance to solve the problem. I draw connections between semantics and pragmatics and, using the tools of dynamic logic (Baltag et al. 1998, van Benthem 2010), I present a formal account of one major (Gricean) approach to the problem (Kratzer & Shimoyama 2002). Ultimately, I explore the role of logic in this debate and argue that we should formally represent the meaning of these expressions directly as conjunctions of possibilities. Thus, rather than trying to account for the choice principle within a logical system, we must instead account for the fact that, in choice situations, the meaning of ‘May (P or Q)’ translates into logical formalism as (May P & May Q). / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD) / A disjunction is a statement using ‘or’, like ‘Anne has a Ford or a Tesla’. From such a statement, we cannot infer either disjunct—e.g. ‘Anne has a Ford’. In choice situations like ‘You may have coffee or tea’ we can infer either option. Why this choice inference is legitimate is the problem of free choice disjunction. I explore the history of solutions to the problem, including semantic solutions that propose a special meaning to choice disjunctions and pragmatic solutions that appeal to the circumstances in which they are uttered. I draw connections between semantics and pragmatics and present a formal account of one major pragmatic approach to the problem. Where others have sought to explain how 'May(P or Q)' entails 'May P and May Q', I argue instead that the meaning of ‘May (P or Q)’ in choice scenarios translates directly into logical formalism as ‘May P & May Q’.

Cette thèse de doctorat est une investigation des logiques de la connaissance, de la croyance et de la dynamique d'information, en utilisant des outils de topologie et logique épistémique (dynamique). La partie I concerne les interprétations fondées sur des preuves de croyances justifiées et connaissance. Commencer par une interprétation topologique des connaissances désormais standard en tant qu'opérateur intérieur, nous développons, de manière progressive, un cadre qui (1) peut parler de preuves non seulement sémantiquement, mais aussi le niveau syntaxique, rendant ainsi la notion de preuve plus explicite; (2) prend la preuve comme la notion la plus primitive, et définit la croyance et la connaissance purement basé sur elle. Dans la partie II de cette dissertation, nous nous concentrons sur notions de connaissances ainsi que divers types de dynamique de l'information comprenant apprendre de nouvelles preuves. Plus précisément, cette partie est centrée autour des notions de certaines connaissances et savoir-faire en tant que «connaissances potentielles», ainsi que les liens entre la notion abstraite d'effort épistémique englobant toute méthode l'acquisition de preuves et les attitudes dynamiques bien étudiées telles que les annonces publiques arbitraires. Pour résumer, cette thèse réinterprète d'une part certaines logiques épistémiques et doxastiques existantes et leurs extensions dynamiques d'un point de vue topologique, fournissant une interprétation fondée sur des preuves. D'un autre côté, elle utilise des outils topologiques pour affiner et étendre les analyses antérieures, conduisant à de nouvelles logiques de la dynamique des preuves et de l'information / This dissertation brings together epistemic logic and topology. It studies formal representations of the notion of evidence and its link to justification, justified belief, knowledge, and evidence-based information dynamics, by using tools from topology and (dynamic) epistemic logic. Part I is concerned with evidence-based interpretations of justified belief and knowledge. Starting with a by-now-standard topological interpretation of knowledge as the interior operator, we develop, in a gradual manner, a topological framework that (1) can talk about evidence not only semantically, but also at the syntactic level, thereby making the notion of evidence more explicit; (2) takes evidence as the most primitive notion, and defines belief and knowledge purely based on it, thereby linking these two crucial notions of epistemology at a deeper, more basic level. In Part II of this dissertation, we focus on notions of knowledge as well as various types of information dynamics comprising learning new evidence. More precisely, this part is centered around the notions of absolutely certain knowledge and know ability as "potential knowledge", as well as the connections between the abstract notion of epistemic effort encompassing any method of evidence acquisition and the well-studied dynamic attitudes such as public and arbitrary public announcements. To sum up, this dissertation on one hand re-interprets some existing epistemic and doxastic logics and their dynamic extensions from a topological perspective, providing an evidence-based interpretation. On the other hand, it uses topological tools to refine and extend earlier analysis, leading to novel logics of evidence and information dynamics

Dada a importância de agentes inteligentes e sistemas multiagentes na Ciência da Computação e na Inteligência Artificial, a programação orientada a agentes (AOP, do inglês Agent-oriented programming) emergiu como um novo paradigma para a criação de sistemas computacionais complexos. Assim, nas últimas décadas, houve um florescimento da literatura em programação orientada a agentes e, com isso, surgiram diversas linguages de programação seguindo tal paradigma, como AgentSpeak (RAO, 1996; BORDINI; HUBNER; WOOLDRIDGE, 2007), Jadex (POKAHR; BRAUBACH; LAMERSDORF, 2005), 3APL/2APL (DASTANI; VAN RIEMSDIJK; MEYER, 2005; DASTANI, 2008), GOAL (HINDRIKS et al., 2001), entre outras. Programação orientada a agentes é um paradigma de programação proposto por Shoham (1993) no qual os elementos mínimos de um programa são agentes. Shoham (1993) defende que agentes autônomos e sistemas multiagentes configuram-se como uma forma diferente de se organizar uma solução para um problema computacional, de forma que a construção de um sistema multiagente para a solução de um problema pode ser entendida como um paradgima de programação. Para entender tal paradigma, é necessário entender o conceito de agente. Agente, nesse contexto, é uma entidade computacional descrita por certos atributos - chamados de atitudes mentais - que descrevem o seu estado interno e sua relação com o ambiente externo. Atribuir a interpretação de atitudes mentais a tais atributos é válida, defende Shoham (1993), uma vez que esses atributos se comportem de forma semelhante as atitudes mentais usadas para descrever o comportamento humano e desde que sejam pragmaticamente justificáveis, i.e. úteis à solução do problema. Entender, portanto, o significado de termos como ’crença’, ’desejo’, ’intenção’, etc., assim como suas propriedades fundamentais, é de fundamental importância para estabelecer linguagens de programação orientadas a agentes. Nesse trabalho, vamos nos preocupar com um tipo específico de linguagens de programação orientadas a agentes, as chamadas linguagens BDI. Linguagens BDI são baseadas na teoria BDI da Filosofia da Ação em que o estado mental de um agente (e suas ações) é descrito por suas crenças, desejos e intenções. Enquanto a construção de sistemas baseados em agentes e linguagens de programação foram tópicos bastante discutidos na literatura, a conexão entre tais sistemas e linguagens com o trabalho teórico proveniente da Inteligência Artificial e da Filosofia da Ação ainda não está bem estabelecida. Essa distância entre a teoria e a prática da construção de sistemas é bem reconhecida na literatura relevante e comumente chamada de “gap semântico” (gap em inglês significa lacuna ou abertura e representa a distância entre os modelos teóricos e sua implementação em linguagens e sistemas). Muitos trabalhos tentaram atacar o problema do gap semântico para linguagens de programação específicas, como para as linguagens AgentSpeak (BORDINI; MOREIRA, 2004), GOAL (HINDRIKS; VAN DER HOEK, 2008), etc. De fato, Rao (1996, p. 44) afirma que “O cálice sagrado da pesquisa em agentes BDI é mostrar uma correspondência 1-a-1 com uma linguagem razoavelmente útil e expressiva” (tradução nossa)1 Uma limitação crucial, em nossa opinião, das tentativas passadas de estabeler uma conexão entre linguagens de programação orientadas a agentes e lógicas BDI é que elas se baseiam em estabelecer a interpretação de um programa somente no nível estático. De outra forma, dado um estado de um programa, tais trabalhos tentam estabelecer uma interpretação declarativa, i.e. baseada em lógica, do estado do programa respresentando assim o estado mental do agente. Não é claro, entretanto, como a execução do programa pode ser entendida enquanto mudanças no estado mental do agente. A razão para isso, nós acreditamos, está nos formalismos utilizados para especificar agentes BDI. De fato, as lógicas BDI propostas são, em sua maioria, estáticas ou incapazes de representar ações mentais. O ato de revisão uma crença, adotar um objetivo ou mudar de opinião são exemplos de ações mentais, i.e. ações que são executadas internarmente ao agente e afetando somente seu estado mental, sendo portanto não observáveis. Tais ações são, em nossa opinião, intrinsecamente diferentes de ações ônticas que consistem de comportamento observável e que possivelmente afeta o ambiente externo ao agente. Essa diferença é comumente reconhecida no estudo da semântica de linguagens de programação orientadas a agentes (BORDINI; HUBNER; WOOLDRIDGE, 2007; D’INVERNO et al., 1998; MENEGUZZI; LUCK, 2009), entretanto os formalismos disponíveis para se especificar raciocínio BDI, em nosso conhecimento, não provem recursos expressivos para codificar tal diferença. Nós acreditamos que, para atacar o gap semântico, precisamos de um ferramental semântico que permita a especificação de ações mentais, assim como ações ônticas. Lógicas Dinâmicas Epistêmicas (DEL, do inglês Dynamic Epistemic Logic) são uma família de lógicas modais dinâmicas largamente utilizadas para estudar os fenômenos de mudança do estado mental de agentes. Os trabalhos em DEL foram fortemente influenciados pela escola holandesa de lógica, com maior proponente Johna Van Benthem, e seu “desvio dinâmico” em lógica (dynamic turn em inglês) que propõe a utilização de lógicas dinâmicas para compreender ações de mudanças mentais (VAN BENTHEM, 1996). O formalismo das DEL deriva de diversas vertentes do estudo de mudança epistêmica, como o trabalho em teoria da Revisão de Crenças AGM (ALCHOURRÓN; GÄRDENFORS; MAKINSON, 1985), e Epistemologia Bayesiana (HÁJEK; HARTMANN, 2010). Tais lógicas adotam a abordagem, primeiro proposta por Segerberg (1999), de representar mudanças epistêmicas dentro da mesma linguagem utilizada para representar as noções de crença e conhecimento, diferente da abordagem extra-semântica do Revisão de Crenças a la AGM. No contexto das DEL, uma lógica nos parece particulamente interessante para o estudo de programação orientada a agentes: a Lógica Dinâmica de Preferências (DPL, do inglês Dynamic Preference Logic) de Girard (2008). DPL, também conhecida como lógica dinâmica de ordem, é uma lógica dinâmica para o estudo de preferências que possui grande expressibilidade para codificar diversas atiutudes mentais. De fato, tal lógica foi empregada para o estudo de obrigações (VAN BENTHEM; GROSSI; LIU, 2014), crenças (GIRARD; ROTT, 2014), preferências (GIRARD, 2008), etc. Tal lógica possui fortes ligações com raciocínio não-monotônico e com lógicas já propostas para o estudo de atitudes mentais na área de Teoria da Decisão (BOUTILIER, 1994b) Nós acreditamos que DPL constitui um candidato ideal para ser utilizado como ferramental semântico para se estudar atitudes mentais da teoria BDI por permitir grande flexibilidade para representação de tais atitudes, assim como por permitir a fácil representação de ações mentais como revisão de crenças, adoção de desejos, etc. Mais ainda, pelo trabalho de Liu (2011), sabemos que existem representações sintáticas dos modelos de tal lógica que podem ser utilizados para raciocinar sobre atitudes mentais, sendo assim candidatos naturais para serem utilizados como estruturas de dados para uma implementação semanticamente fundamentada de uma linguagem de programação orientada a agentes. Assim, nesse trabalho nós avançamos no problema de reduzir o gap semântico entre linguagens de programação orientadas a agentes e formalismos lógicos para especificar agentes BDI. Nós exploramos não somente como estabelecer as conexões entre as estruturas estáticas, i.e. estado de um programa e um modelo da lógica, mas também como as ações de raciocínio pelas quais se especifica a semântica formal de uma linguagem de programação orientada a agentes podem ser entendidas dentro da lógica como operadores dinâmicos que representam ações mentais do agente. Com essa conexão, nós provemos também um conjunto de operações que podem ser utilizadas para se implementar uma linguagem de programação orientada a agentes e que preservam a conexão entre os programas dessa linguagem e os modelos que representam o estado mental de um agente. Finalmente, com essas conexões, nós desenvolvemos um arcabouço para estudar a dinâmica de atitudes mentais, tais como crenças, desejos e inteções, e como reproduzir essas propriedades na semântica de linguagens de programação. / As the notions of Agency and Multiagent System became important topics for the Computer Science and Artificial Intelligence communities, Agent Programming has been proposed as a paradigm for the development of computer systems. As such, in the last decade, we have seen the flourishing of the literature on Agent Programming with the proposal of several programming languages, e.g. AgentSpeak (RAO, 1996; BORDINI; HUBNER;WOOLDRIDGE, 2007), Jadex (POKAHR; BRAUBACH; LAMERSDORF, 2005), JACK (HOWDEN et al., 2001), 3APL/2APL (DASTANI; VAN RIEMSDIJK; MEYER, 2005; DASTANI, 2008), GOAL (HINDRIKS et al., 2001), among others. Agent Programming is a programming paradigm proposed by Shoham (1993) in which the minimal units are agents. An agent is an entity composed of mental attitudes, that describe the its internal state - such as its motivations and decisions - as well as its relation to the external world - its beliefs about the world, its obligations, etc. This programming paradigm stems from the work on Philosophy of Action and Artificial Intelligence concerning the notions of intentional action and formal models of agents’ mental states. As such, the meaning (and properties) of notions such as belief, desire, intention, etc. as studied in these disciplines are of central importance to the area. Particularly, we will concentrate in our work on agent programming languages influenced by the so-called BDI paradigm of agency, in which an agent is described by her beliefs, desires, intentions. While the engineering of such languages has been much discussed, the connections between the theoretical work on Philosophy and Artificial Intelligence and its implementations in programming languages are not so clearly understood yet. This distance between theory and practice has been acknowledged in the literature for agent programming languages and is commonly known as the “semantic gap”. Many authors have attempted to tackle this problem for different programming languages, as for the case of AgentSpeak (BORDINI; MOREIRA, 2004), GOAL (HINDRIKS; VAN DER HOEK, 2008), etc. In fact, Rao (1996, p. 44) states that “[t]he holy grail of BDI agent research is to show such a one-to-one correspondence with a reasonably useful and expressive language.” One crucial limitation in the previous attempts to connect agent programming languages and BDI logics, in our opinion, is that the connection is mainly established at the static level, i.e. they show how a given program state can be interpreted as a BDI mental state. It is not clear in these attempts, however, how the execution of the program may be understood as changes in the mental state of the agent. The reason for this, in our opinion, is that the formalisms employed to construct BDI logics are usually static, i.e. cannot represent actions and change, or can only represent ontic change, not mental change. The act of revising one’s beliefs or adopting a given desire are mental actions (or internal actions) and, as such, different from performing an action over the environment (an ontic or external action). This difference is well recognized in the literature on the semantics of agent programming languages (D’INVERNO et al., 1998; BORDINI; HUBNER; WOOLDRIDGE, 2007; MENEGUZZI; LUCK, 2009), but this difference is lost when translating their semantics into a BDI logic. We believe the main reason for that is a lack of expressibility in the formalisms used to model BDI reasoning. Dynamic Epistemic Logic, or DEL, is a family of dynamic modal logics to study information change and the dynamics of mental attitudes inspired by the Dutch School on the “dynamic turn” in Logic (VAN BENTHEM, 1996). This formalism stems from various approaches in the study of belief change and differs from previous studies, such as AGM Belief Revision, by shifting from extra-logical characterization of changes in the agents attitudes to their integration within the representation language. In the context of Dynamic Epistemic Logic, the Dynamic Preference Logic of Girard (2008) seems like an ideal candidate, having already been used to study diverse mental attitudes, such as Obligations (VAN BENTHEM; GROSSI; LIU, 2014), Beliefs (GIRARD; ROTT, 2014), Preferences (GIRARD, 2008), etc. We believe Dynamic Preference Logic to be the ideal semantic framework to construct a formal theory of BDI reasoning which can be used to specify an agent programming language semantics. The reason for that is that inside this logic we can faithfully represent the static state of a agent program, i.e. the agent’s mental state, as well as the changes in the state of the agent program by means of the agent’s reasoning, i.e. by means of her mental actions. As such, in this work we go further in closing the semantic gap between agent programs and agency theories and explore not only the static connections between program states and possible worlds models, but also how the program execution of a language based on common operations - such as addition/removal of information in the already mentioned bases - may be understood as semantic transformations in the models, as studied in Dynamic Logics. With this, we provide a set of operations for the implementation of agent programming languages which are semantically safe and we connect an agent program execution with the dynamic properties in the formal theory. Lastly, by these connections, we provide a framework to study the dynamics of different mental attitudes, such as beliefs, goals and intentions, and how to reproduce the desirable properties proposed in theories of Agency in a programming language semantics.

Der Begriff ``Agent'' hat sich als eine sehr nützliche Abstraktion erwiesen, um verschiedene Problembereiche auf eine intuitive und natürliche Art und Weise zu konzeptualisieren. Intelligente Agenten haben daher Anwendung gefunden in verschiedenen Teilbereichen der Informatik. Zur Modellierung werden intelligente Agenten meist als intentionale Systeme aufgefaßt und mit Hilfe von mentalistischen Begriffen wie Wissen, Glauben (oder Überzeugung), Wunsch, Pflicht, Intention usw. beschrieben. Unter diesen mentalen Begriffen gehören die epistemischen Begriffe (d.h., Wissen und Glauben) zu den wichtigsten und wurden auch am intensivsten untersucht. Zur Modellierung von Wissen und Glauben werden in der Regel modale epistemische Logiken verwendet. Solche Systeme sind aber nicht geeignet, um ressourcenbeschränkte Agenten zu beschreiben, weil sie zu starke Annahmen bezüglich der Rationalität von Agenten machen. Zum Beispiel wird angenommen, daß Agenten alle logischen Wahrheiten sowie alle Konsequenzen seines Wissens kennen. Dieses Problem ist bekannt als das Problem der logischen Allwissenheit (``logical omniscience problem''). Da alle Agenten grundsätzlich nur über begrenzte Ressourcen (wie z.B. Zeit, Information, Speicherplatz) verfügen, können sie nur eine begrenzte Menge von Informationen verarbeiten. Daher müssen alternative Modelle entwickelt werden, um Agenten realistisch modellieren zu können (siehe Kapitel 2). Daß modale epistemische Logik für die Formalisierung des ressourcenbeschränkten Schließens (``resource-bounded reasoning'') nicht geeignet ist, wird als ein offenes Problem der Agententheorien anerkannt. Es gibt bisher aber keine brauchbaren Alternativen zur Modallogik. Die meisten Ansätze zur Lösung des logischen Allwissenheitsproblems versuchen, Wissen und Glauben mit Hilfe schwacher Modallogiken zu beschreiben. Solche Versuche sind nicht befriedigend, da sie eine willkürliche Einschränkung der Rationalität der Agenten zur Folge haben (siehe Kapitel 3). Mein Ziel ist es, einen Rahmen für das ressourcenbeschränktes Schließen über Wissen und Glauben zu entwickeln. Damit soll eine solide Grundlage für Theorien intelligenter Agenten geschaffen werden. Als Nebenergebnis wird das logische Allwissenheitsproblem auf eine sehr intuitive Art und Weise gelöst: obwohl Agenten rational sind und alle logischen Schlußregeln anwenden können, sind sie nicht logisch allwissend, weil ihnen nicht genügend Ressourcen zu Verfügung stehen, um alle logischen Konsequenzen ihres Wissens zu ziehen. Im Kapitel 4 wird eine Reihe von Logiken vorgestellt, die den Begriff des expliziten Wissens formalisieren. Es wird eine Lösung des Problems der logischen Allwissenheit der epistemischen Logik vorgeschlagen, die die Rationalität der Agenten nicht willkürlich einschränkt. Der Grundgedanke dabei ist der folgende. Ein Agent kennt die logischen Konsequenzen seines Wissens nur dann, wenn er sie tatsächlich hergeleitet hat. Wenn ein Agent alle Prämissen einer gültigen Schlußregel kennt, kennt er nicht notwendigerweise die Konklusion: er kennt sie nur nach der Anwendung der Regel. Wenn er den Schluß nicht ziehen kann, z.B. weil er nicht die notwendigen Ressourcen dazu hat, wird sein Wissen nicht um diese herleitbare Information erweitert. Die Herleitung neuer Informationen wird als die Ausführung mentaler Handlungen aufgefaßt. Mit Hilfe einer Variante der dynamischen Logik können diese Handlungen beschrieben werden. Im Kapitel 5 werden Systeme für das ressourcenbeschränkte Schließen über Wissen und Glauben entwickelt, die auch quantitative Bedingungen über die Verfügbarkeit von Ressourcen modellieren können. Mit Hilfe dieser Logiken können Situationen beschrieben werden, wo Agenten innerhalb einer bestimmten Zeitspanne entscheiden müssen, welche Handlungen sie ausführen sollen. Der Ansatz besteht darin, epistemische Logik mit Komplexitätstheorie zu verbinden. Mit Hilfe einer Komplexitätsanalyse kann ein Agent feststellen, ob ein bestimmtes Problem innerhalb vorgegebener Zeit lösbar ist. Auf der Grundlage dieses Wissens kann er dann die für die Situation geeignete Entscheidung treffen. Damit ist es gelungen, eine direkte Verbindung zwischen dem Wissen eines Agenten und der Verfügbarkeit seiner Ressourcen herzustellen. / One of the principal goals of agent theories is to describe realistic, implementable agents, that is, those which have actually been constructed or are at least in principle implementable. That goal cannot be reached if the inherent resource-boundedness of agents is not treated correctly. Since the modal approach to epistemic logic is not suited to formalize resource-bounded reasoning, the issue of resource-boundedness remains one of the main foundational problems of any agent theory that is developed on the basis of modal epistemic logic. My work is an attempt to provide theories of agency with a more adequate epistemic foundation. It aims at developing theories of mental concepts that make much more realistic assumptions about agents than other theories. The guiding principle of my theory is that the capacities attributed to agents must be empirically verifiable, that is, it must be possible to construct artificial agents which satisfy the specifications determined by the theory. As a consequence, the unrealistic assumption that agents have unlimited reasoning capacities must be rejected. To achieve the goal of describing resource-bounded agents accurately, the cost of reasoning must be taken seriously. In the thesis I have developed a framework for modeling the relationship between knowledge, reasoning, and the availability of resources. I have argued that the correct form of an axiom for epistemic logic should be: if an agent knows all premises of a valid inference rule and if he performs the right reasoning, then he will know the conclusion as well. Because reasoning requires resources, it cannot be safely assumed that the agent can compute his knowledge if he does not have enough resources to perform the required reasoning. I have demonstrated that on the basis of that idea, the problems of traditional approaches can be avoided and rich epistemic logics can be developed which can account adequately for our intuitions about knowledge.

Dada a importância de agentes inteligentes e sistemas multiagentes na Ciência da Computação e na Inteligência Artificial, a programação orientada a agentes (AOP, do inglês Agent-oriented programming) emergiu como um novo paradigma para a criação de sistemas computacionais complexos. Assim, nas últimas décadas, houve um florescimento da literatura em programação orientada a agentes e, com isso, surgiram diversas linguages de programação seguindo tal paradigma, como AgentSpeak (RAO, 1996; BORDINI; HUBNER; WOOLDRIDGE, 2007), Jadex (POKAHR; BRAUBACH; LAMERSDORF, 2005), 3APL/2APL (DASTANI; VAN RIEMSDIJK; MEYER, 2005; DASTANI, 2008), GOAL (HINDRIKS et al., 2001), entre outras. Programação orientada a agentes é um paradigma de programação proposto por Shoham (1993) no qual os elementos mínimos de um programa são agentes. Shoham (1993) defende que agentes autônomos e sistemas multiagentes configuram-se como uma forma diferente de se organizar uma solução para um problema computacional, de forma que a construção de um sistema multiagente para a solução de um problema pode ser entendida como um paradgima de programação. Para entender tal paradigma, é necessário entender o conceito de agente. Agente, nesse contexto, é uma entidade computacional descrita por certos atributos - chamados de atitudes mentais - que descrevem o seu estado interno e sua relação com o ambiente externo. Atribuir a interpretação de atitudes mentais a tais atributos é válida, defende Shoham (1993), uma vez que esses atributos se comportem de forma semelhante as atitudes mentais usadas para descrever o comportamento humano e desde que sejam pragmaticamente justificáveis, i.e. úteis à solução do problema. Entender, portanto, o significado de termos como ’crença’, ’desejo’, ’intenção’, etc., assim como suas propriedades fundamentais, é de fundamental importância para estabelecer linguagens de programação orientadas a agentes. Nesse trabalho, vamos nos preocupar com um tipo específico de linguagens de programação orientadas a agentes, as chamadas linguagens BDI. Linguagens BDI são baseadas na teoria BDI da Filosofia da Ação em que o estado mental de um agente (e suas ações) é descrito por suas crenças, desejos e intenções. Enquanto a construção de sistemas baseados em agentes e linguagens de programação foram tópicos bastante discutidos na literatura, a conexão entre tais sistemas e linguagens com o trabalho teórico proveniente da Inteligência Artificial e da Filosofia da Ação ainda não está bem estabelecida. Essa distância entre a teoria e a prática da construção de sistemas é bem reconhecida na literatura relevante e comumente chamada de “gap semântico” (gap em inglês significa lacuna ou abertura e representa a distância entre os modelos teóricos e sua implementação em linguagens e sistemas). Muitos trabalhos tentaram atacar o problema do gap semântico para linguagens de programação específicas, como para as linguagens AgentSpeak (BORDINI; MOREIRA, 2004), GOAL (HINDRIKS; VAN DER HOEK, 2008), etc. De fato, Rao (1996, p. 44) afirma que “O cálice sagrado da pesquisa em agentes BDI é mostrar uma correspondência 1-a-1 com uma linguagem razoavelmente útil e expressiva” (tradução nossa)1 Uma limitação crucial, em nossa opinião, das tentativas passadas de estabeler uma conexão entre linguagens de programação orientadas a agentes e lógicas BDI é que elas se baseiam em estabelecer a interpretação de um programa somente no nível estático. De outra forma, dado um estado de um programa, tais trabalhos tentam estabelecer uma interpretação declarativa, i.e. baseada em lógica, do estado do programa respresentando assim o estado mental do agente. Não é claro, entretanto, como a execução do programa pode ser entendida enquanto mudanças no estado mental do agente. A razão para isso, nós acreditamos, está nos formalismos utilizados para especificar agentes BDI. De fato, as lógicas BDI propostas são, em sua maioria, estáticas ou incapazes de representar ações mentais. O ato de revisão uma crença, adotar um objetivo ou mudar de opinião são exemplos de ações mentais, i.e. ações que são executadas internarmente ao agente e afetando somente seu estado mental, sendo portanto não observáveis. Tais ações são, em nossa opinião, intrinsecamente diferentes de ações ônticas que consistem de comportamento observável e que possivelmente afeta o ambiente externo ao agente. Essa diferença é comumente reconhecida no estudo da semântica de linguagens de programação orientadas a agentes (BORDINI; HUBNER; WOOLDRIDGE, 2007; D’INVERNO et al., 1998; MENEGUZZI; LUCK, 2009), entretanto os formalismos disponíveis para se especificar raciocínio BDI, em nosso conhecimento, não provem recursos expressivos para codificar tal diferença. Nós acreditamos que, para atacar o gap semântico, precisamos de um ferramental semântico que permita a especificação de ações mentais, assim como ações ônticas. Lógicas Dinâmicas Epistêmicas (DEL, do inglês Dynamic Epistemic Logic) são uma família de lógicas modais dinâmicas largamente utilizadas para estudar os fenômenos de mudança do estado mental de agentes. Os trabalhos em DEL foram fortemente influenciados pela escola holandesa de lógica, com maior proponente Johna Van Benthem, e seu “desvio dinâmico” em lógica (dynamic turn em inglês) que propõe a utilização de lógicas dinâmicas para compreender ações de mudanças mentais (VAN BENTHEM, 1996). O formalismo das DEL deriva de diversas vertentes do estudo de mudança epistêmica, como o trabalho em teoria da Revisão de Crenças AGM (ALCHOURRÓN; GÄRDENFORS; MAKINSON, 1985), e Epistemologia Bayesiana (HÁJEK; HARTMANN, 2010). Tais lógicas adotam a abordagem, primeiro proposta por Segerberg (1999), de representar mudanças epistêmicas dentro da mesma linguagem utilizada para representar as noções de crença e conhecimento, diferente da abordagem extra-semântica do Revisão de Crenças a la AGM. No contexto das DEL, uma lógica nos parece particulamente interessante para o estudo de programação orientada a agentes: a Lógica Dinâmica de Preferências (DPL, do inglês Dynamic Preference Logic) de Girard (2008). DPL, também conhecida como lógica dinâmica de ordem, é uma lógica dinâmica para o estudo de preferências que possui grande expressibilidade para codificar diversas atiutudes mentais. De fato, tal lógica foi empregada para o estudo de obrigações (VAN BENTHEM; GROSSI; LIU, 2014), crenças (GIRARD; ROTT, 2014), preferências (GIRARD, 2008), etc. Tal lógica possui fortes ligações com raciocínio não-monotônico e com lógicas já propostas para o estudo de atitudes mentais na área de Teoria da Decisão (BOUTILIER, 1994b) Nós acreditamos que DPL constitui um candidato ideal para ser utilizado como ferramental semântico para se estudar atitudes mentais da teoria BDI por permitir grande flexibilidade para representação de tais atitudes, assim como por permitir a fácil representação de ações mentais como revisão de crenças, adoção de desejos, etc. Mais ainda, pelo trabalho de Liu (2011), sabemos que existem representações sintáticas dos modelos de tal lógica que podem ser utilizados para raciocinar sobre atitudes mentais, sendo assim candidatos naturais para serem utilizados como estruturas de dados para uma implementação semanticamente fundamentada de uma linguagem de programação orientada a agentes. Assim, nesse trabalho nós avançamos no problema de reduzir o gap semântico entre linguagens de programação orientadas a agentes e formalismos lógicos para especificar agentes BDI. Nós exploramos não somente como estabelecer as conexões entre as estruturas estáticas, i.e. estado de um programa e um modelo da lógica, mas também como as ações de raciocínio pelas quais se especifica a semântica formal de uma linguagem de programação orientada a agentes podem ser entendidas dentro da lógica como operadores dinâmicos que representam ações mentais do agente. Com essa conexão, nós provemos também um conjunto de operações que podem ser utilizadas para se implementar uma linguagem de programação orientada a agentes e que preservam a conexão entre os programas dessa linguagem e os modelos que representam o estado mental de um agente. Finalmente, com essas conexões, nós desenvolvemos um arcabouço para estudar a dinâmica de atitudes mentais, tais como crenças, desejos e inteções, e como reproduzir essas propriedades na semântica de linguagens de programação. / As the notions of Agency and Multiagent System became important topics for the Computer Science and Artificial Intelligence communities, Agent Programming has been proposed as a paradigm for the development of computer systems. As such, in the last decade, we have seen the flourishing of the literature on Agent Programming with the proposal of several programming languages, e.g. AgentSpeak (RAO, 1996; BORDINI; HUBNER;WOOLDRIDGE, 2007), Jadex (POKAHR; BRAUBACH; LAMERSDORF, 2005), JACK (HOWDEN et al., 2001), 3APL/2APL (DASTANI; VAN RIEMSDIJK; MEYER, 2005; DASTANI, 2008), GOAL (HINDRIKS et al., 2001), among others. Agent Programming is a programming paradigm proposed by Shoham (1993) in which the minimal units are agents. An agent is an entity composed of mental attitudes, that describe the its internal state - such as its motivations and decisions - as well as its relation to the external world - its beliefs about the world, its obligations, etc. This programming paradigm stems from the work on Philosophy of Action and Artificial Intelligence concerning the notions of intentional action and formal models of agents’ mental states. As such, the meaning (and properties) of notions such as belief, desire, intention, etc. as studied in these disciplines are of central importance to the area. Particularly, we will concentrate in our work on agent programming languages influenced by the so-called BDI paradigm of agency, in which an agent is described by her beliefs, desires, intentions. While the engineering of such languages has been much discussed, the connections between the theoretical work on Philosophy and Artificial Intelligence and its implementations in programming languages are not so clearly understood yet. This distance between theory and practice has been acknowledged in the literature for agent programming languages and is commonly known as the “semantic gap”. Many authors have attempted to tackle this problem for different programming languages, as for the case of AgentSpeak (BORDINI; MOREIRA, 2004), GOAL (HINDRIKS; VAN DER HOEK, 2008), etc. In fact, Rao (1996, p. 44) states that “[t]he holy grail of BDI agent research is to show such a one-to-one correspondence with a reasonably useful and expressive language.” One crucial limitation in the previous attempts to connect agent programming languages and BDI logics, in our opinion, is that the connection is mainly established at the static level, i.e. they show how a given program state can be interpreted as a BDI mental state. It is not clear in these attempts, however, how the execution of the program may be understood as changes in the mental state of the agent. The reason for this, in our opinion, is that the formalisms employed to construct BDI logics are usually static, i.e. cannot represent actions and change, or can only represent ontic change, not mental change. The act of revising one’s beliefs or adopting a given desire are mental actions (or internal actions) and, as such, different from performing an action over the environment (an ontic or external action). This difference is well recognized in the literature on the semantics of agent programming languages (D’INVERNO et al., 1998; BORDINI; HUBNER; WOOLDRIDGE, 2007; MENEGUZZI; LUCK, 2009), but this difference is lost when translating their semantics into a BDI logic. We believe the main reason for that is a lack of expressibility in the formalisms used to model BDI reasoning. Dynamic Epistemic Logic, or DEL, is a family of dynamic modal logics to study information change and the dynamics of mental attitudes inspired by the Dutch School on the “dynamic turn” in Logic (VAN BENTHEM, 1996). This formalism stems from various approaches in the study of belief change and differs from previous studies, such as AGM Belief Revision, by shifting from extra-logical characterization of changes in the agents attitudes to their integration within the representation language. In the context of Dynamic Epistemic Logic, the Dynamic Preference Logic of Girard (2008) seems like an ideal candidate, having already been used to study diverse mental attitudes, such as Obligations (VAN BENTHEM; GROSSI; LIU, 2014), Beliefs (GIRARD; ROTT, 2014), Preferences (GIRARD, 2008), etc. We believe Dynamic Preference Logic to be the ideal semantic framework to construct a formal theory of BDI reasoning which can be used to specify an agent programming language semantics. The reason for that is that inside this logic we can faithfully represent the static state of a agent program, i.e. the agent’s mental state, as well as the changes in the state of the agent program by means of the agent’s reasoning, i.e. by means of her mental actions. As such, in this work we go further in closing the semantic gap between agent programs and agency theories and explore not only the static connections between program states and possible worlds models, but also how the program execution of a language based on common operations - such as addition/removal of information in the already mentioned bases - may be understood as semantic transformations in the models, as studied in Dynamic Logics. With this, we provide a set of operations for the implementation of agent programming languages which are semantically safe and we connect an agent program execution with the dynamic properties in the formal theory. Lastly, by these connections, we provide a framework to study the dynamics of different mental attitudes, such as beliefs, goals and intentions, and how to reproduce the desirable properties proposed in theories of Agency in a programming language semantics.

Dada a importância de agentes inteligentes e sistemas multiagentes na Ciência da Computação e na Inteligência Artificial, a programação orientada a agentes (AOP, do inglês Agent-oriented programming) emergiu como um novo paradigma para a criação de sistemas computacionais complexos. Assim, nas últimas décadas, houve um florescimento da literatura em programação orientada a agentes e, com isso, surgiram diversas linguages de programação seguindo tal paradigma, como AgentSpeak (RAO, 1996; BORDINI; HUBNER; WOOLDRIDGE, 2007), Jadex (POKAHR; BRAUBACH; LAMERSDORF, 2005), 3APL/2APL (DASTANI; VAN RIEMSDIJK; MEYER, 2005; DASTANI, 2008), GOAL (HINDRIKS et al., 2001), entre outras. Programação orientada a agentes é um paradigma de programação proposto por Shoham (1993) no qual os elementos mínimos de um programa são agentes. Shoham (1993) defende que agentes autônomos e sistemas multiagentes configuram-se como uma forma diferente de se organizar uma solução para um problema computacional, de forma que a construção de um sistema multiagente para a solução de um problema pode ser entendida como um paradgima de programação. Para entender tal paradigma, é necessário entender o conceito de agente. Agente, nesse contexto, é uma entidade computacional descrita por certos atributos - chamados de atitudes mentais - que descrevem o seu estado interno e sua relação com o ambiente externo. Atribuir a interpretação de atitudes mentais a tais atributos é válida, defende Shoham (1993), uma vez que esses atributos se comportem de forma semelhante as atitudes mentais usadas para descrever o comportamento humano e desde que sejam pragmaticamente justificáveis, i.e. úteis à solução do problema. Entender, portanto, o significado de termos como ’crença’, ’desejo’, ’intenção’, etc., assim como suas propriedades fundamentais, é de fundamental importância para estabelecer linguagens de programação orientadas a agentes. Nesse trabalho, vamos nos preocupar com um tipo específico de linguagens de programação orientadas a agentes, as chamadas linguagens BDI. Linguagens BDI são baseadas na teoria BDI da Filosofia da Ação em que o estado mental de um agente (e suas ações) é descrito por suas crenças, desejos e intenções. Enquanto a construção de sistemas baseados em agentes e linguagens de programação foram tópicos bastante discutidos na literatura, a conexão entre tais sistemas e linguagens com o trabalho teórico proveniente da Inteligência Artificial e da Filosofia da Ação ainda não está bem estabelecida. Essa distância entre a teoria e a prática da construção de sistemas é bem reconhecida na literatura relevante e comumente chamada de “gap semântico” (gap em inglês significa lacuna ou abertura e representa a distância entre os modelos teóricos e sua implementação em linguagens e sistemas). Muitos trabalhos tentaram atacar o problema do gap semântico para linguagens de programação específicas, como para as linguagens AgentSpeak (BORDINI; MOREIRA, 2004), GOAL (HINDRIKS; VAN DER HOEK, 2008), etc. De fato, Rao (1996, p. 44) afirma que “O cálice sagrado da pesquisa em agentes BDI é mostrar uma correspondência 1-a-1 com uma linguagem razoavelmente útil e expressiva” (tradução nossa)1 Uma limitação crucial, em nossa opinião, das tentativas passadas de estabeler uma conexão entre linguagens de programação orientadas a agentes e lógicas BDI é que elas se baseiam em estabelecer a interpretação de um programa somente no nível estático. De outra forma, dado um estado de um programa, tais trabalhos tentam estabelecer uma interpretação declarativa, i.e. baseada em lógica, do estado do programa respresentando assim o estado mental do agente. Não é claro, entretanto, como a execução do programa pode ser entendida enquanto mudanças no estado mental do agente. A razão para isso, nós acreditamos, está nos formalismos utilizados para especificar agentes BDI. De fato, as lógicas BDI propostas são, em sua maioria, estáticas ou incapazes de representar ações mentais. O ato de revisão uma crença, adotar um objetivo ou mudar de opinião são exemplos de ações mentais, i.e. ações que são executadas internarmente ao agente e afetando somente seu estado mental, sendo portanto não observáveis. Tais ações são, em nossa opinião, intrinsecamente diferentes de ações ônticas que consistem de comportamento observável e que possivelmente afeta o ambiente externo ao agente. Essa diferença é comumente reconhecida no estudo da semântica de linguagens de programação orientadas a agentes (BORDINI; HUBNER; WOOLDRIDGE, 2007; D’INVERNO et al., 1998; MENEGUZZI; LUCK, 2009), entretanto os formalismos disponíveis para se especificar raciocínio BDI, em nosso conhecimento, não provem recursos expressivos para codificar tal diferença. Nós acreditamos que, para atacar o gap semântico, precisamos de um ferramental semântico que permita a especificação de ações mentais, assim como ações ônticas. Lógicas Dinâmicas Epistêmicas (DEL, do inglês Dynamic Epistemic Logic) são uma família de lógicas modais dinâmicas largamente utilizadas para estudar os fenômenos de mudança do estado mental de agentes. Os trabalhos em DEL foram fortemente influenciados pela escola holandesa de lógica, com maior proponente Johna Van Benthem, e seu “desvio dinâmico” em lógica (dynamic turn em inglês) que propõe a utilização de lógicas dinâmicas para compreender ações de mudanças mentais (VAN BENTHEM, 1996). O formalismo das DEL deriva de diversas vertentes do estudo de mudança epistêmica, como o trabalho em teoria da Revisão de Crenças AGM (ALCHOURRÓN; GÄRDENFORS; MAKINSON, 1985), e Epistemologia Bayesiana (HÁJEK; HARTMANN, 2010). Tais lógicas adotam a abordagem, primeiro proposta por Segerberg (1999), de representar mudanças epistêmicas dentro da mesma linguagem utilizada para representar as noções de crença e conhecimento, diferente da abordagem extra-semântica do Revisão de Crenças a la AGM. No contexto das DEL, uma lógica nos parece particulamente interessante para o estudo de programação orientada a agentes: a Lógica Dinâmica de Preferências (DPL, do inglês Dynamic Preference Logic) de Girard (2008). DPL, também conhecida como lógica dinâmica de ordem, é uma lógica dinâmica para o estudo de preferências que possui grande expressibilidade para codificar diversas atiutudes mentais. De fato, tal lógica foi empregada para o estudo de obrigações (VAN BENTHEM; GROSSI; LIU, 2014), crenças (GIRARD; ROTT, 2014), preferências (GIRARD, 2008), etc. Tal lógica possui fortes ligações com raciocínio não-monotônico e com lógicas já propostas para o estudo de atitudes mentais na área de Teoria da Decisão (BOUTILIER, 1994b) Nós acreditamos que DPL constitui um candidato ideal para ser utilizado como ferramental semântico para se estudar atitudes mentais da teoria BDI por permitir grande flexibilidade para representação de tais atitudes, assim como por permitir a fácil representação de ações mentais como revisão de crenças, adoção de desejos, etc. Mais ainda, pelo trabalho de Liu (2011), sabemos que existem representações sintáticas dos modelos de tal lógica que podem ser utilizados para raciocinar sobre atitudes mentais, sendo assim candidatos naturais para serem utilizados como estruturas de dados para uma implementação semanticamente fundamentada de uma linguagem de programação orientada a agentes. Assim, nesse trabalho nós avançamos no problema de reduzir o gap semântico entre linguagens de programação orientadas a agentes e formalismos lógicos para especificar agentes BDI. Nós exploramos não somente como estabelecer as conexões entre as estruturas estáticas, i.e. estado de um programa e um modelo da lógica, mas também como as ações de raciocínio pelas quais se especifica a semântica formal de uma linguagem de programação orientada a agentes podem ser entendidas dentro da lógica como operadores dinâmicos que representam ações mentais do agente. Com essa conexão, nós provemos também um conjunto de operações que podem ser utilizadas para se implementar uma linguagem de programação orientada a agentes e que preservam a conexão entre os programas dessa linguagem e os modelos que representam o estado mental de um agente. Finalmente, com essas conexões, nós desenvolvemos um arcabouço para estudar a dinâmica de atitudes mentais, tais como crenças, desejos e inteções, e como reproduzir essas propriedades na semântica de linguagens de programação. / As the notions of Agency and Multiagent System became important topics for the Computer Science and Artificial Intelligence communities, Agent Programming has been proposed as a paradigm for the development of computer systems. As such, in the last decade, we have seen the flourishing of the literature on Agent Programming with the proposal of several programming languages, e.g. AgentSpeak (RAO, 1996; BORDINI; HUBNER;WOOLDRIDGE, 2007), Jadex (POKAHR; BRAUBACH; LAMERSDORF, 2005), JACK (HOWDEN et al., 2001), 3APL/2APL (DASTANI; VAN RIEMSDIJK; MEYER, 2005; DASTANI, 2008), GOAL (HINDRIKS et al., 2001), among others. Agent Programming is a programming paradigm proposed by Shoham (1993) in which the minimal units are agents. An agent is an entity composed of mental attitudes, that describe the its internal state - such as its motivations and decisions - as well as its relation to the external world - its beliefs about the world, its obligations, etc. This programming paradigm stems from the work on Philosophy of Action and Artificial Intelligence concerning the notions of intentional action and formal models of agents’ mental states. As such, the meaning (and properties) of notions such as belief, desire, intention, etc. as studied in these disciplines are of central importance to the area. Particularly, we will concentrate in our work on agent programming languages influenced by the so-called BDI paradigm of agency, in which an agent is described by her beliefs, desires, intentions. While the engineering of such languages has been much discussed, the connections between the theoretical work on Philosophy and Artificial Intelligence and its implementations in programming languages are not so clearly understood yet. This distance between theory and practice has been acknowledged in the literature for agent programming languages and is commonly known as the “semantic gap”. Many authors have attempted to tackle this problem for different programming languages, as for the case of AgentSpeak (BORDINI; MOREIRA, 2004), GOAL (HINDRIKS; VAN DER HOEK, 2008), etc. In fact, Rao (1996, p. 44) states that “[t]he holy grail of BDI agent research is to show such a one-to-one correspondence with a reasonably useful and expressive language.” One crucial limitation in the previous attempts to connect agent programming languages and BDI logics, in our opinion, is that the connection is mainly established at the static level, i.e. they show how a given program state can be interpreted as a BDI mental state. It is not clear in these attempts, however, how the execution of the program may be understood as changes in the mental state of the agent. The reason for this, in our opinion, is that the formalisms employed to construct BDI logics are usually static, i.e. cannot represent actions and change, or can only represent ontic change, not mental change. The act of revising one’s beliefs or adopting a given desire are mental actions (or internal actions) and, as such, different from performing an action over the environment (an ontic or external action). This difference is well recognized in the literature on the semantics of agent programming languages (D’INVERNO et al., 1998; BORDINI; HUBNER; WOOLDRIDGE, 2007; MENEGUZZI; LUCK, 2009), but this difference is lost when translating their semantics into a BDI logic. We believe the main reason for that is a lack of expressibility in the formalisms used to model BDI reasoning. Dynamic Epistemic Logic, or DEL, is a family of dynamic modal logics to study information change and the dynamics of mental attitudes inspired by the Dutch School on the “dynamic turn” in Logic (VAN BENTHEM, 1996). This formalism stems from various approaches in the study of belief change and differs from previous studies, such as AGM Belief Revision, by shifting from extra-logical characterization of changes in the agents attitudes to their integration within the representation language. In the context of Dynamic Epistemic Logic, the Dynamic Preference Logic of Girard (2008) seems like an ideal candidate, having already been used to study diverse mental attitudes, such as Obligations (VAN BENTHEM; GROSSI; LIU, 2014), Beliefs (GIRARD; ROTT, 2014), Preferences (GIRARD, 2008), etc. We believe Dynamic Preference Logic to be the ideal semantic framework to construct a formal theory of BDI reasoning which can be used to specify an agent programming language semantics. The reason for that is that inside this logic we can faithfully represent the static state of a agent program, i.e. the agent’s mental state, as well as the changes in the state of the agent program by means of the agent’s reasoning, i.e. by means of her mental actions. As such, in this work we go further in closing the semantic gap between agent programs and agency theories and explore not only the static connections between program states and possible worlds models, but also how the program execution of a language based on common operations - such as addition/removal of information in the already mentioned bases - may be understood as semantic transformations in the models, as studied in Dynamic Logics. With this, we provide a set of operations for the implementation of agent programming languages which are semantically safe and we connect an agent program execution with the dynamic properties in the formal theory. Lastly, by these connections, we provide a framework to study the dynamics of different mental attitudes, such as beliefs, goals and intentions, and how to reproduce the desirable properties proposed in theories of Agency in a programming language semantics.

This thesis studies the use of dynamic epistemic logics for the sake of information privacy. The core of the work is the synthesis of three approaches: security logics from A. Hommersom, plausibility frames and communication logic from A. Baltag and S. Smets, and studies concerning the so called Russian cards protocol. Thereafter we present a program, made in the NetLogo environment, in order to demonstrate the workings of the basic ideas.

Le domaine des protocoles tolérants aux pannes étudie quelles tâches concurrentes sont résolubles dans différents modèles de calcul avec pannes. Des outils mathématiques basés sur la topologie combinatoire ont été développés depuis les années 1990 pour aborder ces questions. Dans ce cadre, la tâche que l’on veut résoudre, et le protocole auquel on fait appel, sont modélisés par des complexes simpliciaux chromatiques. On définit qu’un protocole résout une tâche lorsqu’il existe une certaine application simpliciale entre ces complexes.Dans cette thèse, on étudie ces méthodes géométriques du point de vue de la sémantique. Le premier objectif est de fonder cette définition abstraite de résolution d’une tâche sur une autre plus concrète, basée sur des entrelacements de traces d’exécution. On examine diverses notions de spécifications pour les objets concurrents, afin de définir un cadre général pour la résolution de tâches par des objets partagés. On montre ensuite comment extraire de ce cadre la définition topologique de résolubilité de tâches.Dans la deuxième partie de la thèse, on prouve que les complexes simpliciaux chromatiques peuvent être utilisés pour évaluer des formules de logique épistémique. Cela permet d’interpréter les preuves topologiques d’impossibilité en fonction de la quantité de connaissances à acquérir pour résoudre une tâche.Enfin, on présente quelques liens préliminaires avec la sémantique dirigée pour les programmes concurrents. On montre comment la subdivision chromatique d’un simplexe peut être retrouvée en considérant des notions combinatoires de chemins dirigés. / The field of fault-tolerant protocols studies which concurrent tasks are solvable in various computational models where processes may crash. To answer these questions, powerful mathematical tools based on combinatorial topology have been developed since the 1990’s. In this approach, the task that we want to solve, and the protocol that we use to solve it, are both modeled using chromatic simplicial complexes. By definition, a protocol solves a task when there exists a particular simplicial map between those complexes.In this thesis we study these geometric methods from the point of view of semantics. Our first goal is to ground this abstract definition of task solvability on a more concrete one, based on interleavings of execution traces. We investigate various notions of specification for concurrent objects, in order to define a general setting for solving concurrent tasks using shared objects. We then show how the topological definition of task solvability can be derived from it.In the second part of the thesis, we show that chromatic simplicial complexes can actually be used to interpret epistemic logic formulas. This allows us to understand the topological proofs of task unsolvability in terms of the amount of knowledge that the processes should acquire in order to solve a task.Finally, we present a few preliminary links with the directed space semantics for concurrent programs. We show how chromatic subdivisions of a simplex can be recovered by considering combinatorial notions of directed paths.

In this work, we are interested in expressing and studying certain formal properties of multi-agent games. In particular, we are interested in the case in which a team of agents with imperfect information is playing against the environment. This is modeled by a non-deterministic game, where the agents can only partially distinguish its states, to varying degrees. We will study these games under the lens of the multi-agent knowledge-based subset construction (MKBSC), which, when applied to a game, reduces the degree of imperfect information the agents have. An appropriate language to express interesting and complex properties in these type of games is the epistemic μ-calculus, an extension of classicepistemic logic with a recursive operator. We define two semantics forthis language, one corresponding to a global view of the game, and onecorresponding to a local one. We state a claim relating these two semantics,while proving an analogous statement for epistemic logic. / I detta arbete är vi intresserade av att uttrycka och studera vissa formellaegenskaper hos spel med flera agenter. Särskilt intresserade är vi av falletdär ett lag av agenter med ofullständig information samarbetar mot miljön.Detta modelleras av ett icke-deterministiskt spel, där agenterna endast delviskan särskilja dess tillstånd, i varierande grad. Vi kommer att studera dessa isammanhanget av den kunskapsbaserade multiagent-konstruktionen (MKBSC),som när den tillämpas på ett spel minskar graden av ofullständig informationagenterna har.Ett lämpligt språk för att uttrycka intressanta och komplexa egenskaper idenna typ av spel är den epistemiska μ-kalkylen, en utvidgning av klassiskepistemisk logik genom en rekursiv operator. Vi definierar två semantikerför detta språk, ett som motsvarar ett globalt perspektiv på spelet, och ettmotsvarande ett lokalt perspektiv. Vi formulerar ett påstående som rör dessatvå semantiker för μ-kalkylen, och bevisar ett analogt påstående för epistemisklogik.