A Model of Trust, Moods, and Emotions in Multiagent Systems and its Empirical Evaluation

Abstract We study the interplay of moods, emotions, and trust in decisionmaking contexts characterized by commitments among agents. We develop a general approach representing the relationships among these concepts via a Bayesian network model. Our approach incorporates insights from the literature and provides a computational methodology for identifying improved Bayesian models. Based on observations from an empirical study, we motivate a refined Bayesian model involving the above-mentioned concepts that goes beyond the relationships known in the literature. Our findings include (1) the violation of a commitment affects trust more than its satisfaction; (2) goal satisfaction affects mood and emotion more than commitment satisfaction, but the outcome of a commitment affects trust more than the outcome of a goal; and (3) an agent's prior mood and trust affect whether it satisfies its commitments

ABC-EBDI: A cognitive-affective framework to support the modeling of believable intelligent agents.

El Grupo de Investigación de Interfaces Avanzadas (AffectiveLab), es un grupo reconocido por el Gobierno de Aragón (T60-20R) cuya actividad se enmarca en el área de la Interacción Humano-Computadora (IHC). Su actividad investigadora se ha centrado, en los últimos años, en cuatro temas principales: interacción natural, informática afectiva, accesibilidad e interfaces basadas en agentes inteligentes, siendo esta última en la que se enmarca esta tesis doctoral. Más concretamente, la realización de esta tesis doctoral se enmarca dentro de los proyectos de investigación nacionales JUGUEMOS (TIN2015-67149-C3-1R) y PERGAMEX (RTI2018-096986-B-C31). Una de sus líneas de investigación se centra en el desarrollo de arquitecturas cognitivo-afectivas para apoyar el modelado afectivo de los agentes inteligentes. El AffectiveLab tiene una sólida experiencia en el uso de agentes de interfaz incorporados que exhiben expresiones afectivas corporales y faciales (Baldassarri et al., 2008). En los últimos años, se han centrado en el modelado del comportamiento de los agentes inteligentes (Pérez et al., 2017).La definición de agente inteligente es un tema controvertido, pero se puede decir que es una entidad autónoma que recibe información dinámica del entorno a través de sensores y actúa sobre el medio ambiente a través de actuadores, mostrando un comportamiento dirigido a un objetivo (Russell et al., 2003). El modelado de los procesos cognitivos en los agentes inteligentes se basa en diferentes teorías (Moore, 1980; Newell, 1994; Bratman, 1987) que explican, desde diferentes puntos de vista, el funcionamiento de la mente humana. Los agentes inteligentes implementados sobre la base de una teoría cognitiva se conocen como agentes cognitivos. Los más desarrollados son los que se basan en arquitecturas cognitivas, como Soar (Laird et al., 1987), ACT-R (Anderson, 1993) y BDI (Rao and Georgeff, 1995). Comparado con Soar y otras arquitecturas complejas, BDI se destaca por su simplicidad y versatilidad. BDI ofrece varias características que la hacen popular, como su capacidad para explicar el comportamiento del agente en cada momento, haciendo posible una interacción dinámica con el entorno. Debido a la creciente popularidad del marco BDI se ha utilizado para apoyar el modelado de agentes inteligentes (Larsen, 2019; (Cranefield and Dignum, 2019). En los últimos años, también han aparecido propuestas de BDI que integran aspectos afectivos. Los agentes inteligentes construidos en base a la arquitectura BDI que también incorporan capacidades afectivas, se conocen como agentes EBDI (Emotional BDI) y son el foco de esta tesis. El objetivo principal de esta tesis ha sido proponer un marco cognitivo-afectivo basado en el BDI que sustente el modelado cognitivo-afectivo de los agentes inteligentes. La finalidad es ser capaz de reproducir un comportamiento humano creíble en situaciones complejas donde el comportamiento humano es variado y bastante impredecible. El objetivo propuesto se ha logrado con éxito en los términos descritos a continuación:• Se ha elaborado un exhaustivo estado del arte relacionado con los modelos afectivos más utilizados para modelar los aspectos afectivos en los agentes inteligentes.• Se han estudiado las arquitecturas de BDI y las propuestas previas de EBDI. El estudio, que dio lugar a una publicación (Sánchez-López and Cerezo, 2019), permitió detectar las cuestiones abiertas en el área, y la necesidad de considerar todos los aspectos de la afectividad (emociones, estado de ánimo, personalidad) y su influencia en todas las etapas cognitivas. El marco resultante de este trabajo doctoral incluye también el modelado de la conducta y el comportamiento comunicativo, que no habían sido considerados hasta ahora en el modelado de los agentes inteligentes. Estos aspectos colocan al marco resultante entre EBDI los más avanzados de la literatura. • Se ha diseñado e implementado un marco basado en el BDI para soportar el modelado cognitivo, afectivo y conductual de los agentes inteligentes, denominado ABC-EBDI (Sanchez et al., 2020) (Sánchez et al., 2019). Se trata de la primera aplicación de un modelo psicológico muy conocido, el modelo ABC de Ellis, a la simulación de agentes inteligentes humanos realistas. Esta aplicación implica:o La ampliación del concepto de creencias. En el marco se consideran tres tipos de creencias: creencias básicas, creencias de contexto y comportamientos operantes. Las creencias básicas representan la información general que el agente tiene sobre sí mismo y el entorno. Las conductas operantes permiten modelar la conducta reactiva del agente a través de las conductas aprendidas. Las creencias de contexto, que se representan en forma de cogniciones frías y calientes, se procesan para clasificarlas en creencias irracionales y racionales siguiendo las ideas de Ellis. Es la consideración de creencias irracionales/racionales porque abre la puerta a la simulación de reacciones humanas realistas.o La posibilidad de gestionar de forma unificada las consecuencias de los acontecimientos en términos de consecuencias afectivas y de comportamiento (conducta). Las creencias de contexto racionales conducen a emociones funcionales y a una conducta adaptativa, mientras que las creencias de contexto irracionales conducen a emociones disfuncionales y a una conducta maladaptativa. Este carácter funcional/disfuncional de las emociones no se había utilizado nunca antes en el contexto del BDI. Además, el modelado conductual se ha ampliado con el modelado de estilos comunicativos, basado en el modelo Satir, tampoco aplicado previamente al modelado de agentes inteligentes. El modelo de Satir considera gestos corporales, expresiones faciales, voz, entonación y estructuras lingüísticas.• Se ha elegido un caso de uso, "I wish a had better news" para la aplicación del marco propuesto y se han realizado dos tipos de evaluaciones, por parte de expertos y de usuarios. La evaluación ha confirmado el gran potencial del marco propuesto para reproducir un comportamiento humano realista y creíble en situaciones complejas.<br /

An Architecture for Personality-based, Nonverbal Behavior in Affective Virtual Humanoid Character

As humans we perceive other humans as individually different based – amongst other things – on a consistent pattern of affect, cognition, and behavior. Here we propose a biologically and psychologically grounded cognitive architecture for the control of nonverbal behavior of a virtual humanoid character during dynamic interactions with human users. Key aspects of the internal states and overt behavior of the virtual character are modulated by high-level personality parameters derived from the scientific literature. The virtual character should behave naturally and consistently while responding dynamically to the environment's feedback. Our architecture strives to yield consistent patterns of behavior though personality traits that have a modulatory influence at different levels of the hierarchy. These factors affect on the one hand high-level components such as ‘emotional reactions’ and ‘coping behavior’, and on the other hand low-level parameters such as the ‘speed of movements and repetition of gestures. Psychological data models are used as a reference to create a map between personality factors and patterns of behavior. We present a novel hybrid computational model that combines the control of discrete behavior of the virtual character moving through states of the interaction with continuous updates of the emotional state of the virtual character depending on feedback from interactions with the environment. To develop and evaluate the hybrid model, a testing scenario is proposed that is based on a turn-taking interaction between a human participant and a 3D representation of the humanoid character. We believe that our work contributes to individualized, and ultimately more believable humanoid artifacts that can be deploy in a wide range of application scenarios

Human Factors in Agile Software Development

Through our four years experiments on students' Scrum based agile software development (ASD) process, we have gained deep understanding into the human factors of agile methodology. We designed an agile project management tool - the HASE collaboration development platform to support more than 400 students self-organized into 80 teams to practice ASD. In this thesis, Based on our experiments, simulations and analysis, we contributed a series of solutions and insights in this researches, including 1) a Goal Net based method to enhance goal and requirement management for ASD process, 2) a novel Simple Multi-Agent Real-Time (SMART) approach to enhance intelligent task allocation for ASD process, 3) a Fuzzy Cognitive Maps (FCMs) based method to enhance emotion and morale management for ASD process, 4) the first large scale in-depth empirical insights on human factors in ASD process which have not yet been well studied by existing research, and 5) the first to identify ASD process as a human-computation system that exploit human efforts to perform tasks that computers are not good at solving. On the other hand, computers can assist human decision making in the ASD process.Comment: Book Draf

A BDI Empathic Agent Model Based on a Multidimensional Cross-Cultural Emotion Representation

Tesis por compendio[ES] Los seres humanos somos por naturaleza seres afectivos, las emociones, el estado de ánimo, nuestra personalidad, o nuestras relaciones con los demás guían nuestras motivaciones y nuestras decisiones. Una de las principales habilidades cognitivas relacionadas con el afecto es la empatía. La empatía es un constructo psicológico cuya definición ha ido evolucionando a lo largo de los años y cuyo significado hace referencia a un amplio abanico de competencias afectivas y cognitivas que son fundamentales en el desarrollo del ser humano como ser social. El uso de la empatía en el ámbito de la inteligencia artificial puede revolucionar la forma en la que interactuamos con las máquinas así como la forma en la que simulamos el comportamiento humano. Por otro lado, hay que tener en cuenta que los seres humanos habitualmente acudimos al uso de distintas palabras como ``triste'' o ``contento'' para expresar o verbalizar el estado afectivo. Sin embargo, estas palabras son simplificaciones que abarcan un amplio espectro de procesos cognitivos y estados mentales. Además, hay que considerar que estas palabras tienen una alta dependencia del idioma y la cultura en la que se utilizan. Por tanto, los modelos de representación computacional de los estados afectivos deben se capaces de adaptarse a distintos entornos culturales y de permitir que un agente exprese o represente, mediante palabras, un determinado estado afectivo. En esta tesis se propone un nuevo modelo de agente empático capaz de adaptar su comportamiento a distintos entornos culturales. Para ello, en primer lugar, se presenta una nueva metodología basada en la experimentación para adaptar un espacio de representación de emociones basado en las dimensiones del placer y la activación para la simulación y el reconocimiento computacional afectivo a diferentes entornos culturales. Los resultados del experimento realizado con hispanohablantes europeos se utilizan para proporcionar un nuevo modelo basado en la lógica difusa para representar estados afectivos en las dimensiones de placer y activación utilizando un enfoque de coordenadas polares. Para demostrar que las diferencias culturales afectan a los valores de placer y activación asociados a cada emoción, el experimento se repitió con participantes portugueses y suecos. En segundo lugar, se presenta un nuevo modelo de elicitación de emociones en agentes afectivos que utiliza lógica difusa. Las emociones generadas en el agente por las reglas de valoración difusa se expresan en el modelo de representación del afecto resultante de los experimentos previamente descritos. Además, se propone un nuevo proceso de regulación del afecto que adapta el estado de ánimo del agente, representado mediante un vector en el espacio placer-activación, cada vez que una emoción es elicitada. En tercer lugar, se propone una formalización de la sintaxis, la semántica y el ciclo de razonamiento de AgentSpeak para permitir el desarrollo de agentes afectivos con capacidades empáticas. Partiendo de las teorías de valoración empática y regulación empática, se modifica la estructura de razonamiento del agente para permitir que la empatía afecte al proceso de toma de decisiones. Finalmente, se presenta un modelo de agente pedagógico empático para la educación sobre buenas prácticas en el uso de las redes sociales. El agente es capaz de reconocer la emoción del usuario cuando interactúa con la red social. En base a la emoción del usuario y su comportamiento en la red social, el agente estima un plan para educar al usuario en el uso correcto y seguro de las redes sociales.[CA] Els éssers humans som per naturalesa éssers afectius, les emocions, l'estat d'ànim, la nostra personalitat o les nostres relacions amb els altres guien les nostres motivacions i les nostres decisions. Una de les habilitats cognitives principals relacionades amb l'afecte és l'empatia. L'empatia és un constructe psicològic la definició del qual ha anat evolucionant al llarg dels anys i el significat del qual fa referència a un ampli ventall de competències afectives i cognitives que són fonamentals en el desenvolupament de l'ésser humà com a ésser social. L'ús de l'empatia en l'àmbit de la intel·ligència artificial pot revolucionar la forma en la qual interactuem amb les màquines així com la forma en què simulem el comportament humà. D'altra banda, cal tenir en compte que els éssers humans habitualment acudim a l'ús de diferents paraules com ``trist'' o ``content'' per expressar o verbalitzar l'estat afectiu. Tot i això, aquestes paraules són simplificacions que abasten un ampli espectre de processos cognitius i estats mentals. A més, cal considerar que aquestes paraules tenen una alta dependència de l'idioma i la cultura en què s'utilitzen. Per tant, els models de representació computacional dels estats afectius han de ser capaços d'adaptar-se a diferents entorns culturals i de permetre que un agent expresse o represente, mitjançant paraules, un estat afectiu determinat. En aquesta tesi es proposa un nou model d'agent empàtic capaç d'adaptar el seu comportament a diferents entorns culturals. Per això, en primer lloc, es presenta una metodologia nova basada en l'experimentació per adaptar un espai de representació d'emocions basat en les dimensions del plaer i l'activació per a la simulació i el reconeixement computacional afectiu a diferents entorns culturals. Els resultats de l'experiment realitzat amb hispanoparlants europeus es fan servir per proporcionar un nou model basat en la lògica difusa per representar estats afectius en les dimensions de plaer i activació mitjançant un enfocament de coordenades polars. Per demostrar que les diferències culturals afecten els valors de plaer i activació associats a cada emoció, l'experiment es va repetir amb participants portuguesos i suecs. En segon lloc, es presenta un nou model d'elicitació d'emocions en agents afectius que fa servir lògica difusa. Les emocions generades a l'agent per les regles de valoració difusa s'expressen en el model de representació de l'afecte resultant dels experiments descrits prèviament. A més, es proposa un nou procés de regulació de l'afecte que adapta l'estat d'ànim de l'agent, representat mitjançant un vector a l'espai plaer-activació, cada cop que una emoció és elicitada. En tercer lloc, es proposa una formalització de la sintaxi, semàntica i cicle de raonament d'AgentSpeak per permetre el desenvolupament d'agents afectius amb capacitats empàtiques. Partint de les teories de valoració empàtica i regulació empàtica, es modifica l'estructura de raonament de l'agent per permetre que l'empatia afecti el procés de presa de decisions. Finalment, es presenta un model d'agent pedagògic empàtic per a l'educació sobre bones pràctiques en l'ús de les xarxes socials. L'agent és capaç de reconèixer l'emoció de l'usuari quan interactua amb la xarxa social. En base a l'emoció de l'usuari i el seu comportament a la xarxa social, l'agent estima un pla per educar l'usuari en l'ús correcte i segur de les xarxes socials.[EN] Human beings are, by nature, affective beings; our emotions, moods, personality, or relationships with others guide our motivations and our decisions. One of the main cognitive abilities related to affect is empathy. Empathy is a psychological construct whose definition has evolved over the years and whose meaning refers to a wide range of affective and cognitive competencies that are fundamental in the development of human beings as social beings. The use of empathy in the field of artificial intelligence can revolutionize the way we interact with machines as well as the way we simulate human behavior. On the other hand, it must be considered that human beings usually resort to the use of different words such as ``sad'' or ``happy'' to express or verbalize our affective state. However, these words are simplifications that cover a wide spectrum of cognitive processes and mental states. Moreover, it should be considered that these words have a high dependence on the language and culture in which they are used. Therefore, computational representation models of affective states must adaptable to different cultural environments and to allow an agent to express or represent, by means of words, a given affective state. In this thesis, a new model of empathic agent capable of adapting its behavior to different cultural environments is proposed. To this end, first, a new experiment-based methodology to adapt an emotion representation space based on the dimensions of pleasure and arousal for simulation and affective computational recognition to different cultural environments is presented. The results of an experiment conducted with European Spanish speakers are used to provide a new fuzzy logic-based model for representing affective states in the dimensions of pleasure and arousal using a polar coordinate approach. To prove that cultural differences affect the pleasure and arousal values associated with each emotion, the experiment was replicated with Portuguese and Swedish participants. Secondly, a new model of emotion elicitation in affective agents using fuzzy logic is presented. The emotions generated in the agent by the fuzzy appraisal rules are expressed in the model of affect representation resulting from the previously described experiments. In addition, a new affect regulation process is proposed to adapt the agent's mood, represented by a vector in the pleasure-arousal space, when an emotion is elicited. Third, a formalization of the syntax, semantics and reasoning cycle of AgentSpeak to enable the development of affective agents with empathic capabilities is presented. Drawing on the theories of empathic appraisal and empathic regulation, the agent's reasoning structure is modified to allow empathy to affect the decision-making process. Finally, a model of an empathic pedagogical agent for education on good practices in the use of social networks is introduced. The agent is able to recognize the user's emotion when interacting with the social network. Based on the user's emotion and behavior in the social network, the agent estimates a plan to educate the user in the correct and secure use of social networks.This thesis has been partially supported by the Generalitat Valenciana and European Social Fund by the FPI grant ACIF/2017/085 and by the Spanish Government project PID2020- 113416RB-I00.Taverner Aparicio, JJ. (2022). A BDI Empathic Agent Model Based on a Multidimensional Cross-Cultural Emotion Representation [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/181181TESISCompendi

Social relationship analysis using state-of-the-art embeddings.

Detection of human relationships from their interactions on social media is a challenging problem with a wide range of applications in different areas, like targeted marketing, cyber-crime, fraud, defense, planning, and human resource, to name a few. All previous work in this area has only dealt with the most basic types of relationships. The proposed approach goes beyond the previous work to efficiently handle the hierarchy of social relationships. This article introduces a novel technique named Quantifiable Social Relationship (QSR) analysis for quantifying social relationships to analyze relationships between agents from their textual conversations. QSR uses cross-disciplinary techniques from computational linguistics and cognitive psychology to identify relationships. QSR utilizes sentiment and behavioral styles displayed in the conversations for mapping them onto level II relationship categories. Then, for identifying the level III relationship categories, QSR uses level II relationships, sentiments, interactions, and word embeddings as key features. QSR employs natural language processing techniques for feature engineering and state-of-the-art embeddings generated by word2vec, global vectors (glove), and bidirectional encoder representations from transformers (bert). QSR combines the intrinsic conversational features with word embeddings for classifying relationships. QSR achieves an accuracy of up to 89% for classifying relationship subtypes. The evaluation shows that QSR can accurately identify the hierarchical relationships between agents by extracting intrinsic and extrinsic features from textual conversations between agents

Affective reactions towards socially interactive agents and their computational modeling

Over the past 30 years, researchers have studied human reactions towards machines applying the Computers Are Social Actors paradigm, which contrasts reactions towards computers with reactions towards humans. The last 30 years have also seen improvements in technology that have led to tremendous changes in computer interfaces and the development of Socially Interactive Agents. This raises the question of how humans react to Socially Interactive Agents. To answer these questions, knowledge from several disciplines is required, which is why this interdisciplinary dissertation is positioned within psychology and computer science. It aims to investigate affective reactions to Socially Interactive Agents and how these can be modeled computationally. Therefore, after a general introduction and background, this thesis first provides an overview of the Socially Interactive Agent system used in this work. Second, it presents a study comparing a human and a virtual job interviewer, which shows that both interviewers induce shame in participants to the same extent. Thirdly, it reports on a study investigating obedience towards Socially Interactive Agents. The results indicate that participants obey human and virtual instructors in similar ways. Furthermore, both types of instructors evoke feelings of stress and shame to the same extent. Fourth, a stress management training using biofeedback with a Socially Interactive Agent is presented. The study shows that a virtual trainer can teach coping techniques for emotionally challenging social situations. Fifth, it introduces MARSSI, a computational model of user affect. The evaluation of the model shows that it is possible to relate sequences of social signals to affective reactions, taking into account emotion regulation processes. Finally, the Deep method is proposed as a starting point for deeper computational modeling of internal emotions. The method combines social signals, verbalized introspection information, context information, and theory-driven knowledge. An exemplary application to the emotion shame and a schematic dynamic Bayesian network for its modeling are illustrated. Overall, this thesis provides evidence that human reactions towards Socially Interactive Agents are very similar to those towards humans, and that it is possible to model these reactions computationally.In den letzten 30 Jahren haben Forschende menschliche Reaktionen auf Maschinen untersucht und dabei das “Computer sind soziale Akteure”-Paradigma genutzt, in dem Reaktionen auf Computer mit denen auf Menschen verglichen werden. In den letzten 30 Jahren hat sich ebenfalls die Technologie weiterentwickelt, was zu einer enormen Veränderung der Computerschnittstellen und der Entwicklung von sozial interaktiven Agenten geführt hat. Dies wirft Fragen zu menschlichen Reaktionen auf sozial interaktive Agenten auf. Um diese Fragen zu beantworten, ist Wissen aus mehreren Disziplinen erforderlich, weshalb diese interdisziplinäre Dissertation innerhalb der Psychologie und Informatik angesiedelt ist. Sie zielt darauf ab, affektive Reaktionen auf sozial interaktive Agenten zu untersuchen und zu erforschen, wie diese computational modelliert werden können. Nach einer allgemeinen Einführung in das Thema gibt diese Arbeit daher, erstens, einen Überblick über das Agentensystem, das in der Arbeit verwendet wird. Zweitens wird eine Studie vorgestellt, in der eine menschliche und eine virtuelle Jobinterviewerin miteinander verglichen werden, wobei sich zeigt, dass beide Interviewerinnen bei den Versuchsteilnehmenden Schamgefühle in gleichem Maße auslösen. Drittens wird eine Studie berichtet, in der Gehorsam gegenüber sozial interaktiven Agenten untersucht wird. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Versuchsteilnehmende sowohl menschlichen als auch virtuellen Anleiterinnen ähnlich gehorchen. Darüber hinaus werden durch beide Instruktorinnen gleiche Maße von Stress und Scham hervorgerufen. Viertens wird ein Biofeedback-Stressmanagementtraining mit einer sozial interaktiven Agentin vorgestellt. Die Studie zeigt, dass die virtuelle Trainerin Techniken zur Bewältigung von emotional herausfordernden sozialen Situationen vermitteln kann. Fünftens wird MARSSI, ein computergestütztes Modell des Nutzeraffekts, vorgestellt. Die Evaluation des Modells zeigt, dass es möglich ist, Sequenzen von sozialen Signalen mit affektiven Reaktionen unter Berücksichtigung von Emotionsregulationsprozessen in Beziehung zu setzen. Als letztes wird die Deep-Methode als Ausgangspunkt für eine tiefer gehende computergestützte Modellierung von internen Emotionen vorgestellt. Die Methode kombiniert soziale Signale, verbalisierte Introspektion, Kontextinformationen und theoriegeleitetes Wissen. Eine beispielhafte Anwendung auf die Emotion Scham und ein schematisches dynamisches Bayes’sches Netz zu deren Modellierung werden dargestellt. Insgesamt liefert diese Arbeit Hinweise darauf, dass menschliche Reaktionen auf sozial interaktive Agenten den Reaktionen auf Menschen sehr ähnlich sind und dass es möglich ist diese menschlichen Reaktion computational zu modellieren.Deutsche Forschungsgesellschaf