Collective decision-making with goals

Des agents devant prendre une décision collective sont souvent motivés par des buts individuels. Dans ces situations, deux aspects clés doivent être abordés : sélectionner une alternative gagnante à partir des voix des agents et s'assurer que les agents ne manipulent pas le résultat. Cette thèse étudie l'agrégation et la dimension stratégique des décisions collectives lorsque les agents utilisent un langage représenté de manière compacte. Nous étudions des langages de type logique : de la logique propositionnelle aux CP-nets généralisés, en passant par la logique temporelle linéaire (LTL). Notre principale contribution est l'introduction d'un cadre de vote sur les buts, dans lequel les agents soumettent des buts individuels exprimés comme des formules de la logique propositionnelle. Les fonctions d'agrégation classiques issues du vote, de l'agrégation de jugements et de la fusion de croyances sont adaptées et étudiées de manière axiomatique et computationnelle. Les propriétés axiomatiques connues dans la littérature sur la théorie du choix social sont généralisées à ce nouveau type d'entrée, ainsi que les problèmes de complexité visant à déterminer le résultat du vote. Une autre contribution importante est l'étude de l'agrégation des CP-nets généralisés, c'est-à-dire des CP-nets où la précondition de l'énoncé de préférence est une formule propositionnelle. Nous utilisons différents agrégateurs pour obtenir un classement collectif des résultats possibles. Grâce à cette thèse, deux axes de recherche sont ainsi reliés : l'agrégation des CP-nets classiques et la généralisation des CP-nets à des préconditions incomplètes. Nous contribuons également à l'étude du comportement stratégique dans des contextes de prise de décision collective et de théorie des jeux. Le cadre du vote basé sur les buts est de nouveau étudié sous l'hypothèse que les agents peuvent décider de mentir sur leur but s'ils obtiennent ainsi un meilleur résultat. L'accent est mis sur trois règles de vote majoritaires qui se révèlent manipulables. Par conséquent, nous étudions des restrictions à la fois sur le langage des buts et sur les stratégies des agents en vue d'obtenir des résultats de votes non manipulables. Nous présentons par ailleurs une extension stratégique d'un modèle récent de diffusion d'opinion sur des réseaux d'influence. Dans les jeux d'influence définis ici, les agents ont comme but des formules en LTL et ils peuvent choisir d'utiliser leur pouvoir d'influence pour s'assurer que leur but est atteint. Des solutions classiques telles que la stratégie gagnante sont étudiées pour les jeux d'influence, en relation avec la structure du réseau et les buts des agents. Enfin, nous introduisons une nouvelle classe de concurrent game structures (CGS) dans laquelle les agents peuvent avoir un contrôle partagé sur un ensemble de variables propositionnelles. De telles structures sont utilisées pour interpréter des formules de logique temporelle en temps alternés (ATL), grâce auxquelles on peut exprimer l'existence d'une stratégie gagnante pour un agent dans un jeu itéré (comme les jeux d'influence mentionnés ci-dessus). Le résultat principal montre qu'un CGS avec contrôle partagé peut être représenté comme un CGS avec contrôle exclusif. En conclusion, cette thèse contribue au domaine de la prise de décision collective en introduisant un nouveau cadre de vote basé sur des buts propositionnels. Elle présente une étude de l'agrégation des CP-nets généralisés et une extension d'un cadre de diffusion d'opinion avec des agents rationnels qui utilisent leur pouvoir d'influence. Une réduction du contrôle partagé à un contrôle exclusif dans les CGS pour l'interprétation des logiques du raisonnement stratégique est également proposée. Par le biais de langages logiques divers, les agents peuvent ainsi exprimer buts et préférences sur la décision à prendre, et les propriétés souhaitées pour le processus de décision peuvent en être garanties.Agents having to take a collective decision are often motivated by individual goals. In such scenarios, two key aspects need to be addressed. The first is defining how to select a winning alternative from the expressions of the agents. The second is making sure that agents will not manipulate the outcome. Agents should also be able to state their goals in a way that is expressive, yet not too burdensome. This dissertation studies the aggregation and the strategic component of multi-agent collective decisions where the agents use a compactly represented language. The languages we study are all related to logic: from propositional logic, to generalized CP-nets and linear temporal logic (LTL). Our main contribution is the introduction of the framework of goal-based voting, where agents submit individual goals expressed as formulas of propositional logic. Classical aggregation functions from voting, judgment aggregation, and belief merging are adapted to this setting and studied axiomatically and computationally. Desirable axiomatic properties known in the literature of social choice theory are generalized to this new type of propositional input, as well as the standard complexity problems aimed at determining the result. Another important contribution is the study of the aggregation of generalized CP-nets coming from multiple agents, i.e., CP-nets where the precondition of the preference statement is a propositional formula. We use different aggregators to obtain a collective ordering of the possible outcomes. Thanks to this thesis, two lines of research are thus bridged: the one on the aggregation of complete CP-nets, and the one on the generalization of CP-nets to incomplete preconditions. We also contribute to the study of strategic behavior in both collective decision-making and game-theoretic settings. The framework of goal-based voting is studied again under the assumption that agents can now decide to submit an untruthful goal if by doing so they can get a better outcome. The focus is on three majoritarian voting rules which are found to be manipulable. Therefore, we study restrictions on both the language of the goals and on the strategies allowed to the agents to discover islands of strategy-proofness. We also present a game-theoretic extension of a recent model of opinion diffusion over networks of influence. In the influence games defined here, agents hold goals expressed as formulas of LTL and they can choose whether to use their influence power to make sure that their goal is satisfied. Classical solution concepts such as weak dominance and winning strategy are studied for influence games, in relation to the structure of the network and the goals of the agents. Finally, we introduce a novel class of concurrent game structures (CGS) in which agents can have shared control over a set of propositional variables. Such structures are used for the interpretation of formulas of alternating-time temporal logic, thanks to which we can express the existence of a winning strategy for an agent in a repeated game (as, for instance, the influence games mentioned above). The main result shows by means of a clever construction that a CGS with shared control can be represented as a CGS with exclusive control. In conclusion, this thesis provides a valuable contribution to the field of collective decision-making by introducing a novel framework of voting based on individual propositional goals, it studies for the first time the aggregation of generalized CP-nets, it extends a framework of opinion diffusion by modelling rational agents who use their influence power as they see fit, and it provides a reduction of shared to exclusive control in CGS for the interpretation of logics of strategic reasoning. By using different logical languages, agents can thus express their goals and preferences over the decision to be taken, and desirable properties of the decision process can be ensured

Goal-Based Collective Decisions: Axiomatics and Computational Complexity

We study agents expressing propositional goals over a set of binary issues to reach a collective decision. We adapt properties and rules from the literature on Social Choice Theory to our setting, providing an axiomatic characterisation of a majority rule for goal-based voting. We study the computational complexity of finding the outcome of our rules (i.e., winner determination), showing that it ranges from Nondeterministic Polynomial Time (NP) to Probabilistic Polynomial Time (PP)

Sustainable Urban Logistics Model Applied to Food Trucks. Case Study and Descriptive Analysis

The food truck service is growing due to the change in customers' fast food consumption habits. This research aims to test the logic of using urban logistics to improve the optimization of food truck supply. This research proposes a case study where route optimization methods, central location, and the estimation of the environmental impact through the emission of pollutant gases at the time of supplying food trucks are proposed; RStudio and COPERT V software was used to obtain quantitative results. Concerning the results, it was found that the food truck is viable due to the number of potential customers within the case study area. The central location (longitude, latitude) of the food truck within the area where its customers are located was found; in addition, thanks to the optimal supply route, it was possible to calculate the emissions of polluting gases: CO2, PM2.5, PM10, NOX, VO

Prise de décision collective avec buts

Agents having to take a collective decision are often motivated by individual goals. In such scenarios, two key aspects need to be addressed. The first is defining how to select a winning alternative from the expressions of the agents. The second is making sure that agents will not manipulate the outcome. Agents should also be able to state their goals in a way that is expressive, yet not too burdensome. This dissertation studies the aggregation and the strategic component of multi-agent collective decisions where the agents use a compactly represented language. The languages we study are all related to logic: from propositional logic, to generalized CP-nets and linear temporal logic (LTL). Our main contribution is the introduction of the framework of goal-based voting, where agents submit individual goals expressed as formulas of propositional logic. Classical aggregation functions from voting, judgment aggregation, and belief merging are adapted to this setting and studied axiomatically and computationally. Desirable axiomatic properties known in the literature of social choice theory are generalized to this new type of propositional input, as well as the standard complexity problems aimed at determining the result. Another important contribution is the study of the aggregation of generalized CP-nets coming from multiple agents, i.e., CP-nets where the precondition of the preference statement is a propositional formula. We use different aggregators to obtain a collective ordering of the possible outcomes. Thanks to this thesis, two lines of research are thus bridged: the one on the aggregation of complete CP-nets, and the one on the generalization of CP-nets to incomplete preconditions. We also contribute to the study of strategic behavior in both collective decision-making and game-theoretic settings. The framework of goal-based voting is studied again under the assumption that agents can now decide to submit an untruthful goal if by doing so they can get a better outcome. The focus is on three majoritarian voting rules which are found to be manipulable. Therefore, we study restrictions on both the language of the goals and on the strategies allowed to the agents to discover islands of strategy-proofness. We also present a game-theoretic extension of a recent model of opinion diffusion over networks of influence. In the influence games defined here, agents hold goals expressed as formulas of LTL and they can choose whether to use their influence power to make sure that their goal is satisfied. Classical solution concepts such as weak dominance and winning strategy are studied for influence games, in relation to the structure of the network and the goals of the agents. Finally, we introduce a novel class of concurrent game structures (CGS) in which agents can have shared control over a set of propositional variables. Such structures are used for the interpretation of formulas of alternating-time temporal logic, thanks to which we can express the existence of a winning strategy for an agent in a repeated game (as, for instance, the influence games mentioned above). The main result shows by means of a clever construction that a CGS with shared control can be represented as a CGS with exclusive control. In conclusion, this thesis provides a valuable contribution to the field of collective decision-making by introducing a novel framework of voting based on individual propositional goals, it studies for the first time the aggregation of generalized CP-nets, it extends a framework of opinion diffusion by modelling rational agents who use their influence power as they see fit, and it provides a reduction of shared to exclusive control in CGS for the interpretation of logics of strategic reasoning. By using different logical languages, agents can thus express their goals and preferences over the decision to be taken, and desirable properties of the decision process can be ensured.Des agents devant prendre une décision collective sont souvent motivés par des buts individuels. Dans ces situations, deux aspects clés doivent être abordés : sélectionner une alternative gagnante à partir des voix des agents et s'assurer que les agents ne manipulent pas le résultat. Cette thèse étudie l'agrégation et la dimension stratégique des décisions collectives lorsque les agents utilisent un langage représenté de manière compacte. Nous étudions des langages de type logique : de la logique propositionnelle aux CP-nets généralisés, en passant par la logique temporelle linéaire (LTL). Notre principale contribution est l'introduction d'un cadre de vote sur les buts, dans lequel les agents soumettent des buts individuels exprimés comme des formules de la logique propositionnelle. Les fonctions d'agrégation classiques issues du vote, de l'agrégation de jugements et de la fusion de croyances sont adaptées et étudiées de manière axiomatique et computationnelle. Les propriétés axiomatiques connues dans la littérature sur la théorie du choix social sont généralisées à ce nouveau type d'entrée, ainsi que les problèmes de complexité visant à déterminer le résultat du vote. Une autre contribution importante est l'étude de l'agrégation des CP-nets généralisés, c'est-à-dire des CP-nets où la précondition de l'énoncé de préférence est une formule propositionnelle. Nous utilisons différents agrégateurs pour obtenir un classement collectif des résultats possibles. Grâce à cette thèse, deux axes de recherche sont ainsi reliés : l'agrégation des CP-nets classiques et la généralisation des CP-nets à des préconditions incomplètes. Nous contribuons également à l'étude du comportement stratégique dans des contextes de prise de décision collective et de théorie des jeux. Le cadre du vote basé sur les buts est de nouveau étudié sous l'hypothèse que les agents peuvent décider de mentir sur leur but s'ils obtiennent ainsi un meilleur résultat. L'accent est mis sur trois règles de vote majoritaires qui se révèlent manipulables. Par conséquent, nous étudions des restrictions à la fois sur le langage des buts et sur les stratégies des agents en vue d'obtenir des résultats de votes non manipulables. Nous présentons par ailleurs une extension stratégique d'un modèle récent de diffusion d'opinion sur des réseaux d'influence. Dans les jeux d'influence définis ici, les agents ont comme but des formules en LTL et ils peuvent choisir d'utiliser leur pouvoir d'influence pour s'assurer que leur but est atteint. Des solutions classiques telles que la stratégie gagnante sont étudiées pour les jeux d'influence, en relation avec la structure du réseau et les buts des agents. Enfin, nous introduisons une nouvelle classe de concurrent game structures (CGS) dans laquelle les agents peuvent avoir un contrôle partagé sur un ensemble de variables propositionnelles. De telles structures sont utilisées pour interpréter des formules de logique temporelle en temps alternés (ATL), grâce auxquelles on peut exprimer l'existence d'une stratégie gagnante pour un agent dans un jeu itéré (comme les jeux d'influence mentionnés ci-dessus). Le résultat principal montre qu'un CGS avec contrôle partagé peut être représenté comme un CGS avec contrôle exclusif. En conclusion, cette thèse contribue au domaine de la prise de décision collective en introduisant un nouveau cadre de vote basé sur des buts propositionnels. Elle présente une étude de l'agrégation des CP-nets généralisés et une extension d'un cadre de diffusion d'opinion avec des agents rationnels qui utilisent leur pouvoir d'influence. Une réduction du contrôle partagé à un contrôle exclusif dans les CGS pour l'interprétation des logiques du raisonnement stratégique est également proposée. Par le biais de langages logiques divers, les agents peuvent ainsi exprimer buts et préférences sur la décision à prendre, et les propriétés souhaitées pour le processus de décision peuvent en être garanties

Iterative Goal-Based Approval Voting

Part of the Lecture Notes in Computer Science book series (LNAI,volume 13442)International audienceIn iterative voting, a group of agents who has to take a collective decision has the possibility to individually and sequentially alter their vote, to improve the outcome for themselves. In this paper, we extend with an iterative component the recent framework of goal-based voting, where agents submit compactly expressed individual goals. For the aggregation, we focus on an adaptation of the classical Approval rule to this setting, and we model agents having optimistic or pessimistic satisfaction functions based on the Hamming distance. The results of our analysis are twofold: first, we provide conditions under which the application of the Approval rule is guaranteed to converge to a stable outcome; second, we study the quality of the social welfare yielded by the iteration process

Representation Matters: Characterisation and Impossibility Results for Interval Aggregation

International audienceIn the context of aggregating intervals reflecting the views of several agents into a single interval, we investigate the impact of the form of representation chosen for the intervals involved. Specifically, we ask whether there are natural rules we can define both as rules that aggregate separately the left and right endpoints of intervals and as rules that aggregate separately the left endpoints and the interval widths. We show that on discrete scales it is essentially impossible to do so, while on continuous scales we can characterise the rules meeting these requirements as those that compute a weighted average of the endpoints of the individual intervals

Smart Voting

This paper developed from ideas discussed at the Dagstuhl Seminar 19381(Application-Oriented Computational Social Choice), 2019.International audienceWe propose a generalisation of liquid democracy in which a voter can either vote directly on the issues at stake, delegate her vote to another voter, or express complex delegations to a set of trusted voters. By requiring a ranking of desirable delegations and a backup vote from each voter, we are able to put forward and compare four algorithms to solve delegation cycles and obtain a final collective decision

Preference Aggregation with Incomplete CP-Nets

International audienceGeneralized CP-nets (gCP-nets) extend standard CP-nets by allowing conditional preference tables to be incomplete. Such generality is desirable, as in practice users may want to express preferences over the values of a variable that depend only on partial assignments for other variables. In this paper we study aggregation of gCP-nets, under the name of multiple gCP-nets (mgCP-nets). Inspired by existing research on mCP-nets, we define different semantics for mgCP-nets and study the complexity of prominent reasoning tasks such as dominance, consistency and various notions of optimality

Unravelling multi-agent ranked delegations

This paper revises and extends our previous work presented at IJCAI-2020International audienceWe introduce a voting model with multi-agent ranked delegations. This model generalises liquid democracy in two aspects: first, an agent’s delegation can use the votes of multiple other agents to determine their own—for instance, an agent’s vote may correspond to the majority outcome of the votes of a trusted group of agents; second, agents can submit a ranking over multiple delegations, so that a backup delegation can be used when their preferred delegations are involved in cycles. The main focus of this paper is the study of unravelling procedures that transform the delegation ballots received from the agents into a profile of direct votes, from which a winning alternative can then be determined by using a standard voting rule. We propose and study six such unravelling procedures, two based on optimisation and four using a greedy approach. We study both algorithmic and axiomatic properties, as well as related computational complexity problems of our unravelling procedures for different restrictions on the types of ballots that the agents can submit

Judgment aggregation in dynamic logic of propositional assignments

International audienceJudgment aggregation models a group of agents having to collectively decide over a number of logically interconnected issues starting from their individual opinions. In recent years, a growing literature has focused on the design of logical systems for social choice theory, and for judgment aggregation in particular, making use of logical languages designed ad hoc for this purpose. In this paper we deploy the existing formalism of Dynamic Logic of Propositional Assignments (DL-PA), an instance of Propositional Dynamic Logic where atomic programs affect propositional valuations. We show that DL-PA is a well-suited formalism for modeling the aggregation of binary judgments from multiple agents, by providing logical equivalences in DL-PA for some of the best-known aggregation procedures, desirable axioms coming from the literature on judgment aggregation and properties for the safety of the agenda problem