Baseado nos slides de Tom Lenarts (IRIDIA) e Lin Zuoquan(PeckingUniversity) Capítulo 11

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1 Baseado nos slides de Tom Lenarts (IRIDIA) e Lin Zuoquan(PeckingUniversity) Planeamento Capítulo 11

2 Planeamento Enquadramento Linguagens para planeamento Planeamento com procura em espaço de estados Planeamento de ordem parcial Grafos em planeamento Planeamento com lógica proposicional Análise das abordagens para planeamento

3 O que é planeamento?

4 O que é planeamento? acção ou efeito de planear ou de planificar;trabalho de preparação para qualquer empreendimento, no qual se estabelecem os objectivos, as etapas, os prazos e os meios para a sua concretização;estabelecimento de um plano (PRIBERAM);

5 Problema do Planeamento Geração de sequências de acções para realizar tarefas e atingir objectivos Estados, acções e objectivos Procura de soluções num espaço abstracto de planos Aplicações práticas Operações militares Jogos Exploração de espaço...

6 Agentes de Planeamento Capítulo 3: agentes baseados em procura Capítulo 10: agentes baseados em lógica Neste capítulo: problemas de planeamento (clássicos) complexos Problemas clássicos: ambientes completamente observáveis, determinísticos, estáticos (mudança ocorre apenas quando o agente actua) e discretos (em tempo, acção, objectos e efeitos) Problemas não clássicos: parcialmente observáveis e estocásticos

7 Agente Planeador Recebe uma percepção e devolve uma acção Na prática determina um plano e vai devolvendo uma acção do plano de cada vez Tem um contador de tempo Cada acção corresponde a um instante de tempo Comunica com uma Base de Conhecimento Para aceder ao estado actual Para ter acesso à descrição das acções Para formular o objectivo em cada instante de tempo Para actualizar o estado em função de cada acção

8 Procura vs. Planeamento Algoritmo de procura para comprar leite e pão é claramente ineficiente

9 Planeamento Enquadramento Linguagens para planeamento Planeamento com procura em espaço de estados Planeamento de ordem parcial Grafos em planeamento Planeamento com lógica proposicional Análise das abordagens para planeamento

10 Linguagem de planeamento A representação de um problema de planeamento - estados, acções e objectivos - deve permitir que um algoritmo de planeamento seja capaz de explorar a estrutura lógica do problema

11 Linguagem de planeamento E o que é uma boa linguagem? Uma linguagem suficientemente expressiva para descrever uma grande variedade de problemas Uma linguagem suficientemente restritiva para permitir que algoritmos eficientes operem sobre ela

12 Linguagem STRIPS Linguagem STRIPS (STanford Reasearch Institute Problem Solver) representação básica

13 Características gerais da linguagem STRIPS (1) Representação de estados Decomposição do mundo em condições lógicas e representação de um estado como uma conjunção de literais positivos Literais proposicionais: Pobre Desconhecido Literais sem variáveis e sem funções: Em(Avião1, Melbourne) Em(Avião2, Sydney) Assumir que o mundo é fechado: as condições que não são mencionadas são falsas

14 Características gerais da linguagem STRIPS (2) Representação de objectivos Estados parcialmente especificados e representados como uma conjunção de literais positivos sem variáveis Rico Famoso Um objectivo é satisfeito se o estado contém todos os literais do objectivo Rico Famoso Miserável

15 Características gerais da linguagem STRIPS (3) Representação de acções Acção = PRÉ-CONDIÇÃO + EFEiTO Um esquema de acção (ou operador) representa um conjunto de acções que podem ser derivadas por instanciação das variáveis

16 Características gerais da linguagem STRIPS (4) Tipicamente, um esquema de acção contém: Nome da acção e lista de parâmetros Ex: Voar(a, origem, destino) Pré-condição (conj. de literais sem funções): o que tem de ser verdadeiro para a acção ser executada Ex: PRÉ-CONDIÇÃO: Em(a,origem) Avião(a) Aeroporto(origem) Aeroporto(destino) Efeito (conj. de literais sem funções): o que é verdadeiro (P) e o que é falso ( P) após a acção ser executada Conjunto de literais pode ser separado em lista de adições e lista de remoções Ex: Em(a, origem) Em (a, destino)

17 STRIPS: exemplo de operador

18 Semântica da linguagem Como é que as acções afectam os estados? Uma acção é aplicável em qualquer estado que satisfaça a pré-condição Aplicabilidade de uma acção pode envolver uma substituição θ para as variáveis na PRÉ-CONDIÇÃO Estado: Em(A1,JFK) Em(A2,SFO) Avião(A1) Avião(A2) Aeroporto(JFK) Aeroporto(SFO) Satisfaz as PRE-CONDIÇÕES: Em(a,origem) Avião(a) Aeroporto(origem) Aeroporto(destino) Fazendo (por exemplo) θ ={a/a1,origem/jfk,destino/sfo} Logo a acção Voar(A1,JFK,SFO) é aplicável.

19 Semântica da linguagem O resultado de executar uma acção a num estado s é um estado s em que s é o mesmo que s excepto Qualquer literal positivo P no efeito de a é adicionado a s Ex: Em(a, SFO) Qualquer literal negativo P no efeito de a faz remover P de s Ex: Em(a, JFK) Continuando com o exemplo anterior Em(A1,JFK) Em(A2,SFO) Avião(A1) Avião(A2) Aeroporto(JFK) Aeroporto(SFO) Por aplicação de Voar(A1,JFK,SFO), obtém-se Em(A1,SFO) Em(A2,SFO) Avião(A1) Avião(A2) Aeroporto(JFK) Aeroporto(SFO)

20 Semântica da linguagem Em STRIPS assume-se o seguinte: (para representar ausência de mudança) Qualquer literal que NÃO esteja no efeito permanece inalterado

21 Semântica da linguagem Estamos agora em codições de definir o que é uma solução para um problema de planeamento: é uma sequência de acções que a partir do estado inicial conduz a um estado objectivo

22 STRIPS: transporte aéreo de carga O problema envolve carregar e descarregar cargas de aviões que voam de um lado para outro

23 STRIPS: transporte aéreo de carga Estado Inicial: Início(Em(C1, SFO) Em(C2,JFK) Em(A1,SFO) Em(A2,JFK) Carga(C1) Carga(C2) Avião(A1) Avião(A2) Aeroporto(JFK) Aeroporto(SFO)) Objectivo (levar a carga C1 para JFK e a carga C2 para SFO): Objectivo(Em(C1,JFK) Em(C2,SFO))

24 STRIPS: transporte aéreo de carga Acções (c: carga, a:avião, l:local (aeroporto)): Acção(Carregar(c,a,l) PRÉ-CONDIÇÃO: Em(c,l) Em(a,l) Carga(c) Avião(a) Aeroporto(l) EFEITO: Em(c,l) Dentro(c,a)) Acção(Descarregar(c,a,l) PRÉ-CONDIÇÃO: Dentro(c,a) Em(a,l) Carga(c) Avião(a) Aeroporto(l) EFEITO: Em(c,l) Dentro(c,a)) Acção(Voar(a,origem,destino) PRÉ-CONDIÇÃO: Em(a,origem) Avião(a) Aeroporto(origem) Aeroporto(destino) EFEITO: Em(a,origem) Em(a,destino))

25 STRIPS: transporte aéreo de carga [Possível solução: Carregar(C1,A1,SFO), Voar(A1,SFO,JFK), Descarregar(C1,A1,JFK), Carregar(C2,A2,JFK), Voar(A2,JFK,SFO), Descarregar(C2,A2,SFO)]

26 Expressividade e extensões STRIPS é uma linguagem muito simples Só literais positivos nos estados Assume mundo fechado Efeito P Q significa inserir P e remover Q Não há variáveis nos objectivos Objectivos são conjunções Efeitos são conjunções Não suporta igualdade Não suporta tipos Símbolos de função não são permitidos: implicam um número infinito de estados e acções

27 Linguagem ADL ADL (Action Description Language) Não é tão restritiva como a linguagem STRIPS Permite o uzo de disjunção, negação e quantificadores

28 Expressividade e extensões Características da ADL Literais positivos e negativos nos estados Assume mundo aberto Efeito P Q significa inserir P e Q e apagar P e Q Variáveis quantificadas nos objectivos Objectivos com conjunções e disjunções Existência de efeitos condicionais (e.g. P:E significa que P é efeito só se E for verdadeiro) Suporta igualdade Variáveis podem ter tipos Acção(Voar(a:Avião, origem:aeroporto,destino:aeroporto), PRECONDIÇÃO: Em(a,origem) (origem destino) EFEITO: Em(a,origem) Em(a,destino)) Linguagem + usada (standard): Planning Domain Definition Language (PDDL)

29 STRIPS: mundo dos blocos Um dos cenários mais famosos do planeamento. Um conjunto de blocos empilháveis estão em cima de uma mesa. O objectivo é construir uma pilha específica de blocos. Por exemplo, tendo os blocos A, B e C em cima da mesa, o objectivo é construir a pilha A B C, em que C é o bloco em cima da mesa.

30 STRIPS: mundo dos blocos Estado inicial: Início(On(A, Table) On(B,Table) On(C,Table) Block(A) Block(B) Block(C) Clear(A) Clear(B) Clear(C)) Objectivo: Objectivo(On(A,B) On(B,C))

31 STRIPS: mundo dos blocos Acções: Acção(Move(b,x,y) PRÉ-CONDIÇÃO: On(b,x) Clear(b) Clear(y) Block(b) EFEITO: On(b,y) Clear(x) On(b,x) Clear(y)) Acção(MoveToTable(b,x) PRÉ-CONDIÇÃO: On(b,x) Clear(b) Block(b) EFEITO: On(b,Table) Clear(x) On(b,x)) Notas: Acções irrelevantes são possíveis: e.g., Move(B,C,C) problema facilmente resolvido em ADL com A PRE-CONDIÇÃO PASSAVA A: PRÉ-CONDIÇÃO: On(b,x) Clear(b) Clear(y) Block(b) b x b y x y Se não existisse o predicado Clear teríamos que usar a linguagem ADL para poder ter literais negativos na PRÉ-CONDIÇÃO (por exemplo, em vez de Clear(b), podia estar x On(x, b))

32 ADL: pneu sobresselente O Problema de planeamento em causa é mudar um pneu, supondo que temos um pneu furado e um pneu bom na bagageira.

33 ADL: pneu sobresselente Estado inicial: Início(Em(Furado, Eixo) Em(Sobresselente,Bagageira)) Objectivo: Objectivo(Em(Sobresselente,Eixo))

34 ADL: pneu sobresselente Acções: Acção(Remove(Sobresselente,Bagageira) PRÉ-CONDIÇÃO: Em(Sobresselente,Bagageira) EFEITO: Em(Sobresselente,Bagageira) Em(Sobresselente,Chão)) Acção(Remove(Furado,Eixo) PRÉ-CONDIÇÃO: Em(Furado,Eixo) EFEITO: Em(Furado,Eixo) Em(Furado,Chão)) Acção(Colocar(Sobresselente,Eixo) PRÉ-CONDIÇÃO: Em(Sobresselente,Chão) Em(Furado,Eixo) EFEITO: Em(Sobresselente,Eixo) Em(Sobresselente,Chão)) Acção(DeixarDuranteANoite PRÉ-CONDIÇÃO: EFEITO: Em(Sobresselente,Chão) Em(Sobresselente,Eixo) Em(Sobresselente,Bagageira) Em(Furado,Chão) Em(Furado,Eixo) ) Este exemplo está para além do STRIPS: literais negativos na pré-conditição (descrição ADL)