[論文レビュー] Hierarchical Finite State Controllers for Generalized Planning

Javier Segovia‐Aguas, Sergi Jiménez‐Martín+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 7, 2019

AI-based Problem Solving and Planning参考文献 15被引用数 12

ひとこと要約

この論文は、相互に呼び出し可能（再帰的を含む）な制御装置を許可することで、コンpactで一般化された計画ソリューションを可能にする階層的有限状態制御装置（hFSCs）を導入する。標準的なFSCsに比べて、特に二分木の走査のような複雑なタスクにおいて、大幅にコンパクトさとモジュラリティを向上させる古典的計画へのコンパイルを提示する。

ABSTRACT

Finite State Controllers (FSCs) are an effective way to represent sequential plans compactly. By imposing appropriate conditions on transitions, FSCs can also represent generalized plans that solve a range of planning problems from a given domain. In this paper we introduce the concept of {\it hierarchical FSCs} for planning by allowing controllers to call other controllers. We show that hierarchical FSCs can represent generalized plans more compactly than individual FSCs. Moreover, our call mechanism makes it possible to generate hierarchical FSCs in a modular fashion, or even to apply recursion. We also introduce a compilation that enables a classical planner to generate hierarchical FSCs that solve challenging generalized planning problems. The compilation takes as input a set of planning problems from a given domain and outputs a single classical planning problem, whose solution corresponds to a hierarchical FSC.

研究の動機と目的

• 標準的な有限状態制御装置（FSCs）が再帰的かつスケーラブルな一般化計画を表現する上で抱える制限を解消すること。
• 一般化計画問題のためのコンパクトで再利用可能かつ合成可能な計画ソリューションを実現すること。
• 一連の計画問題を、その解が階層的FSCである古典的計画問題に変換するコンパイルを構築すること。
• 既存のFSCsを事前知識として用いて、hFSCsの段階的かつモジュラーな生成を可能にすること。
• 階層的FSCsがモノリシックFSCsよりも複雑な一般化計画をよりコンパクトに表現できることを実証すること。

提案手法

• 制御装置生成のための探索空間を削減するため、FSCの遷移関数を2分岐のみを許容する形に再定式化する。
• パラメータ化された呼び出しを備えた階層的FSCsを定義し、再帰的実行とモジュラリティを可能にする。
• ドメインからの一連の計画問題を、1つの古典的計画問題にマッピングするコンパイルを導入する。
• PDDLを用いてコンパイル済み問題を表現し、市販の古典的計画ツールを用いてhFSCの解を生成可能にする。
• 事前にサブ-FSCs（例：行走査および列戻り）を定義することで、段階的合成を可能にする。
• 制御装置構造の一部を固定することで、事前知識の統合を可能にし、残りを計画ツールに任せる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 階層的FSCsは、標準的なFSCsよりも一般化計画をよりコンパクトに表現できるか？
• RQ2 再帰的計画戦略は、階層的FSCsを用いて自動的にエンコードおよび生成可能か？
• RQ3 適切なコンパイルにより、古典的計画ツールを効果的に用いて階層的FSCsを生成可能か？
• RQ4 モジュラーな部分問題を用いて、階層的FSCsを段階的に合成可能か？
• RQ5 既存のFSCsとしての事前知識を、階層的FSCの定義を完成させるためにどの程度活用可能か？

主な発見

• 階層的FSCsは、特に再帰を要する問題（例：二分木の深さ優先走査）において、標準的FSCsよりも一般化計画をよりコンパクトに表現できる。
• 提示されたコンパイルにより、PDDLに問題をエンコードすることで、市販の古典的計画ツールが階層的FSCsを生成可能である。
• パラメータ化された引数を備えた自己呼び出し制御装置により、再帰的動作がネイティブにサポートされ、木走査のような問題に対して洗練された解決策が得られる。
• 段階的合成は実現可能である：基本的なタスク（例：行走査）のためのサブ-FSCsを生成し、それらを組み合わせてルート制御装置を構築することでスケーラビリティが向上する。
• モノリシックFSC生成が時間制限内で失敗するような挑戦的な問題（例：Visitallドメイン）に対しても、このアプローチは階層的FSCsを正常に生成できた。
• 終端状態遷移（例：visit(child)）におけるアクションはしばしば不要であるが、計画ツールの制約のため保持されていることから、わずかな実装上の副作用であると示唆される。