[논문 리뷰] Hierarchical Finite State Controllers for Generalized Planning

Javier Segovia‐Aguas, Sergi Jiménez‐Martín외 1명|arXiv (Cornell University)|2019. 11. 07.

AI-based Problem Solving and Planning참고 문헌 15인용 수 12

한 줄 요약

이 논문은 계층적 유한 상태 제어기(hFSCs)를 소개하며, 제어기가 상호 호출할 수 있도록 허용함으로써 압축되고 일반화된 계획 솔루션을 가능하게 한다. 이는 재귀적 호출도 포함된다. 이 논문은 기존의 고전적 계획 문제로의 컴파일을 제안하여, 상용 계획기들이 hFSCs를 생성할 수 있게 하여, 특히 이진 트리 순회와 같은 복잡한 작업에 대해 표준 FSCs보다 훨씬 더 압축성과 모듈성을 향상시킨다.

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.

연구 동기 및 목표

• 표준 유한 상태 제어기(FSCs)가 재귀적이고 확장 가능한 일반화된 계획을 표현하는 데에 한계가 있음을 해결하기 위해.
• 일반화된 계획 문제를 위한 압축성 있고 재사용 가능하며 조합 가능한 계획 솔루션을 가능하게 하기 위해.
• 일련의 계획 문제를 하나의 고전적 계획 문제로 변환하는 컴파일을 개발하여, 그 해가 계층적 FSC가 되도록 하기 위해.
• 기존의 FSCs를 사전 지식으로 활용하여 hFSCs를 점진적이고 모듈화된 방식으로 생성할 수 있도록 하기 위해.
• 계층적 FSCs가 단일 FSCs보다 더 압축적으로 복잡한 일반화된 계획을 표현할 수 있음을 보여주기 위해.

제안 방법

• 제어기 생성의 탐색 공간을 줄이기 위해, FSC 전이 함수를 이진 분기 전용으로 재구성한다.
• 매개변수화된 호출을 허용하는 계층적 FSCs를 정의하여 재귀 실행과 모듈성을 가능하게 한다.
• 도메인의 일련의 계획 문제를 하나의 고전적 계획 문제로 매핑하는 컴파일을 도입한다.
• PDDL을 사용하여 컴파일된 문제를 표현하여, 상용 고전적 계획기를 활용해 hFSC 솔루션을 생성할 수 있도록 한다.
• 기존의 FSCs를 사전 정의된 하위-FSCs(예: 행 순회 및 열 복귀)로 활용하여, 루트 제어기만 생성함으로써 점진적 합성 가능성을 확보한다.
• 제어기의 일부를 고정하고 나머지 부분을 계획기가 완성하도록 하여 사전 지식의 통합을 가능하게 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 계층적 FSCs는 표준 FSCs보다 일반화된 계획을 더 압축적으로 표현할 수 있는가?
• RQ2 계층적 FSCs를 통해 재귀적 계획 전략을 인코딩하고 자동으로 생성할 수 있는가?
• RQ3 적절한 컴파일을 통해 고전적 계획기를 효과적으로 사용해 계층적 FSCs를 생성할 수 있는가?
• RQ4 모듈화된 하위 문제들을 활용해 계층적 FSCs를 점진적으로 합성할 수 있는가?
• RQ5 기존의 FSCs 형태의 사전 지식을 얼마나 활용하여 계층적 FSC의 정의를 완성할 수 있는가?

주요 결과

• 계층적 FSCs는 이진 트리의 깊이 우선 순회와 같이 재귀가 필요한 문제에서 표준 FSCs보다 일반화된 계획을 더 압축적으로 표현할 수 있다.
• 제안된 컴파일을 통해 상용 고전적 계획기가 PDDL로 문제를 인코딩함으로써 계층적 FSCs를 생성할 수 있다.
• 매개변수화된 인수를 가진 자기 호출 제어기를 통해 재귀적 동작이 내재적으로 지원되며, 트리 순회와 같은 문제에 대해 우아한 솔루션을 제공한다.
• 점진적 합성은 가능하다: 기본 작업(예: 행 순회)에 대한 하위-FSCs를 생성한 후 루트 제어기에 조합함으로써 확장성을 향상시킬 수 있다.
• 모노리식 FSC 생성이 시간 제한 내에서 실패하는 복잡한 문제인 Visitall 도메인에 대해서도 이 방법은 성공적으로 계층적 FSCs를 생성한다.
• 종료 상태 전이에서의 동작(예: visit(child))는 종종 불필요하지만, 계획기 제약 조건으로 인해 유지되며, 이는 약간의 구현적 특이성이다.