[论文解读] Generalized Planning With Procedural Domain Control Knowledge

Javier Segovia‐Aguas, Sergio Jiménez+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 11, 2019

AI-based Problem Solving and Planning参考文献 28被引用 6

一句话总结

本文提出了一种利用过程化领域控制知识（DCK）进行广义规划的新方法，将DCK编译为PDDL中的可调用过程，使现成的经典规划器能够为复杂且规模可变的问题（如列表排序和二叉树的深度优先遍历）计算出紧凑且可重用的规划。该工作首次实现了原生支持嵌套和递归过程调用的PDDL实现，显著扩展了可解决的广义规划任务范围。

ABSTRACT

Generalized planning is the task of generating a single solution that is valid for a set of planning problems. In this paper we show how to represent and compute generalized plans using procedural Domain Control Knowledge (DCK). We define a {\it divide and conquer} approach that first generates the procedural DCK solving a set of planning problems representative of certain subtasks and then compile it as callable procedures of the overall generalized planning problem. Our procedure calling mechanism allows nested and recursive procedure calls and is implemented in PDDL so that classical planners can compute and exploit procedural DCK. Experiments show that an off-the-shelf classical planner, using procedural DCK as callable procedures, can compute generalized plans in a wide range of domains including non-trivial ones, such as sorting variable-size lists or DFS traversal of binary trees with variable size.

研究动机与目标

• 使经典规划器能够使用过程化领域控制知识（DCK）为复杂且规模可变的问题计算广义规划。
• 开发一种基于PDDL的编译方法，支持过程化DCK的嵌套与递归过程调用。
• 使现成的规划器能够将过程化DCK作为可重用的可调用组件使用，而无需手动编码。
• 展示利用过程化DCK与经典规划自动生成非平凡领域广义规划的可行性。

提出的方法

• 将广义规划问题表示为包含条件跳转语句、循环和过程的规划程序。
• 将广义规划任务分解为子任务，并通过求解代表性实例来生成过程化DCK。
• 使用基于栈的机制在PDDL中建模，将过程化DCK编译为可调用的过程。
• 利用PDDL的条件效应和可变事实，实现对递归与嵌套过程调用的支持。
• 使用经典规划器计算调用这些过程化DCK组件作为可重用单元的规划。
• 与先前的编译方法相比，减少了实现条件跳转指令所需的动作数量。

实验结果

研究问题

• RQ1 过程化DCK能否被自动生成并编译为PDDL中的可调用过程，以解决广义规划问题？
• RQ2 现成的经典规划器能否有效利用支持嵌套与递归调用的过程化DCK来计算广义规划？
• RQ3 与先前方法相比，所提出的编译方法在效率与可扩展性方面表现如何？
• RQ4 哪些类型的非平凡、规模可变的规划任务能够通过此过程化DCK方法解决？
• RQ5 该方法是否能无需手动编码高层状态特征，即可在多样化领域中实现泛化？

主要发现

• 该方法成功地仅使用现成的经典规划器，为复杂任务（如可变规模列表的排序和可变规模二叉树的深度优先遍历）计算出广义规划。
• 该方法在PDDL中支持嵌套与递归过程调用，实现了此前仅用单层过程调用无法实现的紧凑且可重用的解决方案。
• 实验结果表明，广义规划在多个领域（包括列表反转、排序、树/DFS、Visitall和Visual-Marker）中成功解决了所有测试实例。
• 规划时间与计划长度因领域和过程复杂度而异，其中排序领域在使用2个过程时最多需188步，使用1个递归过程时最多需165步。
• 与先前工作相比，该编译方法减少了实现条件跳转指令所需的动作数量，提升了效率。
• 该方法表明，过程化DCK可被自动生成并被经典规划器有效利用，从而在多样化且非平凡的领域中实现可扩展的广义规划。