[论文解读] Hierarchical Planning in the IPC

Daniel Höller, Gregor Behnke+5 more|arXiv (Cornell University)|Sep 10, 2019

AI-based Problem Solving and Planning参考文献 24被引用 4

一句话总结

本文为国际规划竞赛（IPC）提出了一项新的HTN（分层任务网络）规划赛道，旨在统一输入语言、基准领域和评估指标。通过引入统一的竞赛框架——包括社区贡献的领域和“自带基准”（Bring Your Own Benchmark, BYOB）模式——该赛道旨在团结HTN规划研究社区，实现公平比较，并通过标准化、可验证且表达能力强的问题集推动未来研究。

ABSTRACT

Over the last year, the amount of research in hierarchical planning has increased, leading to significant improvements in the performance of planners. However, the research is diverging and planners are somewhat hard to compare against each other. This is mostly caused by the fact that there is no standard set of benchmark domains, nor even a common description language for hierarchical planning problems. As a consequence, the available planners support a widely varying set of features and (almost) none of them can solve (or even parse) any problem developed for another planner. With this paper, we propose to create a new track for the IPC in which hierarchical planners will compete. This competition will result in a standardised description language, broader support for core features of that language among planners, a set of benchmark problems, a means to fairly and objectively compare HTN planners, and for new challenges for planners.

研究动机与目标

• 解决当前分层规划研究中缺乏标准化的问题，即规划器使用不兼容的输入语言，无法求解彼此的问题。
• 通过建立统一的输入语言和所有参赛规划器均支持的核心功能，统一HTN规划研究社区。
• 创建一套标准化的基准领域套件，包括社区提供的领域和“自带基准”（BYOB）领域，以实现规划器之间的公平、客观比较。
• 通过竞赛识别当前方法的弱点，引导未来研究方向，从而推动HTN规划的长期发展。
• 通过要求规划器输出分解轨迹，确保解决方案的可验证性，避免验证过程陷入NP完全问题。

提出的方法

• 引入一项新的IPC赛道用于HTN规划，采用基于社区共识和现有HTN形式化方法的标准化输入语言。
• 制定赛道时间表，包括领域提交截止日期、初步规划器提交和最终竞赛运行时间，与IPC日程保持一致。
• 要求所有规划器同时提交原始动作序列和分解历史，以实现高效且正确的解决方案验证。
• 实施“自带基准”（BYOB）模式，即每个规划器提交20个领域实例，最多求解其中10个，以确保领域提交的平衡性与公平性。
• 采用与经典IPC相同的配置（1个核心、8 GB内存、30分钟时间限制），以确保性能评估的一致性和可比性。
• 在最终竞赛前尽早验证初步规划器提交，以调试输入语言兼容性和输出格式正确性。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何建立一种标准化的输入语言，以统一当前使用不兼容形式化方法的HTN规划系统？
• RQ2 哪些机制能够确保在多样化领域和功能下对HTN规划器进行公平且客观的比较？
• RQ3 如何构建足够表达性的基准领域，以捕捉在经典规划中不可判定的问题，例如Post对应问题或语法交集问题？
• RQ4 “自带基准”（BYOB）模式在促进平衡、中等难度的领域提交方面发挥什么作用，从而避免偏向于特定规划器的优势？
• RQ5 在缺乏分解轨迹的情况下，解决方案验证是NP完全问题，如何实现高效且可扩展的验证？

主要发现

• 所提出的HTN IPC赛道将建立统一的输入语言和核心功能集，实现HTN规划器之间的互操作性与公平比较。
• 引入“自带基准”（BYOB）模式可确保领域提交的平衡性，避免偏向于提交规划器自身的优势。
• 早期提交初步规划器版本，可提前调试输入语言兼容性和输出格式正确性，减少最终竞赛中的技术问题。
• 将分解轨迹作为输出的一部分，可确保解决方案验证保持可处理性，避免验证过程陷入NP完全问题。
• 该赛道有望催生一套稳健、可重用的HTN规划软件核心，类似于经典规划中的Fast Downward，从而加速未来研究和应用。
• 竞赛将凸显当前HTN规划方法的弱点，为未来算法改进提供具体目标。