modelo de landmarks temporales para problemas de planificaci´on temporal altamente restringidos

224 Pages·2016·2.1 MB·Spanish

MODELO DE LANDMARKS TEMPORALES PARA
´
PROBLEMAS DE PLANIFICACION TEMPORAL
ALTAMENTE RESTRINGIDOS
Autor: Eliseo Jorge Marzal Calatayud
Directores: Dra. Dn˜a. Eva Onaind´ıa de la Rivaherrera
Dra. Dn˜a. Laura Sebasti´a Tar´ın
Departamento de Sistemas Inform´aticos y Computacio´n
Universitat Polit`ecnica de Val`encia
Valencia, Espan˜a
Diciembre 2015
ii
A mi familia.
1
1Realizado con Elfic.
iii
iv
Tabla de Contenidos
Tabla de Contenidos V
Lista de Tablas VIII
Lista de Figuras X
Agradecimientos XIII
Resumen XV
Abstract XVII
Resum XIX
1. Introducci´on 1
1.1. Antecedentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1.1. Breve resen˜a hist´orica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1.2. Perspectiva actual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2. Motivaci´on y objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3. Aportaciones de la tesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.4. Organizaci´on del trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2. La planificaci´on en Inteligencia Artificial 11
2.1. Definici´on del problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1.1. Representaci´on en planificaci´on cl´asica . . . . . . . . . . . . . 12
2.1.2. Representaci´on de un problema de planificaci´on en PDDL . . 17
2.2. Aproximaciones de planificaci´on cl´asica . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.1. Planificaci´on de Orden Parcial . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2.2. Planificaci´on basada en grafos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.2.3. Planificaci´on heur´ıstica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.3. Planificaci´on Temporal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.3.1. Modelos de acciones con duraci´on . . . . . . . . . . . . . . . 33
v
2.3.2. Representaci´on en planificaci´on temporal . . . . . . . . . . . 36
2.3.3. Evoluci´on de la planificaci´on temporal . . . . . . . . . . . . . 39
2.3.4. Planificadores temporales en la actualidad . . . . . . . . . . . 44
2.4. Restricciones temporales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.4.1. PDDL2.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.4.2. PDDL3.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.5. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3. Grafos de Landmarks STRIPS 53
3.1. Introducci´on. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.2. Ejemplo de aplicaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.3. Conceptos de landmarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.3.1. Relaciones de orden entre landmarks . . . . . . . . . . . . . . 56
3.3.2. Grafo de landmaks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.4. M´etodos para la generaci´on del grafo de landmarks . . . . . . . . . . 59
3.4.1. La aproximaci´on LM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.4.2. La aproximaci´on DL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.4.3. La aproximaci´on DTG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.4.4. La aproximaci´on Pro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.4.5. Comparativa entre estas aproximaciones . . . . . . . . . . . . 70
3.5. Aproximaci´on FULL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.6. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4. Modelo de Landmarks Temporales 83
4.1. Introducci´on. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
4.2. Problema de Planificaci´on Temporal con Restricciones . . . . . . . . 86
4.2.1. Interferencias entre literales del modelo temporal . . . . . . . 90
4.3. Modelo de Landmarks Temporales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
4.3.1. Definici´on de landmark temporal . . . . . . . . . . . . . . . . 93
4.3.2. Representaci´on de deadlines en un modelo de landmarks tem-
porales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
4.3.3. Relaciones de orden entre landmarks temporales . . . . . . . 98
4.3.4. Grafo de Landmarks Temporales . . . . . . . . . . . . . . . . 99
4.4. Construcci´on del Grafo de Landmarks Temporales . . . . . . . . . . 100
4.4.1. Paso 1: Extracci´on de landmarks y ´ordenes . . . . . . . . . . 102
4.4.2. Paso 2: Propagaci´on de la informaci´on temporal . . . . . . . 108
4.4.3. Paso 3: An´alisis de las inconsistencias temporales . . . . . . . 120
4.5. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
vi
5. TempLM: Planificador basado en Landmarks Temporales 125
5.1. Introducci´on. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
5.2. Modelo preliminar de TempLM: aproximaci´on CSP . . . . . . . . . . 126
5.3. Proceso de bu´squeda de TempLM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
5.3.1. Funci´on de evaluaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
5.3.2. Generaci´on de sucesores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
5.4. Proceso de feedback de TempLM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
5.4.1. Refinamiento del grafo de landmarks temporales . . . . . . . 141
5.4.2. Feedback V1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
5.4.3. Feedback V2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
5.5. An´alisis de la complejidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
5.6. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
6. Resultados experimentales 151
6.1. Introducci´on. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
6.2. Dominios y configuraci´on de los experimentos . . . . . . . . . . . . . 153
6.3. Comparativa I: TempLM versus OPTIC, MIPS-XXL y SGPLAN5 . . . 158
6.4. Comparativa II: beneficios de la utilizaci´on de landmarks y feedback 161
6.4.1. Problemas originales de las competiciones IPC 2004 e IPC 2006161
6.4.2. Problemas clasificados como tight . . . . . . . . . . . . . . . . 163
6.4.3. Problemas clasificados como irresolubles . . . . . . . . . . . . 166
6.4.4. Problemas no clasificados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
6.5. ComparativaIII:comparativaconunanuevaaproximaci´onqueutiliza
landmarks temporales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
6.6. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
7. Conclusiones y trabajo futuro 177
7.1. Introducci´on. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
7.2. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
7.2.1. Contribuciones de la tesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
7.2.2. Publicaciones de la tesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
7.3. Trabajos futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
A. Representaci´on de los dominios en PDDL 185
A.1. Especificaci´on del dominio depots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
A.2. Especificaci´on del problema del dominio depots del Cap´ıtulo 2 . . . . 187
A.3. Especificaci´on del problema del dominio depots del Cap´ıtulo 3 . . . . 188
Bibliograf´ıa 191
vii
´
Indice de tablas
3.1. Comparaci´on de landmarks entre las distintas aproximaciones. . . . 72
3.2. Comparaci´on de relaciones de orden entre las distintas aproximaciones. 73
3.3. Comparaci´ondeloslandmarks individualesdelamejoraproximaci´on
de la Secci´on 3.4 con las versiones de la aproximaci´on FULL. . . . . . 79
3.4. Comparaci´on de los landmarks disyuntivos de la mejor aproximaci´on
de la Secci´on 3.4 con las versiones de la aproximaci´on FULL. . . . . . 79
4.1. Representaci´on de deadlines en D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
4.2. Restricciones de orden de las restricciones PDDL3.0 . . . . . . . . . . 99
4.3. Definici´on de disa(l ,l ) y disa(l ,l ) para secuencias de una u´nica
E i j L i j
acci´on a y donde a s´olo puede tomar un valor . . . . . . . . . . . . . 111
6.1. Resumen de los resultados obtenidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
6.2. Resultados para los problemas originales de dominios de IPC 2004 e
IPC 2006. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
6.3. Resultados de problemas tight en dominios de la IPC 2002. . . . . . 163
6.4. ResultadosdeproblemastightendominiosdelaIPC 2006,IPC 2008
e IPC 2011 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
6.5. Nu´merodenodosgeneradosyexpandidosparaproblemasclasificados
como tight . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
6.6. Resultados de problemas irresolubles de dominios de la IPC 2002 . . 167
6.7. Resultados de problemas irresolubles para dominios de la IPC 2004 168
6.8. Resultados de problemas irresolubles para dominios de la IPC 2008
e IPC 2011 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
viii
6.9. Nu´mero de nodos generados y expandidos en los problemas irresolubles170
6.10.Nu´mero de problemas resueltos de cada dominio . . . . . . . . . . . 170
6.11.Nu´mero de problemas tight y loose resueltos de cada dominio . . . . 172
6.12.Nu´mero de problemas irresolubles detectados de cada dominio . . . . 172
6.13.Instancias de problemas utilizadas con el enfoque de Karpas et al. . 175
ix
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Indice de figuras
2.1. Ejemplo de un problema de transporte . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.2. Tipos para el problema de la Figura 2.1 . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.3. Predicados para el problema de la Figura 2.1 . . . . . . . . . . . . . 18
2.4. Acci´on drive para el problema de la Figura 2.1. . . . . . . . . . . . . 18
2.5. Objetos para el problema de la Figura 2.1 . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.6. Situaci´on inicial para el problema de la Figura 2.1 . . . . . . . . . . 19
2.7. Objetivo para el problema de la Figura 2.1 . . . . . . . . . . . . . . 20
2.8. Representaci´on gr´afica de una acci´on durativa . . . . . . . . . . . . . 35
2.9. Funciones para el problema de la Figura 2.1 . . . . . . . . . . . . . . 37
2.10.Acci´on durativa drive para el problema de la Figura 2.1 . . . . . . . 38
2.11.Situaci´on inicial con fluents para el problema de la Figura 2.1 . . . . 38
2.12.Situaci´on inicial con timed initial literals para el problema de la Fi-
gura 2.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.13.Restricciones de trayectoria para el problema de la Figura 2.1 . . . . 51
3.1. Ejemplo del dominio depots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.2. Ejemplo de ´ordenes razonables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.3. Grafo de landmarks del dominio depots con la aproximaci´on LM . . 65
3.4. Resumen aproximaciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.5. Aproximaci´on FULL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.6. Tiempo de computo de FULL-v3 vs LM vs DL y DTG. . . . . . . . . 80
4.1. Un problema del dominio logistics temporal . . . . . . . . . . . . . . 84
4.2. Varios planes para el problema de la Figura 4.1 . . . . . . . . . . . . 85
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