Planejamento Automático com STRIPS

Planejamento Autom´tico
a

Jhonatan Alves
jhonatanalves1@gmail.com

15 de outubro de 2012

Jhonatan Alvesjhonatanalves1@gmail.com Planejamento Autom´tico
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Sequˆncia
e

O problema do planejamento autom´tico
a
Busca no espa¸o de estados
c
STRIPS
T´cnicas de planejamento autom´tico
e a
Aplica¸˜es pr´ticas
co a
Conclus˜es
o


O problema do planejamento

Planejamento ´ o processo de escolher um conjunto de a¸˜es e
e co
determinar uma sequˆncia em que elas devem ocorrer de tal modo
e
que um objetivo seja satisfeito.

A sequˆncia em que as a¸˜es devem ocorrer ´ chamada de plano.
e co e



Existem v´rios tipos de planejamento, onde cada tipo se aplica a um
a
dom´ espec´
ınio ıﬁco de problemas. Podemos citar, por exemplo:
Planejamento Estrat´gico
e
Planejamento T´tico
a
Planejamento Operacional
Planejamento Urbano
Planejamento Familiar
Planejamento Autom´tico
a



Planejameno autom´tico ´ a ´rea da IA respons´vel
a e a a
por estudar o processo de planejamento atrav´s do uso do computador.
e

´
E atribu´ a um agente, tamb´m chamado de agente planejador, a
ıdo e
responsabilidade de:
Encontrar um plano para um problema
Executar o plano



Formalmente, um problema de planejamento ´ defenido como:
e

< s0 , G , T >

Onde:
s0 ´ estado inicial
e
G ´ o objetivo
e
T ´ sistema de transi¸˜o de estados
e ca



O sistema de transi¸õ de estados ´ definido como:
ca e

T =< S, A, γ >

Onde:
S = {s0 , s1 , ..., sn } ´ o conjunto de estados
e
A = {a0, a1, ..., am} ´ o conjunto de a¸˜es
e co
γ = S x A ⇒ S ´ a fun¸õ de transi¸õ de estados
e ca ca



A busca por plano inicia-se aplicando um conjunto de a¸˜es a partir
co
do estado inicial at´ que ocorra uma transi¸˜o para um estado
e ca
sn ≡ G , como segue:

s1 = γ(s0 , a0 ), s2 = γ(s1 , a1 ), ..., sn = γ(sn−1 , am )
plano = {a0 , a1 , a2 , ..., am }


Busca no Espa¸o de Estados
c

Busca para frente inicia-se pelo estado inicial do problema e tra¸a
c
por uma sequˆncia de a¸˜es que alcance o objetivo do problema
e co

Figura : Busca para frente


c

Busca para tr´s inicia-se pelo estado que representa o objetivo e tra¸a
a c
uma sequˆncia de a¸˜es que alcance o estado inicial do problema.
e co

Figura : Busca para tr´s
a

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c

Para que um problema seja resolvido de modo autom´tico ´ necess´rio
a e a
represent´-lo em alguma linguagem de modelagem de problemas:
a
C´lculo Situacional
a
STRIPS
ADL
PDDL

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STRIPS

STRIPS ´ uma linguagem formal derivada da l´gica de primeira
e o
ordem usada para decompor problemas de planejamento autom´tico
a
em condi¸˜es l´gicas.
co o

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STRIPS

Em STRIPS um problema ´ deﬁnido como:
e

< s0 , L, A, G >
Onde:
s0 ´ o estado inicial
e
L ´ o conjunto de literais
e
A ´ o conjunto de a¸˜es
e co
G ´ o objetivo
e

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STRIPS

Uma a¸˜o ai possui a seguinte estrutura:
ca

ai : nome((a0 , a1 , ...an ), PRE, ADD, DEL)

Um estado si ´ representado por uma conjun¸˜o dos literais
e ca
verdadeiros:

si : l1 ∧, l2 ∧, . . . , ∧ln

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STRIPS

Exemplo: Um robˆ precisa mover um conjunto de blocos empilhados
o
sobre um superf´
ıcie.

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STRIPS

Modelando o problema:

Literais:
Sobre(x,y): O bloco x est´ sobre o bloco y
a
Livre(x): N˜o h´ outro bloco sobre x
a a

A¸˜es:
co
Mover((x,y,z),
PRE: Sobre(x,y) ∧ Livre(x) ∧ Livre(z),
ADD: Sobre(x,z)
DELL: ¬Sobre(x,y) ∧ ¬Livre(z))

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STRIPS

Estado inicial:
s0 :
Sobre(A, B) ∧ Sobre(B, C ) ∧ Sobre(C , Mesa) ∧ Livre(A) ∧ Livre(Mesa)

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STRIPS

Objetivo:
G : Sobre(C , B) ∧ Sobre(B, A) ∧ Sobre(A, Mesa)

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STRIPS

O robˆ escolher´ a a¸˜o que tem suas precondi¸˜es satisfeitas no
o a ca co
estado corrente:

s0 : Sobre(A,B) ∧ Sobre(B,C) ∧ Sobre(C,Mesa) ∧ Livre(A) ∧
Livre(Mesa)

Mover((A,B,Mesa),PRE: Sobre(A,B) ∧ Livre(A) ∧
Livre(Mesa),. . .)

Mover((B,C,Mesa),PRE: Sobre(B,C) ∧ Livre(B) ∧
Livre(Mesa),. . .)

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STRIPS

Aplicando a a¸˜o MOVER(A,B,Mesa) obtem-se um novo estado:
ca

s1 : Sobre(B,C) ∧ Sobre(A,Mesa) ∧ Sobre(C,Mesa) ∧ Livre(A) ∧
Livre(B)

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STRIPS

Aplicando a a¸˜o MOVER(B,C,A) obtem-se um o estado:
ca

s2 : Sobre(B,A) ∧ Sobre(A,Mesa) ∧ Sobre(C,Mesa) ∧ Livre(B) ∧
Livre(C) ∧ Livre(Mesa)

a 15 de outubro de 2012 21 / 29

STRIPS

Aplicando a a¸˜o MOVER(C,Mesa,B) obtem-se o estado:
ca

s3 : Sobre(C,B) ∧ Sobre(B,A) ∧ Sobre(A,Mesa) ∧ Livre(C)

a 15 de outubro de 2012 22 / 29

STRIPS

A Solu¸˜o ´ a seguinte sequˆncia de a¸˜es:
ca e e co
Mover(A,B,Mesa) ⇒ Mover(B,C,A) ⇒ Mover(C,Mesa,B)

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T´cnicas de planejamento autom´tico
e a

Existem v´rias t´cnicas para o problema do planejamento autom´tico:
a e a

GRAPHPLAN
SATPLAN

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Aplica¸oes pr´ticas
c˜ a

Uma das principais ´reas de aplica¸˜o do planejamento autom´tico ´
a ca a e
a rob´tica:
o
Arquitetura NHC (Nested Hierarchical Controller): robˆ coleta
o
informa¸˜es obtidas por seus sensores e gera uma estrutura de dados
co
que representa o dom´ do problema. A partir do modelo o robˆ
ınio o
determina as a¸˜es a serem executadas.
co

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Aplica¸oes pr´ticas
c˜ a

NASA: desenvolveu um ambiente de planejamento autom´tico
a
voltado para miss˜es espaciais - ASPEN.
o
UFC: Planejamento autom´tico voltada a administra¸˜o de recursos
a ca
h´
ıdricos no Estado do Cear´
a
Petrobras: em parceria com a USP est´ estudando como usar
a
planejamento autom´tico para otimizar problemas que exijam tempo
a
e recursos.
INPE: junto com institutos europeus vem estudando planejamento
autom´tico para testes espaciais - SPAAS
a

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Conclus˜es
o

Problemas de planejamento s˜o complexos.
a
´
E muito importante modelar bem o problema.

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Conclus˜es
o

Planejamento autom´tico ´ uma ´rea de grande importˆncia dentro
a e a a
da IA.
Existem v´rias competi¸˜es internacionais:
a co
Competi¸˜o Internacional de Planejamento (IPC)
ca
Conferˆncia Europ´ia de Planejamento (ECP)
e e
Conferˆncia Internacional de Planejamento e Escalonamento (ICAPS)
e

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Fim

Obrigado! Perguntas?

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