智能规划中领域知识的提取、推理和应用策略的研究

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智能规划是人工智能领域中的一个极其活跃的研究方向。本文首先简单介绍了智能规划的研究历史和现状,再用多种分类标准对智能规划系统进行简单分类,然后叙述了规划描述语言的发展过程,并对PDDL描述语言中主要描述子句的语法和语义进行了说明。由于STRIPS类型的规划领域是PDDL描述领域的核心部分,也是智能规划研究的经典规划类型,所以,本文选择STRIPS类型的规划领域来开展相应的研究工作。 本文研究内容主要分为二大部分:智能规划的理论研究和理论研究成果的实现。 在智能规划的理论研究部分,对任意一个规划领域,利用领域谓诃的参数属性定义谓词之间的相似关系和等价关系。根据STRIPS规划领域的特点,用谓词之间的等价关系得到实现谓词的动作集。对每个动作集,用其动作的公共前提谓词和公共效果谓词提取出隐含在动作描述中的基本领域知识:直接伴随规则、条件伴随规则和直接阻碍规则等。然后在这些基本领域知识的基础上,利用规划动作之间的相互作用和逻辑推理推导出规划领域的复合规则:间接阻碍规则和绝对阻碍规则等,并证明了有关领域知识的复合操作是封闭的。 对一些规划问题,可利用领域知识判断其“初始状态”和“目标状态”的合理性,还可对“目标状态”中谓词的实现次序进行排序。利用谓词的排序结果不仅可直接判定“目标状态”的可解性而无需进行任何求解尝试,而且还可使谓词按其应有的实现次序进行实现,从而避免产生冗余动作。 在理论研究成果的实现部分,介绍了规划器StepByStep的总体结构及其各组成部分所采用的方法和策略,定义谓词知识树来提取领域知识。在谓词知识树的基础上定义谓词规划树,并用各种策略来提高规划树的生成效率。在领域知识和谓词规划树的基础上设计出规划器StepByStep的规划策略,最后用8个规划器对三个具有代表性的基准规划领域及其规划问题进行实际的求解实验,分析了规划器StepByStep在求解效率和规划质量上的具体表现,规划器的性能直接反映了智能规划理论研究成果的可行性和有效性。实验数据表明:规划器StepByStep的规划策略对三个不同规划领域都具有很好的指导作用,验证了领域知识在规划求解过程中的实际价值。
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