人工智能基础07-自动规划系统20

目录第一章绪论第二章知识表示

第三章搜索技术第四章推理技术第五章机器学习

第六章专家系统

第七章自动规划系统第八章自然语言理解第九章智能控制第十章人工智能程序设计7.1自动规划划概述7.1..1规划的概概念及作作用1.规划的概概念定义7.1从某个特特定的问问题状态态出发，，寻求一一系列行行为动作作，并建建立一个个操作序序列，直直到求得得目标状状态为止止。这个个求解过过程就称称为规划。定义7.2规划是对对某个待待求解问问题给出出求解过过程的步步骤。规规划涉及及如何将将问题分分解为若若干相应应的子问问题，以以及如何何记录和和处理问问题求解解过程中中发现的的各子问问题间的的关系。。定义7.3规划系统统是一个个涉及有有关问题题求解过过程步骤骤的系统统。如计计算机或或飞机设设计、火火车或汽汽车运输输路径、、财政和和军事规规划等问问题。7.1自动规划划概述7.1..1规划的概概念及作作用例：救援仿真真机器人人系统（RoboCupRescueSimulationSystem，RCRSS）①消防智能能体②医疗智能能体③警察智能能体④普通市民民⑤中心智能能体⑥路障⑦避难所⑧着火建筑筑物⑨普通建筑筑物）7.1自动规划划概述7.1..1规划的概概念及作作用2.规划的作作用规划可用用来监控控问题求求解过程程，并能能够在造造成较大大的危害害之前发发现差错错。规划划的好处处可归纳纳为简化化搜索、、解决目目标矛盾盾以及为为差错补补偿提供供基础。。

“十二五五”规划划、城市市规划、、企业发发展规划划7.1自动规划划概述7.1..2规划的分分类和问问题分解解途径1.规划的分分类（1）按规划划内容分分国家、地地方、重重大项目目、企业业、交通通、城市市、环境境…（2）按规划划方法分分非递阶（（非分层层）规划划与递阶阶（分层层）规划划；线性性规划与与非线性性规划；；同步规规划与异异步规划划；基于于脚本、、框架和和本体的的规划；；基于专专家系统统的规划划；基于于竞争机机制的规规划；…（3）按规划划实质分分任务规划划、路径径规划、、轨迹规规划…7.1自动规划划概述7.1..2规划的分分类和问问题分解解途径2.问题分解解途径把某些较较复杂的的问题分分解为一一些较小小的子问问题。有有两条实实现这种种分解的的重要途途径。第一条重重要途径径是当从从一个问问题状态态移动到到下一个个状态时时，无需需计算整整个新的的状态，，而只要要考虑状状态中可可能变化化了的那那些部分分。第二条重重要途径径是把单单一的困困难问题题分割为为几个有有希望的的较为容容易解决决的子问问题。7.1自动规划划概述7.1..2规划的分分类和问问题分解解途径3.域的预测测和规划划的修正正（1）域的预预测问题论域域的预测测。对于于不可预预测的论论域，考考虑可能能的结果果集合，，按照它它们出现现的可能能性以某某个次序序排列。。然后，，产生一一个规划划、并试试图去执执行这个个规划。。（2）规划的的修正规划执行行失败导导致对规规划的修修正。在规划过过程中不不仅要记记录规划划的执行行步骤，，而且要要记录每每一步必必须要执执行的理理由。7.2基于谓词词逻辑的的规划用谓词逻逻辑来描描述世界界模型及及规划过过程。世界模型型的谓词词逻辑表表示定义谓词词确定问题题初始状状态确定问题题目标状状态确定基本本操作基于谓词词逻辑规规划的基基本过程程问题分解解子问题规规划得到操作作序列7.3STRIPS规划系统统7.3..1积木世界界的机器器人规划划BACCBA机械手机械手(a)(b)7.3STRIPS规划系统统7.3..1积木世界界的机器器人规划划1.积木世界界的机器器人问题题机器人能能够执行行的动作作举例如下下：unstack(a,,b)：把堆放放在积木木b上的积木木a拾起。在在进行这这个动作作之前，，要求机机器人的的手为空空手，且且积木a的顶上是是空的。。stack(a,b))：把积积木a堆放在积积木b上。动作作之前要要求机械械手必须须已抓住住积木a，而且积积木b顶上必须须是空的的。pickup((a)：从桌桌面上拾拾起积木木a，并抓住住它不放放。在动动作之前前要求机机械手为为空手，，而且积积木a顶上没有有任何东东西。putdown(a))：把积积木a放置到桌桌面上。。要求动动作之前前机械手手已抓住住积木a。7.3STRIPS规划系统统7.3..1积木世界界的机器器人规划划1.积木世界界的机器器人问题题状态描述述谓词：ON(a,b))：积木木a在积木b之上。ONTABLE(a))：积木木a在桌面上上。CLEAR(a)：积木木a顶上没有有任何东东西。HOLDING(a))：机械械手正抓抓住积木木a。HANDEMPTY：机械械手为空空手。7.3STRIPS规划系统统7.3..1积木世界界的机器器人规划划2.用F规则求解解规划序序列采用F规则表示示机器人人的动作作，这是是一个叫叫做STRIPS规划系统统的规则则，它由由3部分组成成：第一部分分是先决决条件。。为了使使F规则能够够应用到到状态描描述中去去。第二部分分是一个个叫做删删除表的的谓词。。当一条条规则被被应用于于某个状状态描述述或数据据库时，，就从该该数据库库删去删删除表的的内容。。第三部分分叫做添添加表。。当把某某条规则则应用于于某数据据库时，，就把该该添加表表的内容容添进该该数据库库。7.3STRIPS规划系统统7.3..1积木世界界的机器器人规划划2.用F规则求解解规划序序列例：move(x,,y,,z)):把物体x从物体y上面移到到物体z上面。先决条件件：CLEAR(x),CLEAR((z),,ON(x,,y)删除表：：ON(x,y),CLEAR((z)添加表：：ON(x,z),CLEAR((y)7.3STRIPS规划系统统7.3..2STRIPS规划系统统STanfordResearchInstituteProblemSolver———STRIPSSTRIPS系统的组组成如下下：(1)世界模型型。为一一阶谓词词演算公公式。(2)操作符(F规则)。包括先先决条件件、删除除表和添添加表。。(3)操作方法法。应用用状态空空间表示示和中间间-结局分析析。规划过程程每个STRIPS问题的解解答为某某个实现现目标的的操作符符序列，，即达到到目标的的规划。。7.4分层规划划探索规划划时首先先只考虑虑一层的的细节，，然后再再注意规规划中比比这一层层低一层层的细节节，所以以把它叫叫做长度度优先搜搜索。NOAH规划系统统1.应用最小小约束策策略一个寻找找非线性性规划而而不必考考虑操作作符序列列的所有有排列的的方法是是把最少少约束策策略应用用来选择择操作符符执行次次序的问问题。问题求解解系统NOAH采用一种种网络结结构来记记录它所所选取的的操作符符之间所所需要的的排序。。它也分分层进行行操作运运算，即即首先建建立起规规划的抽抽象轮廓廓，然后后在后续续的各步步中，填填入越来来越多的的细节。。7.4分层规划划2.检验准则则准则法已已被应用用于各种种规划生生成系统统。对于于早期的的系统，，如HACKER系统，准准则只用用于舍弃弃不满足足的规划划。在NOAH系统中，，准则被被用来提提出推定定的方法法以便修修正所产产生的规规划。第第一个涉涉及的准准则是归归结矛盾盾准则。。第二个准准则叫做做消除多多余先决决条件准准则，包包括除去去对子目目标的多多余说明明。可以把分分层规划划和最少少约定策策略十分分直接地地结合起起来，以以求得非非线性规规划而不不产生一一个庞大大的搜索索树。7.5基于专家家系统的的机器人人规划1.系统结构构及规划划机理（1）知识库库：用于于存储某某些特定定领域的的专家知知识和经经验，包包括机器器人工作作环境的的世界模模型、状状态、物物体描述述等事实实和可行行操作或或规则等等。（2）控制策略略：包含含综合机机理，确确定系统统应当应应用什么么规则以以及采取取什么方方式去寻寻找该规规则。（3）推理机：：用于记记忆所采采用的规规则和控控制策略略及推理理策略。。（4）知识获获取：首首先获取取某特定定域的专专家知识识。然后后用程序序设计语语言把这这些知识识变换为为计算机机程序。。最后把把它们存存入知识识库待用用。7.5基于专家家系统的的机器人人规划(5)解释与说说明：通通过用户户接口，，在专家家系统与与用户之之间进行行对话，，从而使使用户能能够输入入数据、、提出问问题、知知道推理理结果以以及了解解推理过过程等。。2.任务级机机器人规规划三要要素（1）建立模模型：世世界模型型。（2）任务说说明：定定义状态态及状态态变换次次序