人工智能基础07--自动规划系统
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定义7.3 规划系统是一个涉及有关问题求解过程步骤的系 统。如计算机或飞机设计、火车或汽车运输路径、财政和军事 规划等问题。
合肥工业大学 人工智能与数据挖掘研究室
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7.1 自动规划概述
7.1.1 规划的概念及作用
例： 救援仿真机器人系统 （RoboCup Rescue Simulation System，RCRSS） ① 消防智能体 ② 医疗智能体 ③ 警察智能体 ④ 普通市民 ⑤ 中心智能体 ⑥ 路障 ⑦ 避难所 ⑧ 着火建筑物 ⑨ 普通建筑物）
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7.3 STRIPS规划系统
7.3.1 积木世界的机器人规划
机械手
C
B
A
(a)
求解机器人完成规定工作的动作序列
机械手
A B C
(b)
合肥工业大学 人工智能与数据挖掘研究室
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7.3 STRIPS规划系统
7.3.1 积木世界的机器人规划
1. 积木世界的机器人问题
机器人能够执行的动作举例如下： unstack(a,b)：把堆放在积木b上的积木a拾起。在进行这个 动作之前，要求机器人的手为空手，且积木a的顶上是空的。 stack(a,b)： 把积木a堆放在积木b上。动作之前要求机械 手必须已抓住积木a，而且积木b顶上必须是空的。 pickup(a)： 从桌面上拾起积木a，并抓住它不放。在动作 之前要求机械手为空手，而且积木a顶上没有任何东西。 putdown(a)： 把积木a放置到桌面上。要求动作之前机械 手已抓住积木a。
第二条重要途径是把单一的困难问题分割为几个有希望的 较为容易解决的子问题。
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7.1 自动规划概述
7.1.2 规划的分类和问题分解途径
3. 域的预测和规划的修正
（1）域的预测 问题论域的预测。对于不可预测的论域，考虑可能的结果 集合，按照它们出现的可能性以某个次序排列。然后，产生一 个规划、并试图去执行这个规划。 （2）规划的修正 规划执行失败导致对规划的修正。 在规划过程中不仅要记录规划的执行步骤，而且要记录每 一步必须要执行的理由。
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7.3 STRIPS规划系统
7.3.1 积木世界的机器人规划
1. 积木世界的机器人问题
状态描述谓词： ON(a,b)： 积木a在积木b之上。 ONTABLE(a)： 积木a在桌面上。 CLEAR(a)： 积木a顶上没有任何东西。 HOLDING(a)： 机械手正抓住积木a。 HANDEMPTY： 机械手为空手。
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7.3 STRIPS规划系统
7.3.1 积木世界的机器人规划
2.用F规则求解规划序列
采用F规则表示机器人的动作，这是一个叫做STRIPS规划 系统的规则，它由3部分组成：
第一部分是先决条件。为了使F规则能够应用到状态描述 中去。
第二部分是一个叫做删除表的谓词。当一条规则被应用于 某个状态描述或数据库时，就从该数据库删去删除表的内容。
第三部分叫做添加表。当把某条规则应用于某数据库时， 就把该添加表的内容添进该数据库。
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7.3 STRIPS规划系统
7.3.1 积木世界的机器人规划
2.用F规则求解规划序列
例： move(x, y, z): 把物体x从物体y上面移到物体z上面。 先决条件：CLEAR(x), CLEAR(z), ON(x,y) 删除表：ON(x, y), CLEAR(z) 添加表：ON(x, z), CLEAR(y)
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7.2 基于谓词逻辑的规划
用谓词逻辑来描述世界模型及规划过程。 世界模型的谓词逻辑表示
定义谓词 确定问题初始状态 确定问题目标状态 确定基本操作
基于谓词逻辑规划的基本过程
问题分解 子问题规划 得到操作序列
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（3）按规划实质分
任务规划、路径规划、轨迹规划…
合肥工wenku.baidu.com大学 人工智能与数据挖掘研究室
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7.1 自动规划概述
7.1.2 规划的分类和问题分解途径
2. 问题分解途径
把某些较复杂的问题分解为一些较小的子问题。有两条实 现这种分解的重要途径。
第一条重要途径是当从一个问题状态移动到下一个状态时 ，无需计算整个新的状态，而只要考虑状态中可能变化了的那 些部分。
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7.1 自动规划概述
7.1.1 规划的概念及作用
1. 规划的概念
定义7.1 从某个特定的问题状态出发，寻求一系列行为动 作，并建立一个操作序列，直到求得目标状态为止。这个求解 过程就称为规划。
定义7.2 规划是对某个待求解问题给出求解过程的步骤。 规划涉及如何将问题分解为若干相应的子问题，以及如何记录 和处理问题求解过程中发现的各子问题间的关系。
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目录
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章
绪论 知识表示 搜索技术 推理技术 机器学习 专家系统 自动规划系统 自然语言理解 智能控制 人工智能程序设计
合肥工业大学 人工智能与数据挖掘研究室
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自动规划概述 基于谓词逻辑的规划 STRIPS规划系统 分层规划 基于专家系统的机器人规划 轨迹规划简介
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7.1 自动规划概述
7.1.2 规划的分类和问题分解途径
1. 规划的分类
（1）按规划内容分
国家、地方、重大项目、企业、交通、城市、环境…
（2）按规划方法分
非递阶（非分层）规划与递阶（分层）规划；线性规划与 非线性规划；同步规划与异步规划；基于脚本、框架和本体的 规划；基于专家系统的规划；基于竞争机制的规划；…
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7.1 自动规划概述
7.1.1 规划的概念及作用
2. 规划的作用
规划可用来监控问题求解过程，并能够在造成较大的危害 之前发现差错。规划的好处可归纳为简化搜索、解决目标矛盾 以及为差错补偿提供基础。
“十二五”规划、城市规划、企业发展规划
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7.1 自动规划概述
7.1.1 规划的概念及作用
例： 救援仿真机器人系统 （RoboCup Rescue Simulation System，RCRSS） ① 消防智能体 ② 医疗智能体 ③ 警察智能体 ④ 普通市民 ⑤ 中心智能体 ⑥ 路障 ⑦ 避难所 ⑧ 着火建筑物 ⑨ 普通建筑物）
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7.3 STRIPS规划系统
7.3.1 积木世界的机器人规划
机械手
C
B
A
(a)
求解机器人完成规定工作的动作序列
机械手
A B C
(b)
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7.3 STRIPS规划系统
7.3.1 积木世界的机器人规划
1. 积木世界的机器人问题
机器人能够执行的动作举例如下： unstack(a,b)：把堆放在积木b上的积木a拾起。在进行这个 动作之前，要求机器人的手为空手，且积木a的顶上是空的。 stack(a,b)： 把积木a堆放在积木b上。动作之前要求机械 手必须已抓住积木a，而且积木b顶上必须是空的。 pickup(a)： 从桌面上拾起积木a，并抓住它不放。在动作 之前要求机械手为空手，而且积木a顶上没有任何东西。 putdown(a)： 把积木a放置到桌面上。要求动作之前机械 手已抓住积木a。
第二条重要途径是把单一的困难问题分割为几个有希望的 较为容易解决的子问题。
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7.1 自动规划概述
7.1.2 规划的分类和问题分解途径
3. 域的预测和规划的修正
（1）域的预测 问题论域的预测。对于不可预测的论域，考虑可能的结果 集合，按照它们出现的可能性以某个次序排列。然后，产生一 个规划、并试图去执行这个规划。 （2）规划的修正 规划执行失败导致对规划的修正。 在规划过程中不仅要记录规划的执行步骤，而且要记录每 一步必须要执行的理由。
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7.3.1 积木世界的机器人规划
1. 积木世界的机器人问题
状态描述谓词： ON(a,b)： 积木a在积木b之上。 ONTABLE(a)： 积木a在桌面上。 CLEAR(a)： 积木a顶上没有任何东西。 HOLDING(a)： 机械手正抓住积木a。 HANDEMPTY： 机械手为空手。
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7.3.1 积木世界的机器人规划
2.用F规则求解规划序列
采用F规则表示机器人的动作，这是一个叫做STRIPS规划 系统的规则，它由3部分组成：
第一部分是先决条件。为了使F规则能够应用到状态描述 中去。
第二部分是一个叫做删除表的谓词。当一条规则被应用于 某个状态描述或数据库时，就从该数据库删去删除表的内容。
第三部分叫做添加表。当把某条规则应用于某数据库时， 就把该添加表的内容添进该数据库。
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7.3 STRIPS规划系统
7.3.1 积木世界的机器人规划
2.用F规则求解规划序列
例： move(x, y, z): 把物体x从物体y上面移到物体z上面。 先决条件：CLEAR(x), CLEAR(z), ON(x,y) 删除表：ON(x, y), CLEAR(z) 添加表：ON(x, z), CLEAR(y)
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7.2 基于谓词逻辑的规划
用谓词逻辑来描述世界模型及规划过程。 世界模型的谓词逻辑表示
定义谓词 确定问题初始状态 确定问题目标状态 确定基本操作
基于谓词逻辑规划的基本过程
问题分解 子问题规划 得到操作序列
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（3）按规划实质分
任务规划、路径规划、轨迹规划…
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7.1 自动规划概述
7.1.2 规划的分类和问题分解途径
2. 问题分解途径
把某些较复杂的问题分解为一些较小的子问题。有两条实 现这种分解的重要途径。
第一条重要途径是当从一个问题状态移动到下一个状态时 ，无需计算整个新的状态，而只要考虑状态中可能变化了的那 些部分。
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7.1 自动规划概述
7.1.1 规划的概念及作用
1. 规划的概念
定义7.1 从某个特定的问题状态出发，寻求一系列行为动 作，并建立一个操作序列，直到求得目标状态为止。这个求解 过程就称为规划。
定义7.2 规划是对某个待求解问题给出求解过程的步骤。 规划涉及如何将问题分解为若干相应的子问题，以及如何记录 和处理问题求解过程中发现的各子问题间的关系。
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目录
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章
绪论 知识表示 搜索技术 推理技术 机器学习 专家系统 自动规划系统 自然语言理解 智能控制 人工智能程序设计
合肥工业大学 人工智能与数据挖掘研究室
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自动规划概述 基于谓词逻辑的规划 STRIPS规划系统 分层规划 基于专家系统的机器人规划 轨迹规划简介
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7.1 自动规划概述
7.1.2 规划的分类和问题分解途径
1. 规划的分类
（1）按规划内容分
国家、地方、重大项目、企业、交通、城市、环境…
（2）按规划方法分
非递阶（非分层）规划与递阶（分层）规划；线性规划与 非线性规划；同步规划与异步规划；基于脚本、框架和本体的 规划；基于专家系统的规划；基于竞争机制的规划；…
合肥工业大学 人工智能与数据挖掘研究室
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7.1 自动规划概述
7.1.1 规划的概念及作用
2. 规划的作用
规划可用来监控问题求解过程，并能够在造成较大的危害 之前发现差错。规划的好处可归纳为简化搜索、解决目标矛盾 以及为差错补偿提供基础。
“十二五”规划、城市规划、企业发展规划
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