Luận văn:Nghiên cứu planning để giải bài toán xác định lộ trình pdf

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BỘ MÔN CÔNG NGHỆ TRI THỨC LUẬN VĂN CỬ NHÂN TIN HỌC NGHIÊN CỨU PLANNING ĐỂ GIẢI BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH LỘ TRÌNH GVHD: Th.S. Nguyễn Phương Thảo SVTH: Trần Thuỷ Tiên 9912704 Trần Hồng Thái 9912071 TP. HỒ CHÍ MINH, 2003 Nghiên cứu planning để giải bài toán xác định lộ trình 1 Lời mở đầu Từ trước đến nay có rất nhiều bài toán được đặt ra, cần nghiên cứu cách giải quyết. Những bài toán khó nhất vẫn là những bài toán thực tế của cuộc sống. Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin như hiện nay, các bài toán thường được đưa vào máy tính để xử lí. Đa số các bài toán được giải quyết bằng cách áp dụng trí thông minh nhân tạo (Artificial Intelligent (AI)). Thuật ngữ “planning” được sử dụng trong AI khi bài toán là bài toán thế giới thực được gọi là AI planning. Con người thường có thói quen dự định một việc gì đó trước khi làm và hầu như con người biết có những hành động nào để đạt được những dự định đó. Để giúp máy tính làm việc như con người, nghĩa là biết những hành động nào có thể đi đến mục tiêu, ta cần cung cấp tri thức cho nó. Tri thức ở đây rất đa dạng, để máy tính “hiểu” được môi trường xung quanh nó như thế nào là việc rất khó khăn. Một máy tính có những trang thiết bị hiện đại nhất vẫn không thể cảm nhận hết những thay đổi của môi trường. Tuy nhiên, đối với một bài toán cụ thể nào đó, máy tính chỉ cần ghi nhận những tri thức liên quan. Với những tri thức đó bộ lập kế hoạch sẽ giúp máy tính biết cần hành động thế nào để đạt được mục tiêu bằng cách đưa ra những kế hoạch tương ứng lấy từ tri thức sẵn có. Trong lĩnh vực AI, lập kế hoạch là vấn đề khá mới so với nhận dạng, xử lí ảnh, xử lí ngôn ngữ, xử lí âm thanh,…đã được nghiên cứu rất nhiều. Nhưng lập kế hoạch có sức mạnh rất lớn trong việc tiếp cận và giải quyết những vấn đề thực tế trong cuộc sống như: chế tạo robot làm việc nhà: biết đi chợ, quét dọn nhà cửa,…; robot tự động làm việc ở những vị trí khá nguy hiểm cho con người như nhà cao tầng hay ngoài không gian,…Một sức mạnh khác của lập kế hoạch tạo ra những robot có thể phản ứng với những biến đổi bất thường của môi trường. Vì trong tự nhiên, chỉ có những động thực vật Nghiên cứu planning để giải bài toán xác định lộ trình 2 mới có thể làm điều này. Trong luận văn này, lập kế hoạch được sử dụng để giải quyết bài toán xác định lộ trình trong thành phố Hồ Chí Minh. Với các tri thức cần cập nhật như luật đi đường, xuất hiện các sự cố gây tắt nghẽn giao thông ở đoạn đường nào, các trường học, bệnh viện, nhà thờ, trụ sở nhà nước, cây xăng, sân vận động, rạp chiếu phim,… được đặt tại đâu. Bộ lập kế hoạch có thể giúp tìm ra những con đường tốt nhất về thời gian, tốc độ, nhiên liệu,…để đến mục tiêu với tri thức được cập nhật thường xuyên. Nghiên cứu planning để giải bài toán xác định lộ trình 3 Lời cảm ơn Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Hoài Bắc và cô Nguyễn Phương Thảo đã tận tình hướng dẫn và giúp đ ỡ chúng em trong quá trình thực hiện đề tài, cùng toàn thể quý thầy cô khoa Công nghệ thông tin trườn g Đ ạ i H ọ c Khoa Học Tự Nhiên đã tận tình chỉ bảo, tru y ền đ ạ t nhữn g kiến thức quý báo để chúng em làm hành trang vào đời. Chúng em xin chân thành cảm ơn tất cả bạn bè đã động viên và giúp đỡ vượt qua những khó khăn để hoàn thành luận văn này. Đặt biệt, chúng con xin cảm ơn các bậc cha mẹ và những người thân đã hết lòng nuôi nấn g d ạy dỗ để chún g con có được ngày hôm nay. Do còn hạn chế về nhiều mặt nên luận văn còn nhiều thiếu sót, chúng em kính mong quý thầy cô cùng b ạ n bè đóng góp ý kiến để chúng em có thể khắc phục, hoàn thiện hơn. Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 7 – 2003 Nghiên cứu planning để giải bài toán xác định lộ trình 4 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Nghiên cứu planning để giải bài toán xác định lộ trình 5 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Nghiên cứu planning để giải bài toán xác định lộ trình 6 MỤC LỤC PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TRONG LẬP KẾ HOẠCH 11 Lịch sử lập kế hoạch 12 CHƯƠNG 1:CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 16 1CÁC THUẬT NGỮ CHUNG TRONG LẬP KẾ HOẠCH 16 2BẢN CHẤT CỦA VẦN ĐỀ LẬP KẾ HOẠCH 18 3MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA LẬP KẾ HOẠCH TRONG THỰC TẾ 19 3.1. Robot sắp xếp các khối 19 3.2. Robot mua hàng hoá 20 CHƯƠNG 2:CÁC ĐỐI TƯỢNG TRONG LẬP KẾ HOẠCH 22 1 AGENT 22 1.1. Khái niệm 22 1.2. Hành động của agent 23 1.3. Agent program 26 1.4. Các yếu tố để xây dựng agent program 28 1.5. Cấu trúc agent 29 1.6. Các loại agent 30 1.6.1. Agent phản xạ đơn giản 30 1.6.2. Agent lưu vết môi trường 32 1.6.3. Agent dựa trên mục tiêu 34 1.6.4. Agent dựa trên tính hiệu quả 35 2MÔI TRƯỜNG 37 2.1. Khái niệm 37 2.2. Các loại môi trường và thuộc tính của nó 38 2.2.1. Môi trường tiếp cận được và không tiếp cận được 38 Nghiên cứu planning để giải bài toán xác định lộ trình 7 2.2.2. Môi trường xác định và không xác định 38 2.2.3. Môi trường episodic và nonepisodic 38 2.2.4. Môi trường tĩnh và động 39 2.2.5. Môi trường rời rạc và liên tục 39 CHƯƠNG 3:CÁC LÝ THUYẾT LIÊN QUAN ĐẾN LẬP KẾ HOẠCH 42 1GIẢI TOÁN BẰNG PHƯƠNG PHÁP TÌM KIẾM 42 1.1. Agent giải quyết bài toán 42 1.1.1. Mô tả 42 1.1.2. Ví dụ 43 1.1.3. Chương trình agent giải quyết bài toán đơn giản 43 1.2. Thiết lập bài toán 44 1.2.1. Các kiểu bài toán 45 1.2.1.1. Bài toán trạng thái đơn 45 1.2.1.2. Bài toán đa trạng thái 46 1.2.1.3. Bài toán ngẫu nhiên 46 1.2.1.4. Bài toán khảo sát 47 1.2.2. Định nghĩa bài toán và giải pháp 47 1.2.3. Đo mức độ thực thi của việc giải toán 48 1.2.3.1. Các phương pháp đo độ thực thi 48 1.2.3.2. Ví dụ 49 1.2.4. Chọn trạng thái và hành động 49 1.3. Tìm kiếm giải pháp 51 1.3.1. Tạo các chuỗi hành động 51 1.3.2. Cấu trúc dữ liệu của cây tìm kiếm 54 2GIỚI THIỆU NGÔN NGỮ MÔ TẢ BÀI TOÁN 56 2.1. Sự trình bày, suy luận và logic 57 Nghiên cứu planning để giải bài toán xác định lộ trình 8 2.1.1. Sự trình bày ngôn ngữ 57 2.1.2. Suy luận 59 2.2. Logic mệnh đề 60 2.2.1. Cú pháp 60 2.2.2. Ngữ nghĩa 61 2.3. Logic trật tự đầu tiên 61 2.3.1. Cú pháp và ngữ nghĩa 62 2.3.2. Các ví dụ 63 2.3.3. Lượng từ 64 2.3.4. Những ký hiệu đặt biệt trong tập hợp, danh sách và số học 65 2.3.5. Phép tính tình huống 66 CHƯƠNG 4:CÁC VẤN ĐỀ TRONG LẬP KẾ HOẠCH 69 1GIỚI THIỆU AGENT LẬP KẾ HOẠCH ĐƠN GIẢN 69 2TỪ GIẢI QUYẾT BÀI TOÁN ĐẾN LẬP KẾ HOẠCH 70 3LẬP KẾ HOẠCH SỬ DỤNG PHÉP TÍNH TÌNH HUỐNG 75 4 NGÔN NGỮ STRIPS: NGÔN NGỮ TRÌNH BÀY CƠ BẢN TRONG LẬP KẾ HOẠCH 77 4.1. Mô tả trạng thái và mục tiêu 77 4.2. Mô tả hành động 78 4.3. Không gian ngữ cảnh và không gian kế hoạch 80 4.4. Trình bày kế hoạch 81 4.5. Giải pháp 85 CHƯƠNG 5:THUẬT TOÁN PARTIAL-ORDER-PLANNING (POP) 88 1MÔ TẢ 88 1.1. Ý tưởng thuật toán 88 1.2. Chi tiết thuật toán 89 Nghiên cứu planning để giải bài toán xác định lộ trình 9 2VÍ DỤ 90 2.1. Mô tả bài toán 90 2.2. Áp dụng thuật toán POP cho bài toán 91 CHƯƠNG 6:MÔ HÌNH LẬP KẾ HOẠCH PHÂN RÃ PHÂN CẤP 100 1 PHÂN RÃ PHÂN CẤP TOÁN TỬ 100 1.1. Đặt vấn đề 100 1.2. Phân rã phân cấp là gì? 100 1.3. Ví dụ 101 1.4. Các vấn đề cần quan tâm đối với lập kế hoạch phân rã phân cấp 102 1.4.1. Mở rộng ngôn ngữ STRIPS 102 1.4.2. Thuật toán HD-POP 103 2 PHÂN TÍCH MÔ HÌNH PHÂN RÃ PHÂN CẤP 106 2.1. Giải pháp thuận và giải pháp nghịch 107 2.2. Ví dụ 110 2.3. Sự phân rã và dùng chung 112 PHẦN 2:ỨNG DỤNG LẬP KẾ HOẠCH TRONG BÀI TOÁN TÌM ĐƯỜNG ĐI 115 1GIỚI THIỆU BÀI TOÁN 115 2ÝTƯỞNG 115 3CÀI ĐẶT AGENT 116 4CÁC CHIẾN LƯỢC 116 5KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 119 5.1. Chiến lược 2 và bộ lập kế hoạch truy hồi 125 5.2. Chiến lược 3 và bộ lập kế hoạch truy hồi 131 6 SO SÁNH LẬP TRÌNH KẾ HOẠCH VÀ LẬP TRÌNH THEO LÝ THUYẾT ĐỒ THỊ 136 6.1. Thuật toán DijkstraMoore 136 [...]...Nghiên cứu planning để giải bài toán xác định lộ trình 6.2 Đối với lập trình kế hoạch 136 PHẦN 3: TỔNG KẾT 139 1 NHỮNG GÌ ĐÃ LÀM ĐƯỢC 139 2 NHỮNG GÌ CHƯA LÀM ĐƯỢC 139 3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 140 TÀI LIỆU THAM KHẢO 141 10 Nghiên cứu planning để giải bài toán xác định lộ trình PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TRONG LẬP KẾ HOẠCH... và điều khiển hay những hội nghị quốc tế về các hệ AI Planning 14 Nghiên cứu planning để giải bài toán xác định lộ trình CHƯƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1 Các thuật ngữ chung trong lập kế hoạch 2 Bản chất của vấn đề lập kế hoạch 3 Một số ứng dụng của lập kế hoạch trong thực tế 15 Nghiên cứu planning để giải bài toán xác định lộ trình CHƯƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1 CÁC THUẬT NGỮ CHUNG TRONG LẬP KẾ HOẠCH... thị mua nước tương và cà chua sao cho nhanh nhất về thời gian hay ít tốn kém nhất về tiền bạc và quay về nhà 20 Nghiên cứu planning để giải bài toán xác định lộ trình CHƯƠNG 2: CÁC ĐỐI TƯỢNG TRONG LẬP KẾ HOẠCH 1 Agent 2 Môi trường 21 Nghiên cứu planning để giải bài toán xác định lộ trình CHƯƠNG 2: CÁC ĐỐI TƯỢNG TRONG LẬP KẾ HOẠCH 1 AGENT 1.1 Khái niệm Agent là các vật có khả năng nhận thức được môi... THUẬT TOÁN PARTIAL-ORDER -PLANNING (POP) CHƯƠNG 6: MÔ HÌNH LẬP KẾ HOẠCH PHÂN RÃ PHÂN CẤP 11 Nghiên cứu planning để giải bài toán xác định lộ trình PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TRONG LẬP KẾ HOẠCH Lịch sử lập kế hoạch Nguồn gốc của AI planning một phần xuất phát từ việc giải quyết bài toán (problem solving) qua sự tìm kiếm trong không gian trạng thái và những kỹ thuật phối hợp khác như suy diễn bài toán và... khối trong bài toán sắp xếp các khối 19 Nghiên cứu planning để giải bài toán xác định lộ trình Mục tiêu là: khối C trên khối A và khối B trên bàn Hình 1.2 Mục tiêu của bài toán sắp xếp các khối Kế hoạch như sau: Nhấc B ê Đặt xuống Nhấc C ê Đặt lên khối A 3.2 Robot mua hàng hoá Có một robot đang ở nhà, chủ nhà cần mua một bếp ga, cà chua và nước tương Bộ lập kế hoạch phải lập ra kế hoạch để robot đến... hoạch để vượt qua Sussman Năm 1975, 1977, Sacerdoti đưa ra bộ lập kế hoạch NOAH đi tiên phong trong việc xây dựng những kế hoạch trật tự cục bộ, và nó được khai thác kỹ lưỡng trong hệ NONLIN của Tate (1977), và giữ lại cấu trúc khái niệm của bộ lập kế hoạch INTERPLAN NONLIN cũng là bộ lập kế 13 Nghiên cứu planning để giải bài toán xác định lộ trình hoạch đầu tiên sử dụng thuật toán rõ ràng để xác định. .. agent này có các khuyết điểm sau: a) Đối với một bài toán đơn giản agent cũng cần một bảng chỉ mục rất lớn b) Để xây dựng bảng tra, người thiết kế phải mất rất nhiều thời gian c) Agent không tự động, vì tất cả những hành động tốt nhất người thiết kế đã tính toán và xây dựng sẵn cho agent Vì vậy, nếu môi 27 Nghiên cứu planning để giải bài toán xác định lộ trình trường thay đổi trong những tình huống không... chương trình và cho phép các hành động của chương trình lựa chọn cơ quan phản ứng khi nó được tạo ra Mối quan hệ giữa agent, kiến trúc và chương trình được tóm tắt như sau: agent = kiến trúc + chương trình Khi có tri thức mới vào, agent program cập nhật chúng vào các cấu trúc dữ liệu Các cấu trúc dữ liệu này sẽ được thao tác bởi các hàm thực hiện 29 Nghiên cứu planning để giải bài toán xác định lộ trình. .. trong định nghĩa) sau đó thực hiện hành động tương ứng với luật đó Trong agent program trên, hàm CẬP NHẬT TRẠNG THÁI tạo ra sự mô tả trạng thái mới bên trong cùng với việc giải thích tri thức mới để làm rõ hơn những tri thức đang tồn tại về trạng thái, nó sử dụng thông tin về cách môi trường phát triển để lưu giữ những phần không nhìn thấy của 33 Nghiên cứu planning để giải bài toán xác định lộ trình. .. Nghiên cứu planning để giải bài toán xác định lộ trình State space - Không gian trạng thái Bao gồm những trạng thái có thể có của agent khi thực hiện hành động Đối với bài toán cụ thể, không gian trạng thái là hữu hạn Plan space - Không gian kế hoạch Chứa những kế hoạch của agent Không giống như thư viện kế hoạch, không gian kế hoạch có thể trùng lắp Vì thế không gian kế hoạch thường vô hạn Solution - Giải . động thực vật Nghiên cứu planning để giải bài toán xác định lộ trình 2 mới có thể làm điều này. Trong luận văn này, lập kế hoạch được sử dụng để giải quyết bài toán xác định lộ trình trong thành. 2003 Nghiên cứu planning để giải bài toán xác định lộ trình 1 Lời mở đầu Từ trước đến nay có rất nhiều bài toán được đặt ra, cần nghiên cứu cách giải quyết. Những bài toán khó nhất vẫn là những bài toán. THIỆU NGÔN NGỮ MÔ TẢ BÀI TOÁN 56 2.1. Sự trình bày, suy luận và logic 57 Nghiên cứu planning để giải bài toán xác định lộ trình 8 2.1.1. Sự trình bày ngôn ngữ 57 2.1.2. Suy luận 59 2.2. Logic mệnh