人工智能基础之自动规划系统课件.ppt

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1、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。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

2、汽车运输路径、财政和军事规划等问题。,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）消防智能体 医疗智能体 警察智能体 普通市民 中心智能体 路障 避难所 着火建筑物 普通建筑物）,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,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

3、（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；（3）按规划实质分 任务规划、路径规划、轨迹规划,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。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

4、易解决的子问题。,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。,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,7.3 STRIPS规划系统

5、,7.3.1 积木世界的机器人规划,B,A,C,C,B,A,机械手,机械手,(a),(b),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

6、作之前机械手已抓住积木a。,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。,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

7、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。,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),7.3 STRIPS规划系统,7.3.2 STRIPS规划系统 STanford Research Institute Problem SolverSTRIPSSTR

8、IPS系统的组成如下：(1)世界模型。为一阶谓词演算公式。(2)操作符(F规则)。包括先决条件、删除表和添加表。(3)操作方法。应用状态空间表示和中间-结局分析。规划过程每个STRIPS问题的解答为某个实现目标的操作符序列，即达到目标的规划。,7.4 分层规划,探索规划时首先只考虑一层的细节，然后再注意规划中比这一层低一层的细节，所以把它叫做长度优先搜索。NOAH规划系统1.应用最小约束策略一个寻找非线性规划而不必考虑操作符序列的所有排列的方法是把最少约束策略应用来选择操作符执行次序的问题。问题求解系统NOAH采用一种网络结构来记录它所选取的操作符之间所需要的排序。它也分层进行操作运算，即首先

9、建立起规划的抽象轮廓，然后在后续的各步中，填入越来越多的细节。,7.4 分层规划,2.检验准则准则法已被应用于各种规划生成系统。对于早期的系统，如HACKER系统，准则只用于舍弃不满足的规划。在NOAH系统中，准则被用来提出推定的方法以便修正所产生的规划。第一个涉及的准则是归结矛盾准则。第二个准则叫做消除多余先决条件准则，包括除去对子目标的多余说明。可以把分层规划和最少约定策略十分直接地结合起来，以求得非线性规划而不产生一个庞大的搜索树。,7.5 基于专家系统的机器人规划,1.系统结构及规划机理（1）知识库：用于存储某些特定领域的专家知识和经验，包括机器人工作环境的世界模型、状态、物体描述等事

10、实和可行操作或规则等。（2）控制策略：包含综合机理，确定系统应当应用什么规则以及采取什么方式去寻找该规则。（3）推理机：用于记忆所采用的规则和控制策略及推理策略。（4）知识获取：首先获取某特定域的专家知识。然后用程序设计语言把这些知识变换为计算机程序。最后把它们存入知识库待用。,7.5 基于专家系统的机器人规划,(5)解释与说明：通过用户接口，在专家系统与用户之间进行对话，从而使用户能够输入数据、提出问题、知道推理结果以及了解推理过程等。2.任务级机器人规划三要素（1）建立模型：世界模型。（2）任务说明：定义状态及状态变换次序。（3）程序综合。3.ROPES机器人规划系统,7.6 轨迹规划简介

11、,轨迹：机械手在运动过程中的位移、速度和加速度。轨迹规划：根据任务的要求，计算出预期的轨迹。在机械手运动学和动力学基础上，讨论在关节空间和笛卡尔空间中机器人运动的轨迹规划和轨迹生成方法,7.6 轨迹规划简介,例：NAO机器人检球动作。,39、把生活中的每一天，都当作生命中的最后一天。40、机不可失，时不再来。41、就算全世界都否定我，还有我自己相信我。42、不为模糊不清的未来担忧，只为清清楚楚的现在努力。43、付出才会杰出。44、成功不是凭梦想和希望，而是凭努力和实践。45、成功这件事，自己才是老板！46、暗自伤心，不如立即行动。47、勤奋是你生命的密码，能译出你一部壮丽的史诗。48、随随便便

12、浪费的时间，再也不能赢回来。49、不要轻易用过去来衡量生活的幸与不幸！每个人的生命都是可以绽放美丽的，只要你珍惜。50、给自己定目标，一年，两年，五年，也许你出生不如别人好，通过努力，往往可以改变%的命运。破罐子破摔只能和懦弱做朋友。51、当眼泪流尽的时候，留下的应该是坚强。52、上天完全是为了坚强你的意志，才在道路上设下重重的障碍。53、没有播种，何来收获；没有辛苦，何来成功；没有磨难，何来荣耀；没有挫折，何来辉煌。54、只要路是对的，就不怕路远。55、生命对某些人来说是美丽的，这些人的一生都为某个目标而奋斗。56、浪花总是着扬帆者的路开放的。74、失败是什么？没有什么，只是更走近成功一步；

13、成功是什么？就是走过了所有通向失败的路，只剩下一条路，那就是成功的路。75、要改变命运，首先改变自己。76、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。77、在生活中，我跌倒过。我在嘲笑声中站起来，虽然衣服脏了，但那是暂时的，它可以洗净。78、没有压力的生活就会空虚；没有压力的青春就会枯萎；没有压力的生命就会黯淡。79、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有久久不会退去的余香。80、最困难的时候，就是距离成功不远了。81、知道自己要干什么，夜深人静，问问自己，将来的打算，并朝着那个方向去实现。而不是无所事事和做一些无谓的事。82、出路出路，走出去了，总是会有路的。困难苦难，困在家里

14、就是难。83、人生最大的喜悦是每个人都说你做不到，你却完成它了！84、勇士搏出惊涛骇流而不沉沦，懦夫在风平浪静也会溺水。85、生活不是林黛玉，不会因为忧伤而风情万种。86、唯有行动才能改造命运。87、即使行动导致错误，却也带来了学习与成长；不行动则是停滞与萎缩。88、光说不干，事事落空；又说又干，马到成功。89、对于每一个不利条件，都会存在与之相对应的有利条件。90、人的潜能是一座无法估量的丰富的矿藏，只等着我们去挖掘。91、要成功，不要与马赛跑，要骑在马上，马上成功。2、虚心使人进步，骄傲使人落后。3、谦虚是学习的朋友，自满是学习的敌人。4、若要精，人前听。5、喜欢吹嘘的人犹如一面大鼓，响声大腹中空。6、强中更有强中手，莫向人前自夸口。7、请教别人不折本，舌头打个滚。8、人唯虚，始能知人。满招损，谦受益。满必溢，骄必败。,