人工智能基礎(chǔ)07-自動(dòng)規(guī)劃系統(tǒng)20

目錄第一章緒論第二章知識(shí)表示

第三章搜索技術(shù)第四章推理技術(shù)第五章機(jī)器學(xué)習(xí)

第六章專家系統(tǒng)

第七章自動(dòng)規(guī)劃系統(tǒng)第八章自然語言理解第九章智能控制第十章人工智能程序設(shè)計(jì)7.1自動(dòng)規(guī)劃劃概述7.1..1規(guī)劃的概概念及作作用1.規(guī)劃的概概念定義7.1從某個(gè)特特定的問問題狀態(tài)態(tài)出發(fā)，，尋求一一系列行行為動(dòng)作作，并建建立一個(gè)個(gè)操作序序列，直直到求得得目標(biāo)狀狀態(tài)為止止。這個(gè)個(gè)求解過過程就稱稱為規(guī)劃。定義7.2規(guī)劃是對(duì)對(duì)某個(gè)待待求解問問題給出出求解過過程的步步驟。規(guī)規(guī)劃涉及及如何將將問題分分解為若若干相應(yīng)應(yīng)的子問問題，以以及如何何記錄和和處理問問題求解解過程中中發(fā)現(xiàn)的的各子問問題間的的關(guān)系。。定義7.3規(guī)劃系統(tǒng)統(tǒng)是一個(gè)個(gè)涉及有有關(guān)問題題求解過過程步驟驟的系統(tǒng)統(tǒng)。如計(jì)計(jì)算機(jī)或或飛機(jī)設(shè)設(shè)計(jì)、火火車或汽汽車運(yùn)輸輸路徑、、財(cái)政和和軍事規(guī)規(guī)劃等問問題。7.1自動(dòng)規(guī)劃劃概述7.1..1規(guī)劃的概概念及作作用例：救援仿真真機(jī)器人人系統(tǒng)（RoboCupRescueSimulationSystem，RCRSS）①消防智能能體②醫(yī)療智能能體③警察智能能體④普通市民民⑤中心智能能體⑥路障⑦避難所⑧著火建筑筑物⑨普通建筑筑物）7.1自動(dòng)規(guī)劃劃概述7.1..1規(guī)劃的概概念及作作用2.規(guī)劃的作作用規(guī)劃可用用來監(jiān)控控問題求求解過程程，并能能夠在造造成較大大的危害害之前發(fā)發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)錯(cuò)。規(guī)劃劃的好處處可歸納納為簡(jiǎn)化化搜索、、解決目目標(biāo)矛盾盾以及為為差錯(cuò)補(bǔ)補(bǔ)償提供供基礎(chǔ)。。

“十二五五”規(guī)劃劃、城市市規(guī)劃、、企業(yè)發(fā)發(fā)展規(guī)劃劃7.1自動(dòng)規(guī)劃劃概述7.1..2規(guī)劃的分分類和問問題分解解途徑1.規(guī)劃的分分類（1）按規(guī)劃劃內(nèi)容分分國(guó)家、地地方、重重大項(xiàng)目目、企業(yè)業(yè)、交通通、城市市、環(huán)境境…（2）按規(guī)劃劃方法分分非遞階（（非分層層）規(guī)劃劃與遞階階（分層層）規(guī)劃劃；線性性規(guī)劃與與非線性性規(guī)劃；；同步規(guī)規(guī)劃與異異步規(guī)劃劃；基于于腳本、、框架和和本體的的規(guī)劃；；基于專專家系統(tǒng)統(tǒng)的規(guī)劃劃；基于于競(jìng)爭(zhēng)機(jī)機(jī)制的規(guī)規(guī)劃；…（3）按規(guī)劃劃實(shí)質(zhì)分分任務(wù)規(guī)劃劃、路徑徑規(guī)劃、、軌跡規(guī)規(guī)劃…7.1自動(dòng)規(guī)劃劃概述7.1..2規(guī)劃的分分類和問問題分解解途徑2.問題分解解途徑把某些較較復(fù)雜的的問題分分解為一一些較小小的子問問題。有有兩條實(shí)實(shí)現(xiàn)這種種分解的的重要途途徑。第一條重重要途徑徑是當(dāng)從從一個(gè)問問題狀態(tài)態(tài)移動(dòng)到到下一個(gè)個(gè)狀態(tài)時(shí)時(shí)，無需需計(jì)算整整個(gè)新的的狀態(tài)，，而只要要考慮狀狀態(tài)中可可能變化化了的那那些部分分。第二條重重要途徑徑是把單單一的困困難問題題分割為為幾個(gè)有有希望的的較為容容易解決決的子問問題。7.1自動(dòng)規(guī)劃劃概述7.1..2規(guī)劃的分分類和問問題分解解途徑3.域的預(yù)測(cè)測(cè)和規(guī)劃劃的修正正（1）域的預(yù)預(yù)測(cè)問題論域域的預(yù)測(cè)測(cè)。對(duì)于于不可預(yù)預(yù)測(cè)的論論域，考考慮可能能的結(jié)果果集合，，按照它它們出現(xiàn)現(xiàn)的可能能性以某某個(gè)次序序排列。。然后，，產(chǎn)生一一個(gè)規(guī)劃劃、并試試圖去執(zhí)執(zhí)行這個(gè)個(gè)規(guī)劃。。（2）規(guī)劃的的修正規(guī)劃執(zhí)行行失敗導(dǎo)導(dǎo)致對(duì)規(guī)規(guī)劃的修修正。在規(guī)劃過過程中不不僅要記記錄規(guī)劃劃的執(zhí)行行步驟，，而且要要記錄每每一步必必須要執(zhí)執(zhí)行的理理由。7.2基于謂詞詞邏輯的的規(guī)劃用謂詞邏邏輯來描描述世界界模型及及規(guī)劃過過程。世界模型型的謂詞詞邏輯表表示定義謂詞詞確定問題題初始狀狀態(tài)確定問題題目標(biāo)狀狀態(tài)確定基本本操作基于謂詞詞邏輯規(guī)規(guī)劃的基基本過程程問題分解解子問題規(guī)規(guī)劃得到操作作序列7.3STRIPS規(guī)劃系統(tǒng)統(tǒng)7.3..1積木世界界的機(jī)器器人規(guī)劃劃BACCBA機(jī)械手機(jī)械手(a)(b)7.3STRIPS規(guī)劃系統(tǒng)統(tǒng)7.3..1積木世界界的機(jī)器器人規(guī)劃劃1.積木世界界的機(jī)器器人問題題機(jī)器人能能夠執(zhí)行行的動(dòng)作作舉例如下下：unstack(a,,b)：把堆放放在積木木b上的積木木a拾起。在在進(jìn)行這這個(gè)動(dòng)作作之前，，要求機(jī)機(jī)器人的的手為空空手，且且積木a的頂上是是空的。。stack(a,b))：把積積木a堆放在積積木b上。動(dòng)作作之前要要求機(jī)械械手必須須已抓住住積木a，而且積積木b頂上必須須是空的的。pickup((a)：從桌桌面上拾拾起積木木a，并抓住住它不放放。在動(dòng)動(dòng)作之前前要求機(jī)機(jī)械手為為空手，，而且積積木a頂上沒有有任何東東西。putdown(a))：把積積木a放置到桌桌面上。。要求動(dòng)動(dòng)作之前前機(jī)械手手已抓住住積木a。7.3STRIPS規(guī)劃系統(tǒng)統(tǒng)7.3..1積木世界界的機(jī)器器人規(guī)劃劃1.積木世界界的機(jī)器器人問題題狀態(tài)描述述謂詞：ON(a,b))：積木木a在積木b之上。ONTABLE(a))：積木木a在桌面上上。CLEAR(a)：積木木a頂上沒有有任何東東西。HOLDING(a))：機(jī)械械手正抓抓住積木木a。HANDEMPTY：機(jī)械械手為空空手。7.3STRIPS規(guī)劃系統(tǒng)統(tǒng)7.3..1積木世界界的機(jī)器器人規(guī)劃劃2.用F規(guī)則求解解規(guī)劃序序列采用F規(guī)則表示示機(jī)器人人的動(dòng)作作，這是是一個(gè)叫叫做STRIPS規(guī)劃系統(tǒng)統(tǒng)的規(guī)則則，它由由3部分組成成：第一部分分是先決決條件。。為了使使F規(guī)則能夠夠應(yīng)用到到狀態(tài)描描述中去去。第二部分分是一個(gè)個(gè)叫做刪刪除表的的謂詞。。當(dāng)一條條規(guī)則被被應(yīng)用于于某個(gè)狀狀態(tài)描述述或數(shù)據(jù)據(jù)庫時(shí)，，就從該該數(shù)據(jù)庫庫刪去刪刪除表的的內(nèi)容。。第三部分分叫做添添加表。。當(dāng)把某某條規(guī)則則應(yīng)用于于某數(shù)據(jù)據(jù)庫時(shí)，，就把該該添加表表的內(nèi)容容添進(jìn)該該數(shù)據(jù)庫庫。7.3STRIPS規(guī)劃系統(tǒng)統(tǒng)7.3..1積木世界界的機(jī)器器人規(guī)劃劃2.用F規(guī)則求解解規(guī)劃序序列例：move(x,,y,,z)):把物體x從物體y上面移到到物體z上面。先決條件件：CLEAR(x),CLEAR((z),,ON(x,,y)刪除表：：ON(x,y),CLEAR((z)添加表：：ON(x,z),CLEAR((y)7.3STRIPS規(guī)劃系統(tǒng)統(tǒng)7.3..2STRIPS規(guī)劃系統(tǒng)統(tǒng)STanfordResearchInstituteProblemSolver———STRIPSSTRIPS系統(tǒng)的組組成如下下：(1)世界模型型。為一一階謂詞詞演算公公式。(2)操作符(F規(guī)則)。包括先先決條件件、刪除除表和添添加表。。(3)操作方法法。應(yīng)用用狀態(tài)空空間表示示和中間間-結(jié)局分析析。規(guī)劃過程程每個(gè)STRIPS問題的解解答為某某個(gè)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)目標(biāo)的的操作符符序列，，即達(dá)到到目標(biāo)的的規(guī)劃。。7.4分層規(guī)劃劃探索規(guī)劃劃時(shí)首先先只考慮慮一層的的細(xì)節(jié)，，然后再再注意規(guī)規(guī)劃中比比這一層層低一層層的細(xì)節(jié)節(jié)，所以以把它叫叫做長(zhǎng)度度優(yōu)先搜搜索。NOAH規(guī)劃系統(tǒng)統(tǒng)1.應(yīng)用最小小約束策策略一個(gè)尋找找非線性性規(guī)劃而而不必考考慮操作作符序列列的所有有排列的的方法是是把最少少約束策策略應(yīng)用用來選擇擇操作符符執(zhí)行次次序的問問題。問題求解解系統(tǒng)NOAH采用一種種網(wǎng)絡(luò)結(jié)結(jié)構(gòu)來記記錄它所所選取的的操作符符之間所所需要的的排序。。它也分分層進(jìn)行行操作運(yùn)運(yùn)算，即即首先建建立起規(guī)規(guī)劃的抽抽象輪廓廓，然后后在后續(xù)續(xù)的各步步中，填填入越來來越多的的細(xì)節(jié)。。7.4分層規(guī)劃劃2.檢驗(yàn)準(zhǔn)則則準(zhǔn)則法已已被應(yīng)用用于各種種規(guī)劃生生成系統(tǒng)統(tǒng)。對(duì)于于早期的的系統(tǒng)，，如HACKER系統(tǒng)，準(zhǔn)準(zhǔn)則只用用于舍棄棄不滿足足的規(guī)劃劃。在NOAH系統(tǒng)中，，準(zhǔn)則被被用來提提出推定定的方法法以便修修正所產(chǎn)產(chǎn)生的規(guī)規(guī)劃。第第一個(gè)涉涉及的準(zhǔn)準(zhǔn)則是歸歸結(jié)矛盾盾準(zhǔn)則。。第二個(gè)準(zhǔn)準(zhǔn)則叫做做消除多多余先決決條件準(zhǔn)準(zhǔn)則，包包括除去去對(duì)子目目標(biāo)的多多余說明明?？梢园逊址謱右?guī)劃劃和最少少約定策策略十分分直接地地結(jié)合起起來，以以求得非非線性規(guī)規(guī)劃而不不產(chǎn)生一一個(gè)龐大大的搜索索樹。7.5基于專家家系統(tǒng)的的機(jī)器人人規(guī)劃1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)及規(guī)劃劃?rùn)C(jī)理（1）知識(shí)庫庫：用于于存儲(chǔ)某某些特定定領(lǐng)域的的專家知知識(shí)和經(jīng)經(jīng)驗(yàn)，包包括機(jī)器器人工作作環(huán)境的的世界模模型、狀狀態(tài)、物物體描述述等事實(shí)實(shí)和可行行操作或或規(guī)則等等。（2）控制策略略：包含含綜合機(jī)機(jī)理，確確定系統(tǒng)統(tǒng)應(yīng)當(dāng)應(yīng)應(yīng)用什么么規(guī)則以以及采取取什么方方式去尋尋找該規(guī)規(guī)則。（3）推理機(jī)：：用于記記憶所采采用的規(guī)規(guī)則和控控制策略略及推理理策略。。（4）知識(shí)獲獲取：首首先獲取取某特定定域的專專家知識(shí)識(shí)。然后后用程序序設(shè)計(jì)語語言把這這些知識(shí)識(shí)變換為為計(jì)算機(jī)機(jī)程序。。最后把把它們存存入知識(shí)識(shí)庫待用用。7.5基于專家家系統(tǒng)的的機(jī)器人人規(guī)劃(5)解釋與說說明：通通過用戶戶接口，，在專家家系統(tǒng)與與用戶之之間進(jìn)行行對(duì)話，，從而使使用戶能能夠輸入入數(shù)據(jù)、、提出問問題、知知道推理理結(jié)果以以及了解解推理過過程等。。2.任務(wù)級(jí)機(jī)機(jī)器人規(guī)規(guī)劃三要要素（1）建立模模型：世世界模型型。（2）任務(wù)說說明：定定義狀態(tài)態(tài)及狀態(tài)態(tài)變換次次序