====== - Problemy planowania w języku PDDL ====== Celem laboratorium jest zapoznanie się z językiem PDDL, czyli ustandaryzowaną notacją używaną do reprezentacji problemów planowania. ===== - Preliminaria ===== Przed podejściem do tego laboratorium polecane jest wykonaniu zadań z [[http://ai.ia.agh.edu.pl/wiki/pl:dydaktyka:planning:intro|laboratorium wprowadzającego problematykę planowania]]. W szczególności należy zapoznać się i wykonać ćwiczenia z sekcji 'Program planujący'. Poniższe laboratorium stanowi niejako rozwinięcie przedstawionej tam problematyki i będzie nawiązywać do rozwiązywania problemu świata klocków przy użyciu planera STRIPS. ===== - Wprowadzenie ===== PDDL jest próbą wprowadzenie jednolitej reprezentacji wiedzy dla [[http://en.wikipedia.org/wiki/Automated_planning_and_scheduling|szczególnej klasy problemów dotyczących automatycznego planowania]]. Dziedzina problemu oraz jego poszczególne instancje są oddzielone od solverów, których zadaniem jest znalezienie ciągu akcji, który doprowadziłby w danej dziedzinie z zadanego stanu początkowego do stanu końcowego. Na reprezentację problemu w PDDL składają się dwa pliki: * plik opisujący dziedzinę * plik zawierające dane dotyczące konkretnej instancji problemu ==== - Uwagi na temat składni ==== PDDL korzysta z notacji prefiksowej inspirowanej językiem LISP (tzw. [[http://en.wikipedia.org/wiki/S-expression|S-wyrażenia]]. W uproszczeniu: każde wyrażenie o postaci ''(f a1 a2 a3)'' należy interpretować jako ''f(a1, a2, a3)'', np. ''(= ?x (+ 3 2))'' należy interpretować jako równoważne ''5 = 3 + 2''. Element S-wyrażenia poprzedzony pytajnikiem, np. ''?x'' reprezentuje zmienną, same nawiasy natomiast jedynie grupują symbol funkcyjnego z jego argumentami. W szczególności cały program LISP-owy jest S-wyrażeniem, co przekłada się na łatwe parsowanie pliku i przetwarzanie kodu (metaprogramowanie). ===== - Reprezentacja dziedziny ===== Na plik PDDL opisujący dziedzinę problemu składają się z następujące elementy: - sekcja definiująca nazwę dziedziny: - ''(define (domain ) ... )'' - sekcja opisująca, jakie konstrukcje są wykorzystywane w danym modelu. Pozwala to ustalić, czy dany solver jest w stanie przetworzyć opisywaną dziedzinę: ''(:requirements )''. Takimi konstrukcjami mogą być na przykład: - '':typing'' pozwalające na grupowanie obiektów modelu w kategoriach typów - '':equality'' pozwalające na sprawdzanie czy dwie nazwy wskazują na ten sam obiekt - '':strips'' zapewnia wsparcie dla opisywania problemów na wzór reprezentacji STRIPS - '':adl'' oznacza, że dana dziedzina wykracza poza STRIPS i korzysta z reprezentacji ADL - **opcjonalna** sekcja definiująca typy (wymaga ''typing'') - sekcja z definicjami predykatów używanych do opisywania stanu świata (podobnie jak w Prologu): ''(:predicate (sa_polaczone ?x ?y) ...)'' - sekcja opisująca dostępne akcje: ''(:action ...)''. Każda akcja opisana jest przy użyciu: - listy używanych przez akcję parametrów: '':parameters (?x ?y) - listy wymagań, które muszą być spełnione, aby dana akcja mogła być wykonana: '':preconditions () - listy efektów wykonania danej akcji: '':effects (?efekt1, ?efekt2)'' ==== Ćwiczenie ==== Bazując na definicji problemu świata klocków, zapisanej przy użyciu Prologu (patrz: preliminaria), proszę uzupełnić poniższy model o trzy brakujące akcje: (define (domain blocksworld) (:requirements :strips) ; wymagany STRIPS (:predicates (on ?x ?y) ; klocek ?x na klocku ?y (ontable ?x) ; klocek ?x na stole (clear ?x) ; na klocku ?x nic nie lezy (handempty) ; ramie robota jest puste (holding ?x) ; ramie robota trzyma ?x ) (:action pick-up ; akcja "podnies ze stolu" :parameters (?block) :precondition (and (clear ?block) (ontable ?block) (handempty)) :effect (and (not (ontable ?block)) (not (clear ?block)) (not (handempty)) (holding ?block))) ; akcja "postaw na stole" ; akcja "postaw klocek A na klocku B" ; akcja "zdejmij klocek A z klocka B" ) ===== - Reprezentacja instancji problemu ===== Drugi plik PDDL opisuje konkretną instancję problemu, składają się na niego: - sekcja definiująca nazwę problemu: ''(define (problem ) ... )'' - sekcja opisująca, do jakiej dziedziny należy dany problem: ''(:domain )'' - sekcja opisująca obiekty (możliwe argumenty predykatów) z danego problemu: ''(:objects a1 a2 a3 ...)'' - sekcja opisująca zawierająca listę faktów prawdziwych w początkowym stanie świata: ''(:init (predykat argument) ...)'' - sekcja opisująca oczekiwany stan świata: ''(:goal (predykat argument))'' ==== - Ćwiczenie ==== Na podstawie poniższego przykładu: (define (problem easy) (:domain blocksworld) (:objects a b c) (:init (ontable a) (ontable b) (ontable c) (clear a) (clear b) (clear c) (handempty)) (:goal (and (on b c) (on a b))) ) Proszę przepisać na PDDL dwa trudniejsze przykłady z Prologowej implementacji STRIPS - patrz: preliminaria. ===== - Automatyczne rozwiązywanie problemów zapisanych w PDDL ===== Jeżeli używasz laptopa w sali C2 316, solver Fast Forward powinien już być zainstalowany i dodany do ścieżki PATH. Zatem wpisanie ''ff'' w konsoli powinno wystarczyć. - Proszę pobrać solver {{:pl:dydaktyka:krr:ff.zip|Fast Forward}} (więcej o solverze i jego wynikach na [[https://fai.cs.uni-saarland.de/hoffmann/ff.html|jego stronie domowej]]). Archiwum ''FF.zip'' zawiera katalog z plikami źródłowymi oraz plik binarny skompilowany na Ubuntu 64bit (powinno działać na serwerze uczelnianym). W razie potrzeby kompilacja wymaga zainstalowania narzędzi [[http://dinosaur.compilertools.net/|''flex'' oraz ''bison'']] i przebiega poprzez wykonanie kolejno: - ''make veryclean'' - ''make'' - Proszę uruchomić wyniki prac z poprzednich ćwiczeń. Solver jest wywoływany poprzez komendę: * ''./ff -o -f '' - Proszę porównać wydajność solvera do rozwiązania Prologowego z poprzedniego laboratorium - patrz: preliminaria. ===== - Typowanie ===== Poprzez dopisanie '':typing'' w sekcji '':requirements'' można rozszerzyć możliwości języka PDDL o dodanie typów do istniejących obiektów, czy też parametrów akcji. Można w ten sposób małym kosztem wyeliminować dużą liczbę nielegalnych akcji. Typy definiowane są po sekcji '':requirements'' poprzez dopisanie: ''(:types nazwa1 nazwa2 ...)'' dla typów o nazwach ''nazwa1'', ''nazwa2'', etc. Następnie każdy parametr predykatu i akcji musi zostać opatrzony odpowiednią adnotacją określającą jego typ, np. ''?x - typ'' oznacza, że parametr ''?x'' musi być typu ''typ'' w danej akcji lub predykacie. Podobnie w definicji instancji problemu należy wszystkie obiekty opatrzyć odpowiednimi adnotacjami (''- typ'' określającymi ich typ. ==== - Ćwiczenie ==== Proszę uzupełnić pliki świata klocków o adnotacje i przetestować, czy nadal wszystko działa. Czy jesteś w stanie zasymulować typowanie bez dodawania konstrukcji '':typing''? Jak można byłoby tego dokonać w Prologu? ==== - Wieże Hanoi ==== Mając już przetestowaną reprezentację problemu świata klocków, proszę zgeneralizować problem dodając do niego dwa dodatkowe elementy: - na stole jest ograniczona liczba miejsc, na których można położyć klocek - żeby położyć klocek A na klocku B, wymagane jest, aby klocek B był większy od klocka A Uwagi: * nie jest wymagane, aby w problemie istniał tylko jeden klocek danego rozmiaru * na początku można przyjąć, ze liczba miejsc na stole jest stała i wynosi, np. 3. * można również założyć, że istnieje określona liczba klocków * następnie należy jednak zgeneralizować model, tak by obsługiwał różną liczbę wolnych miejsc i klocków zdefiniowaną w pliku instancji problemu ===== - Action Description Language ===== Reprezentacja STRIPS jest bardzo ograniczona i, aby rozszerzyć warunki akcji o nowe konstrukcje, należy dopisać w sekcji '':requirements'' dopisać dodatkowe wymaganie '':adl''. [[http://en.wikipedia.org/wiki/Action_description_language#Comparison_between_STRIPS_and_ADL|ADL]] różni się od STRIPS w kilku zasadniczych względach, m.in.: * wspierane są warunki [[http://pl.wikipedia.org/wiki/Rachunek_predykat%C3%B3w_pierwszego_rz%C4%99du|pierwszego rzędu]] (w praktyce oznacza to dodanie kwantyfikatorów do języka): ''(forall (?x1 ?x1 ...) ) (exists (?x1 ?x2 ...) )'' * warunki mogą zawierać negatywne literały: ''(not )'' * warunki mogą zawierać alternatywy: ''(or )'' * [[http://en.wikipedia.org/wiki/Closed-world_assumption|świat jest otwarty]] (w STRIPSie, tak samo jak w Prologu [[http://en.wikipedia.org/wiki/Closed-world_assumption|świat jest zamknięty]]) ==== - Ćwiczenia ==== - w definicji dziedziny świata klocków należy przy pomocy konstrukcji ADL wyeliminować ''clear''.