Planejamento automático

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O desenvolvimento de soluções para problemas não-triviais exige, primeiramente, o estudo minucioso das características intrínsecas destes problemas e determinar o conjunto de ações que quando executadas em uma sequência lógica alcançam tais soluções.Planejamento Automático é uma área da Inteligência Artificial que estuda as formas adequadas de representação do conhecimento e mecanismos eficientes que permitem a agentes inteligentes raciocinar automaticamente as soluções de problemas complexos.Técnicas de Planejamento Automático são utilizadas em diversas áreas principalmente as ligadas às Engenharias, tratando problemas que envolvem alto custo, alto risco e sujeitos a restrições.Especificamente em robótica, o Planejamento Automático é aplicado tanto na construção de planos que regem a movimentação do robô quanto em nível cognitivo, onde constitui-se no processo de raciocínio deliberativo, que promove autonomia ao agente robótico. Esta palestra tem por objetivo apresentar uma visão geral da área de Planejamento Automático, abordando as suas principais técnicas, em especial a técnica que trata problemas de planejamento como um problema de satisfazibilidade em uma fórmula em lógica proposicional.

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Planejamento automático

  1. 1. Planejamento Autom´tico a Jhonatan Alves jhonatanalves1@gmail.com 15 de outubro de 2012Jhonatan Alvesjhonatanalves1@gmail.com Planejamento Autom´tico a 15 de outubro de 2012 1 / 29
  2. 2. Sequˆncia e O problema do planejamento autom´tico a Busca no espa¸o de estados c STRIPS T´cnicas de planejamento autom´tico e a Aplica¸˜es pr´ticas co a Conclus˜es oJhonatan Alvesjhonatanalves1@gmail.com Planejamento Autom´tico a 15 de outubro de 2012 2 / 29
  3. 3. O problema do planejamento Planejamento ´ o processo de escolher um conjunto de a¸˜es e e co determinar uma sequˆncia em que elas devem ocorrer de tal modo e que um objetivo seja satisfeito. A sequˆncia em que as a¸˜es devem ocorrer ´ chamada de plano. e co eJhonatan Alvesjhonatanalves1@gmail.com Planejamento Autom´tico a 15 de outubro de 2012 3 / 29
  4. 4. O problema do planejamento Existem v´rios tipos de planejamento, onde cada tipo se aplica a um a dom´ espec´ ınio ıfico de problemas. Podemos citar, por exemplo: Planejamento Estrat´gico e Planejamento T´tico a Planejamento Operacional Planejamento Urbano Planejamento Familiar Planejamento Autom´tico aJhonatan Alvesjhonatanalves1@gmail.com Planejamento Autom´tico a 15 de outubro de 2012 4 / 29
  5. 5. O problema do planejamento Planejameno autom´tico ´ a ´rea da IA respons´vel a e a a por estudar o processo de planejamento atrav´s do uso do computador. e ´ E atribu´ a um agente, tamb´m chamado de agente planejador, a ıdo e responsabilidade de: Encontrar um plano para um problema Executar o planoJhonatan Alvesjhonatanalves1@gmail.com Planejamento Autom´tico a 15 de outubro de 2012 5 / 29
  6. 6. O problema do planejamento Formalmente, um problema de planejamento ´ defenido como: e < s0 , G , T > Onde: s0 ´ estado inicial e G ´ o objetivo e T ´ sistema de transi¸˜o de estados e caJhonatan Alvesjhonatanalves1@gmail.com Planejamento Autom´tico a 15 de outubro de 2012 6 / 29
  7. 7. O problema do planejamento O sistema de transi¸˜o de estados ´ definido como: ca e T =< S, A, γ > Onde: S = {s0 , s1 , ..., sn } ´ o conjunto de estados e A = {a0, a1, ..., am} ´ o conjunto de a¸˜es e co γ = S x A ⇒ S ´ a fun¸˜o de transi¸˜o de estados e ca caJhonatan Alvesjhonatanalves1@gmail.com Planejamento Autom´tico a 15 de outubro de 2012 7 / 29
  8. 8. O problema do planejamento A busca por plano inicia-se aplicando um conjunto de a¸˜es a partir co do estado inicial at´ que ocorra uma transi¸˜o para um estado e ca sn ≡ G , como segue: s1 = γ(s0 , a0 ), s2 = γ(s1 , a1 ), ..., sn = γ(sn−1 , am ) plano = {a0 , a1 , a2 , ..., am }Jhonatan Alvesjhonatanalves1@gmail.com Planejamento Autom´tico a 15 de outubro de 2012 8 / 29
  9. 9. Busca no Espa¸o de Estados c Busca para frente inicia-se pelo estado inicial do problema e tra¸a c por uma sequˆncia de a¸˜es que alcance o objetivo do problema e co Figura : Busca para frenteJhonatan Alvesjhonatanalves1@gmail.com Planejamento Autom´tico a 15 de outubro de 2012 9 / 29
  10. 10. Busca no Espa¸o de Estados c Busca para tr´s inicia-se pelo estado que representa o objetivo e tra¸a a c uma sequˆncia de a¸˜es que alcance o estado inicial do problema. e co Figura : Busca para tr´s aJhonatan Alvesjhonatanalves1@gmail.com Planejamento Autom´tico a 15 de outubro de 2012 10 / 29
  11. 11. Busca no Espa¸o de Estados c Para que um problema seja resolvido de modo autom´tico ´ necess´rio a e a represent´-lo em alguma linguagem de modelagem de problemas: a C´lculo Situacional a STRIPS ADL PDDLJhonatan Alvesjhonatanalves1@gmail.com Planejamento Autom´tico a 15 de outubro de 2012 11 / 29
  12. 12. STRIPS STRIPS ´ uma linguagem formal derivada da l´gica de primeira e o ordem usada para decompor problemas de planejamento autom´tico a em condi¸˜es l´gicas. co oJhonatan Alvesjhonatanalves1@gmail.com Planejamento Autom´tico a 15 de outubro de 2012 12 / 29
  13. 13. STRIPS Em STRIPS um problema ´ definido como: e < s0 , L, A, G > Onde: s0 ´ o estado inicial e L ´ o conjunto de literais e A ´ o conjunto de a¸˜es e co G ´ o objetivo eJhonatan Alvesjhonatanalves1@gmail.com Planejamento Autom´tico a 15 de outubro de 2012 13 / 29
  14. 14. STRIPS Uma a¸˜o ai possui a seguinte estrutura: ca ai : nome((a0 , a1 , ...an ), PRE, ADD, DEL) Um estado si ´ representado por uma conjun¸˜o dos literais e ca verdadeiros: si : l1 ∧, l2 ∧, . . . , ∧lnJhonatan Alvesjhonatanalves1@gmail.com Planejamento Autom´tico a 15 de outubro de 2012 14 / 29
  15. 15. STRIPS Exemplo: Um robˆ precisa mover um conjunto de blocos empilhados o sobre um superf´ ıcie.Jhonatan Alvesjhonatanalves1@gmail.com Planejamento Autom´tico a 15 de outubro de 2012 15 / 29
  16. 16. STRIPS Modelando o problema: Literais: Sobre(x,y): O bloco x est´ sobre o bloco y a Livre(x): N˜o h´ outro bloco sobre x a a A¸˜es: co Mover((x,y,z), PRE: Sobre(x,y) ∧ Livre(x) ∧ Livre(z), ADD: Sobre(x,z) DELL: ¬Sobre(x,y) ∧ ¬Livre(z))Jhonatan Alvesjhonatanalves1@gmail.com Planejamento Autom´tico a 15 de outubro de 2012 16 / 29
  17. 17. STRIPS Estado inicial: s0 : Sobre(A, B) ∧ Sobre(B, C ) ∧ Sobre(C , Mesa) ∧ Livre(A) ∧ Livre(Mesa)Jhonatan Alvesjhonatanalves1@gmail.com Planejamento Autom´tico a 15 de outubro de 2012 17 / 29
  18. 18. STRIPS Objetivo: G : Sobre(C , B) ∧ Sobre(B, A) ∧ Sobre(A, Mesa)Jhonatan Alvesjhonatanalves1@gmail.com Planejamento Autom´tico a 15 de outubro de 2012 18 / 29
  19. 19. STRIPS O robˆ escolher´ a a¸˜o que tem suas precondi¸˜es satisfeitas no o a ca co estado corrente: s0 : Sobre(A,B) ∧ Sobre(B,C) ∧ Sobre(C,Mesa) ∧ Livre(A) ∧ Livre(Mesa) Mover((A,B,Mesa),PRE: Sobre(A,B) ∧ Livre(A) ∧ Livre(Mesa),. . .) Mover((B,C,Mesa),PRE: Sobre(B,C) ∧ Livre(B) ∧ Livre(Mesa),. . .)Jhonatan Alvesjhonatanalves1@gmail.com Planejamento Autom´tico a 15 de outubro de 2012 19 / 29
  20. 20. STRIPS Aplicando a a¸˜o MOVER(A,B,Mesa) obtem-se um novo estado: ca s1 : Sobre(B,C) ∧ Sobre(A,Mesa) ∧ Sobre(C,Mesa) ∧ Livre(A) ∧ Livre(B)Jhonatan Alvesjhonatanalves1@gmail.com Planejamento Autom´tico a 15 de outubro de 2012 20 / 29
  21. 21. STRIPS Aplicando a a¸˜o MOVER(B,C,A) obtem-se um o estado: ca s2 : Sobre(B,A) ∧ Sobre(A,Mesa) ∧ Sobre(C,Mesa) ∧ Livre(B) ∧ Livre(C) ∧ Livre(Mesa)Jhonatan Alvesjhonatanalves1@gmail.com Planejamento Autom´tico a 15 de outubro de 2012 21 / 29
  22. 22. STRIPS Aplicando a a¸˜o MOVER(C,Mesa,B) obtem-se o estado: ca s3 : Sobre(C,B) ∧ Sobre(B,A) ∧ Sobre(A,Mesa) ∧ Livre(C)Jhonatan Alvesjhonatanalves1@gmail.com Planejamento Autom´tico a 15 de outubro de 2012 22 / 29
  23. 23. STRIPS A Solu¸˜o ´ a seguinte sequˆncia de a¸˜es: ca e e co Mover(A,B,Mesa) ⇒ Mover(B,C,A) ⇒ Mover(C,Mesa,B)Jhonatan Alvesjhonatanalves1@gmail.com Planejamento Autom´tico a 15 de outubro de 2012 23 / 29
  24. 24. T´cnicas de planejamento autom´tico e a Existem v´rias t´cnicas para o problema do planejamento autom´tico: a e a GRAPHPLAN SATPLANJhonatan Alvesjhonatanalves1@gmail.com Planejamento Autom´tico a 15 de outubro de 2012 24 / 29
  25. 25. Aplica¸oes pr´ticas c˜ a Uma das principais ´reas de aplica¸˜o do planejamento autom´tico ´ a ca a e a rob´tica: o Arquitetura NHC (Nested Hierarchical Controller): robˆ coleta o informa¸˜es obtidas por seus sensores e gera uma estrutura de dados co que representa o dom´ do problema. A partir do modelo o robˆ ınio o determina as a¸˜es a serem executadas. coJhonatan Alvesjhonatanalves1@gmail.com Planejamento Autom´tico a 15 de outubro de 2012 25 / 29
  26. 26. Aplica¸oes pr´ticas c˜ a NASA: desenvolveu um ambiente de planejamento autom´tico a voltado para miss˜es espaciais - ASPEN. o UFC: Planejamento autom´tico voltada a administra¸˜o de recursos a ca h´ ıdricos no Estado do Cear´ a Petrobras: em parceria com a USP est´ estudando como usar a planejamento autom´tico para otimizar problemas que exijam tempo a e recursos. INPE: junto com institutos europeus vem estudando planejamento autom´tico para testes espaciais - SPAAS aJhonatan Alvesjhonatanalves1@gmail.com Planejamento Autom´tico a 15 de outubro de 2012 26 / 29
  27. 27. Conclus˜es o Problemas de planejamento s˜o complexos. a ´ E muito importante modelar bem o problema.Jhonatan Alvesjhonatanalves1@gmail.com Planejamento Autom´tico a 15 de outubro de 2012 27 / 29
  28. 28. Conclus˜es o Planejamento autom´tico ´ uma ´rea de grande importˆncia dentro a e a a da IA. Existem v´rias competi¸˜es internacionais: a co Competi¸˜o Internacional de Planejamento (IPC) ca Conferˆncia Europ´ia de Planejamento (ECP) e e Conferˆncia Internacional de Planejamento e Escalonamento (ICAPS) eJhonatan Alvesjhonatanalves1@gmail.com Planejamento Autom´tico a 15 de outubro de 2012 28 / 29
  29. 29. Fim Obrigado! Perguntas?Jhonatan Alvesjhonatanalves1@gmail.com Planejamento Autom´tico a 15 de outubro de 2012 29 / 29

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