Mesterséges Intelligencia MI

Átírás

1 Mesterséges Intelligencia MI Tervkészítés Dobrowiecki Tadeusz Eredics Péter, és mások BME I.E. 437,

2 Utasítsuk a háztartási robotunkat: "Vegyél egy liter tejet, egy kiló banánt és egy akkumulátoros fúrót!" Komplexitás kérdése: O(b d ) 4-féle cselekvés, terv 10 lépésben 100-féle cselekvés, terv 50 lépésben O(4 10 ) = 10 6 O( ) = Reális-e a probléma? = gazdag cselekvéskészlet + komplex célok? Robotok valós környezetben Csapatmozgatások Gyártástervezés Űrhajó szerelése..

3 Egy hatékony tervkészítő (un. Planner) input: tervkészítési probléma = rendszer képességei, kezdeti helyzet, cél output: terv (cs1, cs2,, csn), ill. un. klasszikus tervkészítés minden véges, teljesen hozzáférhető determinisztikus, csak ágens cselekvése, ismert explicit célok, szekvenciális tervek implicit idő, off-line tervkészítés doménfüggő (konkrét feladatra kifejlesztett) konfigurálható Hierarchikus Taszk Háló doménfüggetlen STRIPS, ADL, PDDL keresés szituációk terében keresés bizonyítás transzformáció (ítéletlogikai kielégíthetőség) SAT, int. progr. keresés tervek terében részben rendezett (POP) tervgráf (Graphplan) heurisztikák hierarchikus, eshetőségi, végrehajtás és monitorozás

4 A keresés baja: a tudás nem hatékony használata Cselekvések leírása: csak a követő állapotgeneráláshoz. Állapotleírások: csak a követő állapotok generálásakor, heurisztika kiértékelésekor és a célállapot vizsgálatakor. ok leírása: csak a célállapot vizsgálatára. Tervek leírása: cselekvések végrehajtási sorrendje kötött, a kezdeti állapottól (vagy a célállapotból) indulnak Heurisztika: csak a lehetséges állapotok közül választ, de a vizsgálandó cselekvések körét nem tudja szűkíteni. Ágensnek már a kezdeti állapotban el kell döntenie, merre induljon, de gyakorlatilag semmit sem tud, merre érdemes. Alapgondolat Ha a cél része van(tej) predikátum, és pl. Vesz(Tej) cselekvéssel van(tej) teljesül, akkor célszerű olyan tervet készíteni, amelyben szerepel Vesz(Tej) cselekvés. Vesz(Tej) a terv első lépése? Utolsó lépése? Hányadik lépése legyen? Nem tudni! De a terv készítését érdemes ezzel kezdeni!

5 A tervkészítés gyakorlatiassá tétele Leíró nyelv korlátozása: logika, de korlátos, a teljes körű bizonyítás nem lesz használható. Speciális tervkészítő (planner) az általános célú tételbizonyító helyett. ca STRIPS (Stanford Research Institute Problem Solver) Állapotok, célok: függvénymentes rögzített literálok konjunkciói helyszín(otthon) van(tej) van(banán) van(fúró) Cselekvés: STRIPS operátor előfeltétel: atomi formulák konjunkciója, igaznak kell lennie az operátor alkalmazhatóságához. következmény: (poz. vagy neg.) literálok konjunkciója, megadja, hogyan változik meg a szituáció az operátor alkalmazásakor. szituációváltozó nélkül is nem monoton, mert nem teljes körű logika Fontos gondolat: ez a reprezentáció lassan beépül az Informatika egészébe (robotika, ágens kommunikációs nyelvek, információ-feldolgozó rendszerek a világhálón,

6 Szituációtér és tervtér szituációtérbeli tervkészítő progresszív tervkészítő (nagy elágazási tényező, óriási a keresési tér) Elágazási tényező csökkentése: regresszív tervkészítés: visszafelé keresés a célállapot felől. váltsunk absztrakciót és teret, menjünk oda, ahol a komplexitás kisebb!

7 Keresés a lehetséges tervek terében mit nyerünk? Indulás: egyszerű, befejezetlen, részleges (kezdetben üres ) terv. Részleges terv bővítése újabb cselekvésekkel, míg el nem érünk egy teljes tervet, amely már az egész problémát megoldja. A keresés operátorai most a terveken végezhető finomító/ módosító műveletek: - egy új cselekvés hozzáadása, cselekvés elhagyása - valamilyen rendezési feltételek előírása - egy-egy érték kötése a változókhoz, stb. A megoldás az utolsó lépésben előálló terv (azaz az ágens cselekvéssorozata, a hozzá vezető út érdektelen. Tervtérben sokkal kevesebb (tip. 5-10) a lehetséges művelet, mint az ágens cselekvéskészlete! A legkisebb megkötés elvű Részben Rendezett Tervkészítő RRT (Partial Order Planning POP) Az adott pillanatban fontos dolgokat dönti el, az összes többit később. A lépések sorrendjét nem kell mesterségesen előre rögzíteni. Ha egy gráf keletkezik, lehet azt utólag sorba rendezni, avagy linearizálni.

8 Egy terv formálisan: 1. A terv lépései: minden lépés a problémához kapcsolódó ágenscselekvés. 2. A lépések sorrendjére vonatkozó kényszerek: Si Sj Si megelőzi Sj-t, Si végrehajtásának Sj végrehajtása előtt kell megtörténnie, de nem szükségszerűen közvetlenül előtte. 3. A változó értékeinek lekötése: v = x, ahol v egy adott lépésben szereplő változó, és x egy konstans, vagy egy másik változó. 4. Okozati kapcsolatok: Si -- c --> Sj (un. védett kapcsolatok) "Si előállítja c-t Sj számára" - az egyes lépések tervbeli rendeltetését rögzítik: Si rendeltetése, hogy előállítsa Sj számára a c előfeltételét. Az eredeti probléma becsomagolása : a kezdeti üres terv a még nem megoldott problémát írja le: - fiktív Start és lépések. Egyik lépéshez sem tartozik cselekvés, a kész tervből a végrehajtása előtt elhagyandók. - Start-nak nincsenek előfeltételei, a következménye a kiinduló állapot. - lépés előfeltétele a végállapot, és nincsenek következményei.

9 Egy üres terv A tervkészítés által visszaadott megoldás: - az ágens által végrehajtható (helyes) - garantálja a cél elérését (teljes) Teljes: Minden tervbeli Sj lépés minden c előfeltétele, vagy igaz a kezdeti állapotban, vagy létezik a tervben egy olyan Si lépés, amely az Sj lépés c előfeltételét előállítja, azaz: c az Si lépés egyik következménye, és az adott előfeltételt egyetlen másik lépés sem szünteti meg: (1) Si < Sj és c Köv(Si) (2) Nincs olyan Sk lépés, melyre ( c) Köv(Sk), ahol teljesül a Si < Sk < Sj a terv bizonyos sorba rendezésében. Konzisztens: nincs benne ellentmondó sorba rendezés vagy lekötés.

10 Vissza a példához Op(Cselekvés: Következmény: Op(Cselekvés: Előfeltétel: Op(Cselekvés: Előfeltétel: Következmény: Op(Cselekvés: Előfeltétel: Következmény: Start, helyszín(otthon) árusít(szb, Fúró) árusít(éb,tej) árusít(éb, Banán)), van(fúró) van(tej) van(banán) helyszín(otthon)) Megy(ott), helyszín(itt), helyszín(ott) helyszín(itt)) Vesz(x), helyszín(bolt) árusít(bolt,x), van(x)) Start H(O) Á(SzB,F) Á(ÉB,T) Á(ÉB,B) V(F) V(T) V(B) H(O)

11 Start Az algoritmus vadászik (a) a még nem teljesített előfeltételekre, (b) a fenyegető Si < Sk < Sj beszúrt cselekvésekre (ld. a teljesség definíciója). Alkalmazott ellenszer = (a) meglévő operátorok újszerű felhasználása, új operátor hozzáadása, (b) új rendezési kényszerek (ld. a teljesség definíciója).

12 Start célállapot-teszt? beszúrás H(b) Á(b,x) V(x) x/f, b/szb

13 Start célállapot-teszt? lekötés H(SzB) Á(SzB,F) V(F)

14 Start célállapot-teszt? beszúrás lekötés H(SzB) Á(SzB,F) V(F) H(ÉB) Á(ÉB,T) Vesz(T) V(T)

15 Start célállapot-teszt? beszúrás lekötés H(SzB) Á(SzB,F) V(F) H(ÉB) Á(ÉB,T) Vesz(T) V(T) H(ÉB) Á(ÉB,B) Vesz(B) V(B)

16 újrafelhasználás Start célállapot-teszt? H(SzB) Á(SzB,F) V(F) H(ÉB) Á(ÉB,T) Vesz(T) V(T) H(ÉB) Á(ÉB,B) Vesz(B) V(B)

17 Start célállapot-teszt? beszúrás H(i) Megy(x) H(o) H(i) H(SzB) Á(SzB,F) V(F) H(ÉB) Á(ÉB,T) Vesz(T) V(T) H(ÉB) Á(ÉB,B) Vesz(B) V(B)

18 Start célállapot-teszt? lekötés H(i) Megy(SzB) H(SzB) H(i) H(SzB) Á(SzB,F) V(F) H(ÉB) Á(ÉB,T) Vesz(T) V(T) H(ÉB) Á(ÉB,B) Vesz(B) V(B)

19 Start célállapot-teszt? beszúrás lekötés H(i) Megy(SzB) H(SzB) H(i) H(i) Megy(ÉB) H(ÉB) H(i) H(SzB) Á(SzB,F) V(F) H(ÉB) Á(ÉB,T) Vesz(T) V(T) H(ÉB) Á(ÉB,B) Vesz(B) V(B)

20 Start célállapot-teszt? lekötés H(O) Megy(SzB) H(SzB) H(O) H(O) Megy(ÉB) H(ÉB) H(O) H(SzB) Á(SzB,F) V(F) H(ÉB) Á(ÉB,T) Vesz(T) V(T) H(ÉB) Á(ÉB,B) Vesz(B) V(B)

21 Start célállapot-teszt? újrafelhasználás H(O) Megy(SzB) H(SzB) H(O) H(O) Megy(ÉB) H(ÉB) H(O) H(SzB) Á(SzB,F) V(F) H(ÉB) Á(ÉB,T) Vesz(T) V(T) H(ÉB) Á(ÉB,B) Vesz(B) V(B)

22 Start célállapot-teszt? H(O) Megy(SzB) H(SzB) H(O) H(O) Megy(ÉB) H(ÉB) H(O) H(SzB) Á(SzB,F) V(F) H(ÉB) Á(ÉB,T) Vesz(T) V(T) H(ÉB) Á(ÉB,B) Vesz(B) V(B) Fenyegetés!

23 Start célállapot-teszt? H(O) Megy(SzB) H(SzB) H(O) H(O) Megy(ÉB) H(ÉB) H(O) Egy lépés következménye elrontja egy másik lépés előfeltételét. Igaz, hogy parallel ágban, de majd sorba kell rendezni. H(SzB) Á(SzB,F) És akkor ne legyen baj. H(ÉB) Á(ÉB,T) H(ÉB) Á(ÉB,B) V(F) Vesz(T) V(T) Vesz(B) V(B) Fenyegetés!

24 Védett kapcsolatok: hátramozdítás, előremozdítás

25 Start célállapot-teszt? rendezések H(O) Megy(SzB) H(SzB) H(O) H(SzB) Megy(ÉB) H(ÉB) H(SzB) H(SzB) Á(SzB,F) V(F) H(ÉB) Á(ÉB,T) Vesz(T) V(T) H(ÉB) Á(ÉB,B) Vesz(B) V(B)

26 Start célállapot-teszt? rendezések H(O) Megy(SzB) H(SzB) H(O) H(SzB) Megy(ÉB) H(ÉB) H(SzB) H(SzB) Á(SzB,F) V(F) H(ÉB) Á(ÉB,T) Vesz(T) V(T) H(ÉB) Á(ÉB,B) Vesz(B) V(B)

27 Start célállapot-teszt? H(O) Megy(SzB) H(SzB) H(O) H(SzB) Megy(ÉB) H(ÉB) H(SzB) H(SzB) Á(SzB,F) V(F) H(ÉB) Á(ÉB,T) Vesz(T) V(T) H(ÉB) Á(ÉB,B) Vesz(B) V(B) előremozdítás hátramozdítás

28 Start célállapot-teszt? beszúrás H(O) Megy(SzB) H(SzB) H(O) H(SzB) Megy(ÉB) H(ÉB) H(SzB) H(SzB) Á(SzB,F) V(F) H(ÉB) Á(ÉB,T) Vesz(T) V(T) H(ÉB) Á(ÉB,B) Vesz(B) V(B) H(x) Megy(O) H(O) H(x)

29 Start célállapot-teszt? lekötés H(O) Megy(SzB) H(SzB) H(O) H(SzB) Megy(ÉB) H(ÉB) H(SzB) H(SzB) Á(SzB,F) V(F) H(ÉB) Á(ÉB,T) Vesz(T) V(T) H(ÉB) Á(ÉB,B) Vesz(B) V(B) X = O? X = SzB? X = ÉB? H(x) Megy(O) H(O) H(x)

30 Start célállapot-teszt? lekötés H(O) Megy(SzB) H(SzB) H(O) H(SzB) Megy(ÉB) H(ÉB) H(SzB) H(SzB) Á(SzB,F) V(F) H(ÉB) Á(ÉB,T) Vesz(T) V(T) H(ÉB) Á(ÉB,B) Vesz(B) V(B) H(ÉB) Megy(O) H(O) H(ÉB)

31 Fenyegetés! Start célállapot-teszt? H(O) Megy(SzB) H(SzB) H(O) H(SzB) Megy(ÉB) H(ÉB) H(SzB) H(SzB) Á(SzB,F) V(F) H(ÉB) Á(ÉB,T) Vesz(T) V(T) H(ÉB) Á(ÉB,B) Vesz(B) V(B) H(ÉB) Megy(O) H(O) H(ÉB)

32 Start célállapot-teszt? rendezések H(O) Megy(SzB) H(SzB) H(O) H(SzB) Megy(ÉB) H(ÉB) H(SzB) H(SzB) Á(SzB,F) V(F) H(ÉB) Á(ÉB,T) Vesz(T) V(T) H(ÉB) Á(ÉB,B) Vesz(B) V(B) H(ÉB) Megy(O) H(O) H(ÉB)

33 Start célállapot-teszt! H(O) Megy(SzB) H(SzB) H(O) H(SzB) Megy(ÉB) H(ÉB) H(SzB) H(SzB) Á(SzB,F) V(F) H(ÉB) Á(ÉB,T) Vesz(T) V(T) H(ÉB) Á(ÉB,B) Vesz(B) V(B) H(ÉB) Megy(O) H(O) H(ÉB)

34 És kész is! a. Az előfeltételek elfogytak. Le kell állni. b. Minden előfeltétel biztosított más lépés által (a Start-ot) beleértve. c. Nincs nem konzisztens változólekötés. d. Minden védett kapcsolat meg van védve. Mi a terv? A lényeg a rendező kényszerek megfelelő figyelembe vétele Lépés Lépés Lépés Lépés Lépés Lépés

35 Start H(O) Megy(SzB) H(SzB) H(O) H(SzB) Megy(ÉB) H(ÉB) H(SzB) H(SzB) Á(SzB,F) V(F) H(ÉB) Á(ÉB,T) Vesz(T) V(T) H(ÉB) Á(ÉB,B) Vesz(B) V(B) H(ÉB) Megy(O) H(O) H(ÉB)

45 Start Aminek sorrendjét meg kellett kötni, az megtörtént. Megy(SzB) Megy(ÉB) De aminek sorrendjére a feladatban információ nincs, ez a tervre nincs rákényszerítve. Vesz(T) Vesz(B) és egy kérdés, amit egyelőre félreteszünk: tervkészítés közben keresés történik, de valóban milyen algoritmussal? Megy(O)

46 PDDL Planning Domain Definition Language ADL Action Description Language, Domain fogalmak, STRIPS-szerű cselekvések (define (domain ) Problem kezdeti állapot, cél állapot (define (problem...) (:domain...) (:objects...) (:init...) (:goal...)) Int. Conf. on Automated Planning and Scheduling (ICAPS) Int. Planning Competition (IPC) LPG Local search for Planning Graphs

47 Utasítsuk a háztartási robotunkat: Vegyél egy liter tejet, egy kiló banánt és egy szabályozható fordulatszámú akkumulátoros fúrót!" (define (domain fbb) (:requirements :strips) (:predicates (hely?h) (helyszin?h) (arusit?b?a)(van?v) (aru?aa)) ) (:action megy :parameters (?itt?ott) :precondition (and (hely?itt) (hely?ott) (helyszin?itt)) :effect (and (helyszin?ott) (not (helyszin?itt))) ) (:action vesz :parameters (?b?a) :precondition (and (helyszin?b) (aru?a) (arusit?b?a)) :effect (van?a) )

48 Utasítsuk a háztartási robotunkat: Vegyél egy liter tejet, egy kiló banánt és egy szabályozható fordulatszámú akkumulátoros fúrót!" (define (problem fbb) (:domain fbb) (:objects tej banan furo elelmiszer vasaru otthon) (:init (hely otthon) (hely elelmiszer) (hely vasaru) (helyszin otthon) (arusit elelmiszer banan) (arusit elelmiszer tej) (arusit vasaru furo) (aru tej) (aru banan) (aru furo)) (:goal (and (helyszin otthon) (van tej) (van banan) (van furo)) ) )

49 Utasítsuk a háztartási robotunkat: Vegyél egy liter tejet, egy kiló banánt és egy szabályozható fordulatszámú akkumulátoros fúrót!" ; Version LPG-td-1.0 ; Command line: lpg-td-1.0 -o fbb-domain.pddl -f fbb-problem.pddl -speed ; Problem fbb-problem.pddl ; Actions having STRIPS duration ; Time 0.05 ; Search time 0.01 ; Parsing time 0.02 ; Mutex time 0.00 ; Quality 6 0: (MEGY OTTHON ELELMISZER) 1: (VESZ ELELMISZER TEJ) 1: (VESZ ELELMISZER BANAN) 2: (MEGY ELELMISZER VASARU) 3: (VESZ VASARU FURO) 4: (MEGY VASARU OTTHON) ; Time 0.05 ; Search time 0.03 ; Parsing time 0.00 ; Mutex time 0.00 ; Quality 6 0: (MEGY OTTHON VASARU) 1: (VESZ VASARU FURO) 2: (MEGY VASARU ELELMISZER) 3: (VESZ ELELMISZER BANAN) 3: (VESZ ELELMISZER TEJ) 4: (MEGY ELELMISZER OTTHON)

50 Heurisztika tervkészítéshez: tervkészítési gráfok - Graphplan Lehetséges cselekvések Kezdeti állapot Kiegyenlítés (fixpont) tervgráf Kölcsönös kizárások cselekvésekben, állapotokban mutual exclusion - mutex predikátumok kiegyenlített állapot megoldás nincs predikátumok teljesülnek, és célpredikátumok mutex megoldás lehet A gráfból, mint a keresési térből, ki kell nyerni, ehhez gráf jó heurisztikát ad. A tervek keresési terének egyfajta tömör kódolása Start

51 Graphplan Cselekvés mutex-ek Inkonzisztens hatások Követk(Cs1) = Követk(Cs2) Interferencia (védett kapcsolat fenyegetése) Követk(Cs1) = Előfelt(Cs2) Versenyhelyzet Előfelt(Cs1) = Előfelt(Cs2) Állítás mutex-ek Ha nincs nem mutex cselekvés, aminek hatása lehetne

52 Graphplan Op(Cselekvés: Start Előfeltétel: - Követk: Van(Süti) Op(Cselekvés: Előfeltétel: Van(Süti) Megevett(Süti) Op(Cselekvés: Eszik(Süti) Előfeltétel: Van(Süti) Követk: Van(Süti) Megevett(Süti) Op(Cselekvés: Süt(Süti) Előfeltétel: Van(Süti) Követk: Van(Süti) 52

53 Graphplan Op(Cselekvés: Start Előfeltétel: - Követk: Van(Süti) Op(Cselekvés: Előfeltétel: Van(Süti) Megevett(Süti) Op(Cselekvés: Eszik(Süti) Előfeltétel: Van(Süti) Követk: Van(Süti) Megevett(Süti) Op(Cselekvés: Süt(Süti) Előfeltétel: Van(Süti) Követk: Van(Süti) megőrző cselekvés zárt világ tényleges cselekvés kiegyenlítés (u.a) bővítés mutex nem mutex 53

54 Graphplan Op(Cselekvés: Start Előfeltétel: - Követk: Van(Süti) Op(Cselekvés: Előfeltétel: Van(Süti) Megevett(Süti) Op(Cselekvés: Eszik(Süti) Előfeltétel: Van(Süti) Követk: Van(Süti) Megevett(Süti) Op(Cselekvés: Süt(Süti) Előfeltétel: Van(Süti) Követk: Van(Süti) Kiegyenlített állapotban igaz a cél és nem mutex = a tervet valahogy ki kell nyerni! 54

61 Graphplan LPG - Local search for Planning Graphs - tervgráf elkészítése - üres tervből indul (gráf végétől) - terv módosítás lokális kereséssel aktuális részterv környezetében - cselekvés beválasztása/kiiktatása (tervgráf alapján, tervgráf bekötéseket figyelembe véve) - heurisztika: szabad előfeltételek és még meglévő mutexek súlyozott összegéből - lokálisan szimulált lehűtés jelleg, globális optimum reményében 61

62 Tervkészítés nem determinisztikus problémakörben Végrehajtás felügyelete Egyszerű tervkészítő ágens a tervet "csukott szemmel" hajtja végre, a soron következő cselekvés kiválasztásánál nem használja föl a megfigyeléseit. Nagyon sérülékeny stratégia! - a terv végrehajtása közben bekövetkező események nyomon követése - az ágens fel tudja fedni, ha valamit elhibáz, ha közben a világ megváltozott - ezután újratervezést hajthat végre, hogy a megváltozott helyzetből az eredeti célt elérje. Monitorozás, megtorpanás, P helyett O, javítás megtervezése, javítás végrehajtása, az eredeti terv további végrehajtása újratervezési stratégiák 62

63 Érdekes előadások zh-s hetekre (nem ZH anyag) XI. 29. kedd, , E1B Bolgár Bence: "Neurális hálók állatkertje" XII. 6. kedd, , E1B Engedy István: "Mély (deep) megerősítéses tanulás alkalmazásai" XII. 7. szerda, , Q-I Mészáros Tamás: "Beszélj a robotodhoz!" XII. 7. szerda, , Q-I Pataki Béla: "Tudás és tudatlanság fúziója"