Modelo de landmarks temporales para problemas de planificación temporal altamente restringidos

Abstract

[EN] Automated temporal planning deals with the construction of plans for problems specified with durative actions of possibly different duration. The goal of temporal planning is to select and schedule the actions so as to achieve the problem goals, and the optimality criteria is the plan makespan. However, many real-word application define goals with time constraints which may not be satisfied with the plan of optimal makespan.

The 2006 International Planning Competition introduced the PDDL3.0 language and organized the first and only track in planning with state trajectory constraints, including time restrictions, soft constraints and preferences. Particularly, four domains that feature deadline constraints were tested at the IPC and two planners participated in such competition although no one exhibited a good performance or fully-correction in the fulfillment of deadlines. An early detection of unsolvability in temporal planning problems, specifically those with strict deadlines, is crucial for avoiding an unfruitful exploration of the search space. And this is precisely the objective of this PhD dissertation.

This work contributes with a temporal landmark-based model embedded into a temporal planner that allows for a rapid and eficient identification of unsolvable problems with deadline constraints. Our model incorporates the basic model operators of PDDL3.0 for defining temporal constraints and extends the STRIPS landmark concept to a temporal context. A temporal landmark is associated to three intervals that denote the time frame of the generation, validity and necessity of the landmark in the plan, respectively. The set of temporal landmarks of a problem along with their ordering relations and temporal restrictions define a temporal landmark graph which comprises the relationships that must exist between the literals of a solution plan and, therefore, between the corresponding actions. As long as new data is incorporated in the graph, the landmarks intervals are updated and propagated accordingly, thus reflecting a more accurate picture of a solution plan.

The temporal landmark model is integrated in a domain-independent temporal planner named TempLM. During the search process, TempLM uses the temporal landmark graph to prune those partial plans of the search tree that are not compliant with the information of the graph. Additionally, we present a further improvement by which a feedback routine between the landmarks graph and the plan of a node tree is established. This process is used to refine the information of the graph and likewise narrow the search.

In the experimental evaluation, we show the effectiveness of the proposed approach for detecting unsolvability and solving temporal planning problems with tight deadline constraints.

[ES] El objetivo de la planificación temporal automática es la construcción de planes con acciones de diferente duración que necesitan ser programadas adecuadamente con el fin de conseguir los objetivos del problema. En planificación temporal, la optimalidad se mide como la duración del plan más corto. Sin embargo, en muchos problemas del mundo real es necesario gestionar restricciones temporales asociadas a los objetivos del problema que pueden no satisfacerse con el plan de menor duración. En la Competición Internacional de Planificación del año 2006 se presentó el lenguaje PDDL3.0 y se realizó la primera y única competición de planificadores con gestión de restricciones de trayectorias de estado y preferencias. Concretamente, en esta IPC se probaron cuatro dominios con restricciones temporales donde los objetivos deben satisfacerse dentro de un límite de tiempo establecido o deadline. Dos planificadores participaron en esta competición aunque ninguno presentó un buen comportamiento respecto al cumplimiento de los deadlines. En este tipo de problemas, especialmente cuando se trata de problemas altamente restringidos, es crucial detectar la irresolubilidad de los mismos lo antes posible, y en este punto es donde se establece nuestro objetivo.

Este trabajo de tesis presenta un modelo de landmarks temporales que permite identificar rápida y eficientemente la irresolubilidad de problemas de planificación con restricciones. Nuestro modelo incorpora las restricciones temporales del lenguaje PDDL3.0 y extiende el concepto de landmark STRIPS al contexto temporal. A cada landmark temporal se le asocian tres tipos de intervalos que se actualizan y propagan de acuerdo a las relaciones de orden y restricciones temporales entre ellos. Los landmarks temporales junto con sus relaciones de orden y restricciones temporales forman un grafo de landmarks temporales donde se sintetiza las relaciones que existen entre los literales de un plan solución y, consecuentemente, entre sus correspondientes acciones. Cuando se añade nueva información al grafo, se actualizan y propagan los intervalos de los landmarks, reflejando una imagen más precisa del plan solución.

Posteriormente, el modelo de landmarks temporales se integra en un planificador temporal heurístico independiente del dominio denominado TempLM. TempLM utiliza toda la información extraída del problema para podar los planes parciales en el árbol de búsqueda que no son compatibles con la información del grafo de landmarks temporales. Además, se dispone de un proceso de retroalimentación entre el grafo de landmarks temporales y el proceso de búsqueda de un plan solución que permite enriquecer el grafo y, asimismo, acotar el espacio de búsqueda.

Los resultados experimentales muestran que esta aproximación detecta rápidamente problemas irresolubles y también es muy efectiva para resolver problemas con restricciones muy ajustadas.

[CA] L'objectiu de la planificació temporal automàtica és la construcció de plans amb accions de diferent durada que necessiten ser programades adequadament amb la finalitat d'aconseguir els objectius del problema. En planificació temporal, l'optimitat es mesura com la durada del pla més curt. No obstant açò, en molts problemas del món real és necessari gestionar restriccions temporals associades als objectius del problema que poden no satisfer-se amb el pla de menor durada.

En la Competició Internacional de Planificació de l'any 2006 es va presentar el llenguatge PDDL3.0 i es va realitzar la primera i única competició de planificadors amb gestió de restriccions de trajectòries d'estat i preferències. Concretament, en aquesta IPC es van provar quatre dominis amb restriccions temporals on els objectius han de satisfer-se dins d'un límit de temps establit o deadline. Dos planificadors van participar en aquesta competició encara que cap va presentar un bon comportament respecte al compliment dels deadlines. En aquest tipus de problemes, especialment quan es tracta de problemes altament restringits, és crucial detectar la irresolubilitat dels mateixos el més prompte possible, i en aquest punt és on s'estableix el nostre objectiu.

Aquest treball de tesi presenta un model de landmarks temporals que permet identificar ràpida i eficientment la irresolubilitat de problemes de planificació amb restriccions. El nostre model incorpora les restriccions temporals del llenguatge PDDL3.0 i estén el concepte de landmark STRIPS al context temporal. A cada landmark temporal se li associen tres tipus d'intervals que s'actualitzen i propaguen d'acord a les relacions d'ordre i restriccions temporals entre ells. Els landmarks temporals juntament amb les seues relacions d'ordre i restriccions temporals formen un graf de landmarks temporals on se sintetitza les relacions que existeixen entre els literals d'un pla solució i, conseqüentment, entre les seues corresponents accions. Quan s'afig nova informació al graf, s'actualitzen i propaguen els intervals dels landmarks, reflectint una imatge més precisa del pla solució.

Posteriorment, el model de landmarks temporals s'integra en un planificador temporal heurístic independent del domini denominat TempLM. TempLM utilitza tota la informació extreta del problema per a podar els plans parcials en l'arbre de cerca que no són compatibles amb la informació del graf de landmarks temporals. A més, es disposa d'un procés de retroalimentació entre el graf de landmarks temporals i el procés de cerca d'un pla solució que permet enriquir el graf i, així mateix, limitar l'espai de cerca.

Els resultats experimentals mostren que aquesta aproximació detecta ràpidament problemes irresolubles i també és molt efectiva per a resoldre problemes amb restriccions molt ajustades.