Grafický editor a vizualizace ATB-DCK pro doménově nezávislé automatické plánování

Abstract

V doménově nezávislém automatickém plánování je specifikace plánovací úlohy oddělena od její implementace, kterou poskytují doménově nezávislé plánovače. Tento přístup nabízí vysoký stupeň flexibility, protože plánovače jsou tak schopny řešit jakýkoli výpočetní problém, který lze převést na úlohu automatického plánování. Nevýhodou této přístupu však je, že specifikace plánovacích úloh často postrádají důležité kontextové informace vycházející z unikátních vlastností příslušných domén, což může negativně ovlivnit výkonnost doménově nezávislých plánovačů ve srovnání s výkonností doménově specifických algoritmů navržených pro stejné problémy. Alespoň částečného překlenutí výkonnostní propasti mezi plánovači a algoritmy by mohlo být dosaženo zkonstruováním dodatečných doménově specifických informací známých jako Domain Control Knowledge (DCK), které by mohly být zakódovány přímo do specifikací plánovacích úloh. ATB-DCK (Attributed Transition-Based Domain Control Knowledge) je typ DCK, který je reprezentován konečným stavovým automatem. Jeho stavy a přechody ukládají dodatečná omezení na použitelnost akcí definovaných ve specifikacích plánovacích úloh, a tím omezují počet přípustných akcí, které může plánováč v každém kroku plánovacího procesu provést. Hlavní výhodou ATB-DCK je jeho jednoduchost a čitelnost i pro netechnické uživatele. Cílem této práce je zjednodušit proces kompilace ATB-DCK do specifikace plánovací úlohy reprezentované popisným jazykem PDDL. Práce nejprve formuluje jazyk pro reprezentaci ATB-DCK v datovém formátu JSON, který lze snadno zpracovávat počítačovými programy. Poté představuje grafický editor pro vytváření a vizualizaci ATB-DCK jako konečného stavového automatu, který nabízí intuitivní způsob konstrukce datové reprezentace ATB-DCK. Součástí grafického editoru je textový editor, který umožňuje upravovat ATB-DCK přímo v jeho JSON datové podobě. Pro zlepšení čitelnosti textového editoru jsou jeho jednotlivé syntaktické prvky vizualizovány různými barvami. V práci je rovněž implementován samotný proces kompilace ATB-DCK do PDDL specifikace plánovací úlohy. Nakonec práce specifikuje ATB-DCK ve třech charakteristicky unikátních doménách a vyhodnocuje jeho efektivitu pro jeden konkrétní NP-obtížný problém rozvrhování úloh.

In domain-independent automated planning, the specification of the planning task is separated from its implementation, which is provided by domain-independent planning engines. This approach offers a high degree of flexibility because planners are thus able to solve any computational problem that can be converted into an automated planning task. However, the downside of this approach is that planning tasks' specifications often lack important contextual information based on the unique properties of the corresponding domains, which might negatively affect the performance of domain-independent planners in comparison to the performance of domain-specific algorithms designed for the same problems. To at least partially bridge the performance gap between planning engines and algorithms, the additional domain-specific information known as Domain Control Knowledge (DCK) could be constructed and encoded directly into the specifications of planning tasks. Attributed Transition-Based Domain Control Knowledge (ATB-DCK) is a type of DCK that is represented by a finite-state automaton. Its states and transitions impose additional constraints on the applicability of actions defined in planning tasks' specifications and thus limit the number of permissible actions the planning engine can take at each step of the planning process. The main advantage of ATB-DCK is its simplicity and readability even for non-technical users. The aim of this thesis is to simplify the process of encoding ATB-DCK into the planning task specification represented in the PDDL description language. The thesis first formulates a language to represent ATB-DCK in JSON data format that can be easily processed by computer programs. Then, it introduces a graphical editor for creating and visualizing ATB-DCK as a finite state automaton, which offers an intuitive way of constructing data representation of ATB-DCK. The graphical editor includes a text editor to modify ATB-DCK directly in its JSON data form. To improve the text editor's readability, its particular syntactical elements are visualized in different colors. The thesis also implements the process of ATB-DCK compilation into the PDDL planning task specification. Finally, the thesis specifies ATB-DCK in three characteristically unique domains and evaluates its effectivness for one specific NP-hard task scheduling problem.