专利名称：一种智能规划系统与应用系统之间的知识传递方法
技术领域：
本发明涉及一种智能规划系统与应用系统之间的知识传递方法。
背景技术：
智能规划是人工智能技术的主要分支之一，涉及如何运用智能技术科学地作用于现实世界，实现辅助人类执行任务或自动化的完成指定任务等功能。对于规划命题的研究最早起始于1971年的STRIPS规划描述语言，此后在1989年出现了动作描述语言ADL，改进了 STRIPS在条件效果处理等方面的不足，而规划领域定义语言TODL则最早出现于1998年的国际规划竞赛上，相比于早期的规划定义方法，PDDL具有更加强大的语法和逻辑定义功能，具有更大的发展前景。在此后的时间里，国际规划组织通过IPC竞赛的方式连续推出了若干TODL的改进版本，先后在时序、不确定性、偏好等方面提供了支持，使得TODL成为一种真正有可能将智能规划方法用于实际问题解决的逻辑定义语言。现实世界的应 用系统往往是综合性的智能系统或决策支持系统，负责对整个应用的管理和不同任务的执行、监视和控制等。智能规划系统一般以独立模块的形式包含于整个应用系统之中，其中的roDL文件用于定义完成具体任务所需要的智能规划行为、调度方法等内容，而其中的算法计算部分则根据roDL的描述生成具体规划步骤。在应用系统中，无论是规划的主体、客体还是规划过程、条件等内容本身，都不可避免地归属于某种知识的范畴，特别是对于大型应用系统，一般都会有比较复杂的体系结构和知识库，对于知识管理的复杂性和可维护性要求较高。在建立智能规划模型与方法的过程中，应用系统与智能规划系统之间的知识结构与知识内容只有做到畅通传递，才能使得彼此间实现信息的共享。应用系统需要了解智能规划系统中知识的定义和表示方式，这样才能够做到进一步的信息互通，而智能规划系统也需要根据应用系统中所包含的专家系统等专用系统所提供的领域知识和状态诊断、条件判断等信息，及时调整自己的规划步骤和调度节奏，做到最优化的规划处理。而实际应用系统的知识结构与知识内容与智能规划系统的知识结构与知识内容两者之间一般是相互独立的体系，不能实现共享。因此，应用系统对于智能规划系统中利用PDDL所表示和定义的知识体系，迫切需要找到一种方法实现知识的有效传递。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有智能规划系统与实际应用系统在知识处理和知识表示方面的差异，提供一种智能规划系统与应用系统之间的知识传递方法，利用该方法后，实际的应用系统能直接提取和利用智能规划系统中的知识结构与知识内容，形成方便操作和使用的知识表示形式。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:建立一种智能规划系统与应用系统之间的知识传递方法，其特征在于:包括如下步骤:步骤1、读取与应用系统相关的roDL领域定义文件；在本发明中，可以兼容已出现的各种不同版本的roDL规划定义语言，例如包括roDLl.2、1.7,3.0,以及NADL+，NPDDL,PPDDL等，根据不同版本TODL的定义获取其领域定义文件；步骤2、解析步骤I读取的TODL领域定义文件，提取领域描述信息、规划行为、复合行为、公理性约束(根据领域描述信息判定应用系统规划的主体)；步骤3、在步骤2基础上，如果获得的领域描述信息中没有包含应用系统将要规划的主体，则创建一个该主体，创建的主体至少能够被应用系统识别和应用；主体一般是一个机器人、自动化设备或某个规划的执行人员，如果获得的领域描述信息中已经包含应用系统将要规划的主体，则这个主体可以直接交付给应用系统使用，因为主体信息的表述一般都是兼容的，能够被应用系统识别和应用；步骤4、在步骤2基础上，将所获得规划行为中的冗余规划行为剔除；由于TODL是一种强大的逻辑定义和描述语言，可以表示和描述的信息很多，其构建和设置的规划行为也有较大随意性，是否有一些规划行为是冗余操作，这在roDL设计本身是没有任何约定的，完全由具体领域设计者制订，而从所需要提取知识的角度看，有些冗余的规划行为定义对整体规划设计并没 有太多实际意义，或者完全可以由其它行为所替代，对这部分冗余的规划行为进行剔除；步骤5、在步骤2基础上，将获得的复合行为中的冗余复合行为剔除；在很多沿袭roDL语法所设计的规划语言中，都定义了复合行为，即通过某种逻辑有一定联系和连续性的一组行为，对于复合行为，同样可能存在着冗余定义等问题，因此同样需要对冗余复合行为进行剔除；步骤6、在步骤4和步骤5的基础上，将获得的公理性约束转换成本发明所使用的知识表示形式，本发明所使用的知识表示形式至少能够被应用系统所识别和应用；步骤7、在步骤6基础上，分析复合行为，如果复合行为的约束条件不符合公理性约束的要求，则调整该复合行为，使该复合行为的约束条件符合公理性约束的要求；步骤8、将步骤2获得的领域描述信息、步骤3创建的主体、步骤4获得的规划行为、步骤6转换的公理性约束以及步骤7调整后的复合行为作为知识送入应用系统的知识数据库。所述步骤I中，PDDL领域定义文件为一个独立的文本文件，在读取过程中，只获取PDDL领域定义文件中的文本定义数据。在所述步骤7中，当某一复合行为不能根据合公理性约束进行调整时，则将该复合行为拟合成一个全新的拟合复合行为，该拟合复合行为的约束条件符合公理性约束的要求。在所述步骤6中，本方案所使用的知识表示形式为:约束条件Constraint=Axiom1..^= (Statecontext, Statelmply)其中 Axiom 为公理性约束，Statecmtext 为上下文态，Statelmply为隐喻态，η为约束条件个数。获得规划行为的具体步骤为:对每个尚未处理的规划行为，提取出其定义信息送入行为知识列表，采用量化系统状态方法实现前提条件和结果的知识化操作，具体过程如下:利用状态State进行条件Condition与结果Effect类知识的表示，每个状态State由若干个状态元素StateAtom构成，而每个状态元素StateAtom由唯一的关系表达式LogicalCombine连接了陈述Claim,具体的陈述为一种关系Relation或表达式Evaluation，这样就将一些复杂的条件与结果采用按条目分类的知识统一组织了起来，具体方式可采用表达式描述如下:Condition=State1..^,结果 Effect=状态 State1.+State=StateAtom1 x,StateAtom = LogicalCombine (Claim1..^)=LogicalCombine(Relation or Evaluation)卜、；其中x，y为自然数。获得关系表达的知识内容后，即可利用关系中定义的关系数据方便地找出规划行为中各种动作所作用或涉及的客体。与现有技术相比，本发明的优点在于:(I)突破了智能规划系统完全独立于应用系统的限制；(2)在知识数据的形成过程中，能够清理掉原有规划行为、复合行为中的冗余数据，提取出主干信息，并结合模型补充原有逻辑描述中可能缺失信息；(3)在实现知识传递的过程中并未改变原有的TODL逻辑定义；(4)本发明所述的方法可应用于航空航天、交通物流、生产制造、机器人、智能设备、指挥调度等多个涉及智能规划的领域，为规划知识的提取和处理提供技术支撑；(5)本发明在不改变原有TODL文件的前提下，实现了智能规划系统与应用系统之间的知识共享，同时可以兼容不同版本的TODL文件，采用本发明所建立的应用系统无需刻意设计与自己的知识表示形式完全吻合的roDL文件，即可以实现对自己知识库的建立以及各种后续的设计。
图1为本发明实施例中智能规划系统与应用系统之间的知识传递方法的流程图。
具体实施例方式以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。本发明提供智能规划系统与应用系统之间的知识传递方法，参见图1，包括如下步骤:步骤1、读取与应用系统相关的roDL领域定义文件，PDDL领域定义文件一般为一个独立的文本文件，在读取过程中，只获取I3DDL领域定义文件中的文本定义数据。步骤2、解析步骤I读取的TODL领域定义文件，获得领域描述信息、规划行为、复合行为、公理性约束，领域描述信息中包含有主体信息、领域名称、任务描述等；步骤3、在步骤2基础上，如果获得的领域描述信息中没有包含应用系统将要规划的主体,则创建一个应用系统将要规划的主体,创建的主体至少能够被应用系统识别和应用；主体一般是一个机器人、自动化设备或某个规划的执行人员，如果获得的领域描述信息中已经包含应用系统将要规划的主体,则这个主体可以直接交付给应用系统使用，主体信息的表述一般都是兼容的，能够被应用系统识别和应用；步骤4、在步骤2基础上，将获得的规划行为中的冗余规划行为剔除；获得规划行为的具体步骤为:对每个尚未处理的规划行为，提取出其定义信息送入行为知识列表，采用量化系统状态方法实现前提条件和结果的知识化操作，具体过程如下:利用状态State进行条件Condition与结果Effect类知识的表示，每个状态State由若干个状态元素StateAtom构成，而每个状态元素StateAtom由唯一的关系表达式LogicalCombine连接了陈述Claim,具体的陈述为一种关系Relation或表达式Evaluation，这样就将一些复杂的条件与结果采用按条目分类的知识统一组织了起来，具体方式可采用表达式描述如下:Condition=State1..^,结果 Effect=状态 State1^,State=StateAtom1 x,StateAtom = LogicalCombine (Claim1..^)=LogicalCombine(Relation or Evaluation)卜、；其中x，y为自然数。获得关系表达的知识内容后，即可利用其中定义的关系数据方便地找出规划行为中各种动作所作用或涉及的客体，可以是某个物体、器件或场所等；由于roDL是一种强大的逻辑定义和描述语言，可以表示和描述的信息很多，其构建和设置的行为描述也有较大随意性，是否有一些行为是冗余操作，在roDL设计本身是没有任何约定的，完全由具体领域设计者制订，而从所需要提取知识的角度看，有些冗余规划行为定义逻辑对整体规划设计并没有太多实际意义，或者完全可以由其它行为所替代，对冗余部分的规划行为需要剔除；步骤5、在步骤2基础上，将获得的复合行为中的冗余复合行为剔除；在很多沿袭TODL语法所设计的规划语言中，都定义了复合行为，即通过某种逻辑有一定联系和连续性的一组行为，对于复合行为，同样可能存在着冗余定义等问题，因此同样需要对冗余复合行为进行剔除；步骤6、在步骤4和步骤5的基础上，将获得的公理性约束转换成本方案所使用的知识表示形式，本方案所使用的知识表示形式至少能够被应用系统所识别和应用；
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本发明所使用的知识表示形式为:约束条件Constraint=Axiom1...n-(Statecmitext, Statelmply) 1...n，其中 Axiom 为公理性约束，Statecmitext 为上下又态，Statelmply为隐喻态，η为约束条件个数；公理性约束的定义指明了两种情景之间的关联，在一定上下文条件下，隐喻态的存在为真；步骤7、在步骤6基础上，分析复合行为，如果复合行为的约束条件不符合公理性约束的要求，则调整该复合行为，使该复合行为的约束条件符合公理性约束的要求；当某一复合行为不能根据合公理性约束进行调整时，则将该复合行为拟合成一个全新的拟合复合行为，该拟合复合行为的约束条件符合公理性约束的要求；步骤8、将步骤2获得的领域描述信息、步骤3创建的主体、步骤4获得的规划行为、步骤6转换的公理性约束以及步骤7调整后的复合行为作为知识送入应用系统的知识数据库。下面以机器人规划领域中的物品搬运规划过程对本实施例的方法进行具体说明:在物品搬运命题中，标注为1、2、3的三件块状物体放置在台面A上，机器人的任务是仍然以
1、2、3的排列顺序将块状物体摆放到台面C上。采用本发明的信息共享方法对其进行处理后，获得领域信息内容为Blocks (物品搬运)，而规划主体在规划定义中没有提供，因此创建一个主体为机器人。对于规划行为，其中包括抓取Pickup、放下Putdown、堆叠Stack、非堆叠Unstack、移动Remove等,此时在量化系统状态过程中发现主要的系统状态有以下几个:
状态元素I名称:holding (握住)主体:机器人客体:物体，台面状态元素2名称:on (位于)主体:物体客体:物体状态元素3名称:on (位于)主体:物体客体:台面原有智能规划系统中的clear状态由于在本发明的本体方法中可以用(on，物体，nil)表示，即在物体之上为空，没有其它物体，因此该状态为冗余的，可以将其删除掉；而各种行为的条件和结果则是由不同状态元素的组合构成，以Pickup为例，其前提条件为(on,物体，台面),而其结果的状态为(holding,机器人,物体)。而Unstack的前提条件为(on,物体,物体),结果状态为(holding,机器人,物体)。对规划行为进行精炼，剔除冗余规划行为，完成精炼之后，Stack和Unstack被Pickup和Putdown合并，而其前提和结果状态仅以holding —个状态元素表示，以Pickup为例，其前提条件是: (holding,机器人，nil) and (on，物体，台面)and (on,物体，nil);而其结果状态为(holding,机器人,物体),进一步精炼之后发现Remove也是一个不必要的操作，也可以对其进行剔除；完成对规划行为的处理后，对复合行为同样进行精炼处理，发现可以拟合一个新的状态元素:状态元素5名称:belong (归属)主体:物体客体:台面而move-block复合行为可以由拟合行为Deliver (搬运)所替代,其中Deliver的参数由(物体，平台I，平台2)构成,其前提条件为(on,物体,平台I) and (on,物体，nil),结果状态为(on,物体,平台2) and (on,物体，nil),而Deliver由以下行为复合而成:(Pickup,物体,平台 I),(Putdown,物体，平台 2)。而在此过程中，也可以进一步拟合一个原有规划中缺失了的状态元素face (面对)，即:状态元素6名称:face (面对)主体:机器人客体:台面此时，可以拟合出一个新的行为Goto (前往)，其输入参数为(台面1，台面2)，其前提为(face,机器人,台面I),结果态为(face,机器人,台面2)。此后,复合行为Deliver则可以调整为:(Goto，机器人，台面I)
(Pickup,物体,平台 I)(Goto，机器人，台面2)(Putdown,物体,平台 2)完成对复合行为的处理后，进一步处理整个系统的公理性约束，主要有以下约束条件，以公理的形式表示为:约束1: (Pickup，物体，台面)and not (belong,物体，台面)一(hold, Robot,nil)约束2: (Pickup,物体，台面)and not (face, Robot,台面)一(hold, Robot,nil)其中约束I表示如果机器人在某个台面前要抓取某个物体，而该物体并不属于该台面，则机器人抓取的结果为空，而约束2表示如果机器人要在某个台面前抓取物体，而机器人没有面对该台面，其结果也为空。通过以上的具体过程，即实现了整个规划过程的知识化处理，完成处理后的具体数据以知识的形式送入应用系统的知识数据库进行保存，从而实现了智能规划系统与应用系统之间的知识共享。·
权利要求
1.一种智能规划系统与应用系统之间的知识传递方法，其特征在于:包括如下步骤: 步骤1、读取与应用系统相关的roDL领域定义文件； 步骤2、解析步骤I读取的roDL领域定义文件，获得领域描述信息、规划行为、复合行为、公理性约束，领域描述信息中至少包含有主体信息； 步骤3、在步骤2基础上，从领域描述信息提取规划主体，如果获得的领域描述信息中没有包含应用系统将要规划的主体，则创建一个应用系统将要规划的主体，创建的主体至少能够被应用系统识别和应用； 步骤4、在步骤2基础上，将获得的规划行为中的冗余规划行为剔除； 步骤5、在步骤2基础上，将获得的复合行为中的冗余复合行为剔除； 步骤6、在步骤4和步骤5的基础上，将获得的公理性约束转换成本方案所使用的知识表示形式，本方案所使用的知识表示形式至少能够被应用系统所识别和应用； 步骤7、在步骤6基础上，分析复合行为，如果复合行为的约束条件不符合公理性约束的要求，则调整该复合行为，使该复合行为的约束条件符合公理性约束的要求； 步骤8、将步骤2获得的领域描述信息、步骤3创建的主体、步骤4获得的规划行为、步骤6转换的公理性约束以及步骤7调整后的复合行为作为知识送入应用系统的知识数据库。
2.根据权利要求1所述的知识传递方法，其特征在于:所述步骤I中，PDDL领域定义文件为一个独立的文本文件，在读取过程中，只获取I3DDL领域定义文件中的文本定义数据。
3.根据权利要求1所述的知识传递方法，其特征在于:在所述步骤7中，当某一复合行为不能根据公理性约束进行调整时，则将该复合行为拟合成一个全新的拟合复合行为，该拟合复合行为的约束条件符合 公理性约束的要求。
4.根据权利要求1所述的知识传递方法，其特征在于:在所述步骤6中，本方案所使用的知识表示形式为:约束条件Constraint=Axiom1I= (Statecbntext, Statelmply) ^,其中 Axiom为公理性约束，Statecontext为上下文态，Statelmply为隐喻态，η为约束条件个数。
5.根据权利要求1所述的知识传递方法，其特征在于:获得规划行为的具体步骤为:对每个尚未处理的规划行为，提取出其定义信息送入行为知识列表，采用量化系统状态方法实现前提条件和结果的知识化操作，具体过程如下:利用状态State进行条件Condition与结果Effect类知识的表示,每个状态State由若干个状态元素StateAtom构成,而每个状态元素StateAtom由唯一的关系表达式LogicalCombine连接了陈述Claim,具体的陈述为一种关系Relation或表达式Evaluation,这样就将一些复杂的条件与结果采用按条目分类的知识统一组织了起来，具体方式可采用表达式描述如下:Condition=State1...x,结果 Effect=状态 State1...x,State=StateAtom1 x，StateAtom=LogicalCombine (Claim1.. )=LogicalCombine (Relation or Evaluation) ； 其中X，y为自然数。获得关系表达的知识内容后，即可利用其中定义的关系数据方便地找出规划行为中各种动作所作用或涉及的客体。
6.根据权利要求5所述的知识传递方法，其特征在于:获取复合行为的具体步骤与获取规划行为的步骤相同。
全文摘要
本发明涉及一种智能规划系统与应用系统之间的知识传递方法，其特征在于包括如下步骤步骤1、读取与应用系统相关的PDDL领域定义文件；步骤2、解析步骤1读取的PDDL领域定义文件；步骤3、创建一个应用系统将要规划的主体；步骤4、将冗余规划行为剔除；步骤5、将冗余复合行为剔除；步骤6、将获得的公理性约束转换成本方案所使用的知识表示形式；步骤7、分析调整该复合行为；步骤8、讲领域描述信息、创建的主体、步骤4获得的规划行为、步骤6转换的公理性约束以及步骤7调整后的复合行为作为知识送入应用系统的知识数据库。利用该方法后，实际的应用系统能直接提取和利用智能规划系统中的知识结构与知识内容，形成方便操作和使用的知识表示形式。
文档编号G06F17/30GK103235832SQ201310179130
公开日2013年8月7日 申请日期2013年5月13日 优先权日2013年5月13日
发明者林勇, 陆星家, 尹天鹤, 陈志荣, 范剑波, 许家清, 韩明 申请人:宁波工程学院