CN101826013A

CN101826013A - 一种智能规划系统中操作行为的可视化方法

Info

Publication number: CN101826013A
Application number: CN 201010137333
Authority: CN
Inventors: 宋泾舸
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: Beijing Jiaotong University
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2010-09-08

Abstract

本发明提供了一种智能规划系统中操作行为的可视化方法，包括：获取步骤：针对智能规划系统中的操作行为，获取其源代码，其中，所述源代码包括操作行为名称部分、约束条件部分和效果部分；第一解析步骤：解析其中的操作行为名称部分，生成操作行为名称视图；第二解析步骤：解析其中的约束条件部分，生成约束条件视图；第三解析步骤：解析其中的效果部分，生成效果视图；合成步骤：对所述操作行为名称视图、约束条件视图和效果视图进行合成，生成所述操作行为的总体视图。本发明用以快速、方便地进行知识库的创建和维护工作。

Description

一种智能规划系统中操作行为的可视化方法

技术领域

本发明涉及智能规划技术领域，特别是涉及一种智能规划系统中操作行为的可视化方法。

背景技术

智能规划(AI Planning)是人工智能研究中一个重要而活跃的分支，旨在以智能化的方法自动或半自动地生成满足要求的动作序列(称为一个计划或规划)；它在交通与物流、智能制造、航天器运行、机器人运动、建筑工程、工业生产调度等众多领域具有广泛的应用前景。

目前，智能规划系统软件的开发通常基于专用的建模语言，如ADL(动作描述语言，Action Description Language)、PDDL(规划领域定义语言，Planning Domain Definition Language)等；其中，操作行为(Action)的建模是智能规划系统领域建模中重要而关键的部分，一个应用智能规划软件系统的知识库中通常包含一定数量甚至大量的操作行为的模型，且这些模型往往以源代码的形式保存在知识库中。

为便于知识库中操作行为模型的管理，在创建知识库后，还需要不断对所述操作行为模型进行阅读、修改、扩充等维护工作；传统的方法主要采用文本编辑器进行，这种方法比较适合研究人员和系统开发工程师使用；然而，对于特定应用领域的技术专家或专业工程师，这种方法不够形象、直观，尤其在模型数量比较大、源代码比较复杂时，操作行为模型中的各种元素在表达上的差异不容易被快速、方便、准确地识别；即使研究人员和系统开发工程师亲自进行文本编辑，也容易将新的错误引入知识库，从而给知识库的创建与维护带来不便。

总之，需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：如何能够快速、方便地进行知识库的创建和维护工作。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种智能规划系统中操作行为的可视化方法，用以快速、方便地进行知识库的创建和维护工作。

为了解决上述问题，本发明公开了一种智能规划系统中操作行为的可视化方法，包括：

获取步骤：针对智能规划系统中的操作行为，获取其源代码，其中，所述源代码包括操作行为名称部分、约束条件部分和效果部分；

第一解析步骤：解析其中的操作行为名称部分，生成操作行为名称视图；

第二解析步骤：解析其中的约束条件部分，生成约束条件视图；

第三解析步骤：解析其中的效果部分，生成效果视图；

合成步骤：对所述操作行为名称视图、约束条件视图和效果视图进行合成，生成所述操作行为的总体视图。

优选的，所述获取步骤包括：

第一获取子步骤：获取智能规划系统的源代码文档，所述源代码文档中包括多个操作行为的源代码；

第二获取子步骤：针对某一操作行为，从源代码文档中获取其源代码；

所述可视化方法还包括：

判断步骤：判断所述源代码文档中是否还有待解析的操作行为的源代码，若是，则返回所述第二获取子步骤，否则，结束操作。

优选的，所述操作行为名称部分包括操作行为名称和参数；

所述第一解析步骤包括：

从所述操作行为名称部分中，解析操作行为名称和参数；

分别针对所述操作行为名称和参数，生成操作行为名称节点和参数节点，得到操作行为名称视图。

优选的，所述约束条件部分包括关系条件和多个谓词表达式，其中，所述关系条件包括“与”、“或”、“非”；

所述第二解析步骤包括：

解析其中的谓词表达式，生成谓词表达式视图；

解析其中的关系条件，生成关系视图；

结合所述谓词表达式视图和关系视图，生成约束条件视图。

优选的，所述效果部分包括状态删除行为关键字和谓词表达式，所述效果视图包括状态删除行为视图和状态添加行为视图；

所述第三解析步骤包括：

子步骤a：解析其中的谓词表达式，生成谓词表达式视图；

子步骤b：针对每个谓词表达式，判断其前面是否有状态删除行为关键字，若是，则执行子步骤c，否则，执行子步骤e；

子步骤c：生成状态删除节点行为标识节点；

子步骤d：结合该谓词表达式对应的视图和状态删除节点行为标识节点，生成状态删除行为视图；

子步骤e：生成状态添加节点行为标识节点；

子步骤f：结合该谓词表达式对应的视图和状态添加节点行为标识节点，生成状态添加行为视图。

优选的，所述合成步骤包括：

在操作行为的总体视图的起始行，布置操作行为名称视图；

在操作行为名称视图的下一行，相对操作行为名称节点缩进一个节点的位置布置约束条件视图；

在约束条件视图的下一行，相对操作行为名称节点缩进一个节点的位置布置效果视图。

优选的，所述谓词表达式包括谓词名称和谓词参数；

所述谓词表达式视图是包括谓词名称节点和项节点的水平图结构；其中，所述谓词名称节点代表谓词名称，所述项节点代表对应的谓词参数。

优选的，所述谓词名称节点用两个同心圆表示；

在所述谓词参数为多个时，所述项节点包括中间项节点和尾项节点，其中，中间项节点用上部带半圆弧且左侧有水平短直线相连的圆圈表示，尾项节点用圆圈表示。

优选的，所述操作行为名称节点用一个大圆圈内含一个填充的下半圆表示。

优选的，在所述关系条件为“与”时，所述“与”的关系视图为空，对齐所述谓词表达式视图中的谓词名称节点，得到约束条件视图；

所述“或”的关系视图用一个空心圆圈表示；

所述“非”的关系视图用一个中间带“×”符的小圆圈表示。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

在智能规划系统的开发中，将抽象的操作行为源代码转化为用图形、线框等可视元素表示的视图，最终得到操作行为的总体视图；由于视图表达紧凑、直观，在所述操作行为的总体视图的辅助下进行模型的创建、修改、维护，既能够方便对模型的理解，又能提高模型维护的效率和可靠性，能够增加智能规划系统的用户友好性；

另外，所述操作行为的总体视图也可以反过来被直接编辑和处理成操作行为的源代码供智能规划系统使用，从而提高其知识库构建、维护的效率。

附图说明

图1是本发明一种智能规划系统中操作行为的可视化方法实施例1的流程图；

图2是本发明一种关系条件的可视化表达示例；

图3是本发明一种操作行为的总体视图示例；

图4是本发明一种智能规划系统中操作行为的可视化方法实施例2的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的核心构思之一在于，在智能规划系统软件的开发中，将抽象的操作行为源代码转化为用图形、线框等可视元素表示的视图；由于视图表达紧凑、直观，能够使操作行为的构建过程更加便捷、友好，适用于大规模操作行为的构建。

参照图1，示出了本发明一种智能规划系统中操作行为的可视化方法实施例1的流程图，具体可以包括：

获取步骤11、针对智能规划系统中的操作行为，获取其源代码，其中，所述源代码可以包括操作行为名称部分、约束条件部分和效果部分；

本发明可以应用于交通与物流、智能制造、航天器运行、机器人运动、建筑工程、工业生产调度等众多领域。

例如，物流规划是智能规划系统的重要应用领域之一；在智能规划系统中，物流规划问题被定义为在给定的初始物流状态下(如货物和载运工具的种类、数量、位置以及交通网络结构等)，制定一个由给定的操作行为方式构成的操作序列，将指定的货物从一个地方投递到另一个指定的地方；这个操作行为的序列就称为一个规划。

近年来，PDDL语言已经逐渐成为国际规划大赛的标准语言，该语言先后推出了PDDL1.2、PDDL1.7、PDDL2.1、PDDL+、PDDL2.2、PDDL3.0等多个版本，其是一种命题式描述机制的领域描述语言，具有很强的模型表达能力，因此，本发明优选采用PDDL语言进行智能规划系统的开发。

PDDL语言是一种以谓词表达式为基础建立的通用智能规划系统知识库构建语言，该语言定义了智能规划系统中的规划域(Planning Domain)和规划问题(Planning Problem)的基本结构以及其中包含的若干基本知识结构，如规划域包含的类型、谓词、操作行为等和规划问题包含的初始世界状态、目标状态等；其中，操作行为是规划模型中最核心的数据结构，系统规划的执行过程就是执行一系列有序的操作行为集合，将系统的状态由初始状态转换到目标状态的过程。

一个典型的操作行为源代码一般包括操作行为名称部分、约束条件部分和效果部分；所述源代码是PDDL源代码的核心内容，涉及类型、谓词的运用以及与世界状态的互动。

以下为一个操作行为源代码的示例：

(:action action_name

:parameters(？v-tp₁？v-tp_n)

:precondition(λ)

:effect(andαβ)

)

其中，action_name为操作行为名称；

？v-tp_i指操作行为的第i个参数及其所述对象类型；

λ指操作行为的约束条件中的状态集合，用于标识操作行为执行前需要满足的前提；

α和β分别指操作行为效果中的状态添加行为和状态删除行为，用于表示操作行为执行前后对系统状态产生的影响。

这样，本发明实施例的可视化方法过程，即是分别将所述操作行为名称部分、约束条件部分和效果部分转化为视图的过程。

第一解析步骤12、解析其中的操作行为名称部分，生成操作行为名称视图；

在实际中，所述操作行为名称部分可以进一步包括操作行为名称(action_name)和参数(parameters)；

此时，所述第一解析步骤12可以包括以下子步骤：

子步骤A1、从所述操作行为名称部分中，解析操作行为名称和参数；

子步骤A2、分别针对所述操作行为名称和参数，生成操作行为名称节点和参数节点，得到操作行为名称视图。

假设获取步骤11得到的一个操作行为的PDDL源代码如下：

(:action deliver

:parameters(？p-package？d-location)

:precondition

(and(at-packagel ？p？d)

(not(exists(？dd-location)

(delivered？p？dd))

)

:effect

(and(delivered？p？d)

(not(at-packagel ？p？d))

(decrease(volume-load-l ？d)

(volume-p？p)

)

表1

表1，示出了本发明对该PDDL源代码进行可视化的过程，其中，“步骤”列代表本发明的执行步骤，“PDDL源代码”列指每步骤需要解析的源代码，“视图说明”列则是指解析生成的视图，即可用图形、线框等可视元素表示。

具体到本步骤，其任务是解析其中的操作行为名称部分：

(:action deliver

:parameters(？p-package？d-location)

...

)

具体而言，首先根据:action关键字解析出操作行为名称deliver，以及，根据:parameters关键字解析出deliver的参数？p和？d；

其次，可用一个大圆圈内含一个填充的下半圆表示deliver对应的操作行为名称节点，并将deliver名称标在右下角；

再次，可用上部带半圆弧且左侧有水平短直线相连的圆圈表示？p参数节点，以及，用圆圈表示？d参数节点；

最后，参照第2行第3列，组合得到的操作行为名称视图为水平图结构。

第二解析步骤13、解析其中的约束条件部分，生成约束条件视图；

在实际中，所述约束条件部分可以包括关系条件和多个谓词表达式，其中，所述关系条件可以包括“与”、“或”、“非”；

此时，所述第二解析步骤13可以包括以下子步骤：

子步骤B1、解析其中的谓词表达式，生成谓词表达式视图；

以表1对应的源代码为例，可根据:precondition关键字得知，其后面括弧中的内容是约束条件：

:precondition

(and(at-packagel？p？d)

(not(exists(？dd-location)

(delivered？p？dd))

)

进一步，可根据and关键字得知，其后面的两个括弧中的内容之间是“与”关系；也即，所述约束条件中包括2个谓词表达式：谓词表达式1和谓词表达式2，可分别对其进行解析，生成谓词表达式视图。

在智能规划系统中，各个对象的状态均可用谓词来描述；故所述谓词表达式又可以进一步包括谓词名称和谓词参数，其中，所述谓词参数可以为一个，也可以为多个；以谓词表达式1：(at-packagel ？p？d)为例，at-packagel即为谓词名称，而？p和？d则是它的参数。

这样，所述谓词表达式视图可以用包括谓词名称节点和项节点的水平图结构来表示；其中，所述谓词名称节点代表谓词名称，所述项节点代表对应的谓词参数。

例如，所述谓词名称节点用两个同心圆表示；在所述谓词参数为多个时，所述项节点可以包括中间项节点(？p)和尾项节点(？d)，其中，中间项节点可用上部带半圆弧且左侧有水平短直线相连的圆圈表示，尾项节点可用圆圈表示。

子步骤B2、解析其中的关系条件，生成关系视图；

在上例中，第二个括弧中具有not关键字，也即，该括弧中的谓词表达式2是“非关系”，可相应生成关系视图。

子步骤B3、结合所述谓词表达式视图和关系视图，生成约束条件视图。

参照图2，示出了本发明一种关系条件的可视化表达示例，例如，在所述关系条件为“与”时，所述“与”的关系视图可以为空；此时，对齐所述谓词表达式视图中的谓词名称节点，即可得到约束条件视图；

又如，所述“或”的关系视图可用一个空心圆圈表示，此时，在一个空心圆圈后，排列多个谓词表达式视图形成的分支图，即可表示所述约束条件视图；

再如，所述“非”的关系视图可用一个中间带“×”符的小圆圈表示，此时，在所述“非”的关系视图后，排列多个谓词表达式视图形成的分支图，即可表示所述约束条件视图；

可以理解，所述关系条件可以是“与”、“或”、“非”三种条件的任意组合，本领域技术人员可根据具体情况组合得到所述约束条件视图，本发明对此不加以限制。

第三解析步骤14、解析其中的效果部分，生成效果视图；

前面提到，操作行为效果中可以包括状态添加行为和状态删除行为，用于表示操作行为执行前后对系统状态产生的影响；而一个状态添加行为也即一个谓词表达式，一个状态删除行为可以是一个状态删除行为关键字(如not)和一个谓词表达式的组合。

这样，在实际中，所述效果部分可以包括状态删除行为关键字和谓词表达式，最终得到的效果视图可以包括状态删除行为视图和状态添加行为视图。

此时，所述第三解析步骤14可以通过以下子步骤来实现：

子步骤a、解析其中的谓词表达式，生成谓词表达式视图；

以表1对应的源代码为例，可根据:effect关键字得知，其后面括弧中的内容即是状态添加行为或者状态删除行为，其中每个状态添加行为或状态删除行为中均包括一个谓词表达式：

:effect

(and(delivered？p？d)

(not(at-packagel？p？d))

(decrease(volume-load-l ？d)

(volume-p？p)

)

进一步，可根据and关键字得知，后面括弧中的三个状态添加行为或状态删除行为是“与”的关系；

子步骤b、针对每个谓词表达式，判断其前面是否有状态删除行为关键字，若是，则执行子步骤c，否则，执行子步骤e；

通过本步骤的判断操作，可以确定所述谓词表达式属于状态删除行为，还是状态添加行为。

子步骤c、生成状态删除节点行为标识节点；

子步骤d、结合该谓词表达式对应的视图和状态删除节点行为标识节点，生成状态删除行为视图；

参照表1中的第11行第3列，所述状态删除行为标识节点可用一个中间带减号的小圆圈表示；此时，所述状态删除行为视图包括状态删除行为标识节点和谓词表达式视图两部分。

子步骤e、生成状态添加节点行为标识节点；

子步骤f、结合该谓词表达式对应的视图和状态添加节点行为标识节点，生成状态添加行为视图。

参照表1中的第10行第3列，所述状态添加行为标识节点可用一个中间带加号的小圆圈表示，这样，状态添加行为视图包括状态添加行为标识节点和谓词表达式视图两部分。

合成步骤15、对所述操作行为名称视图、约束条件视图和效果视图进行合成，生成所述操作行为的总体视图。

在具体实现中，所述合成步骤15可以包括：

子步骤C1、在操作行为的总体视图的起始行，布置操作行为名称视图；

子步骤C2、在操作行为名称视图的下一行，相对操作行为名称节点缩进一个节点的位置布置约束条件视图；

子步骤C3、在约束条件视图的下一行，相对操作行为名称节点缩进一个节点的位置布置效果视图。

参照图3，示出了本发明一种操作行为的总体视图示例：第一行是操作行为名称视图；下面行是约束条件视图；再下面行是多个状态删除或状态添加视图，其中，每个视图各占一行，这种视图按行布置，结构紧凑，适合大量状态删除操作和状态添加操作构成的操作行为的表达；另外，约束条件视图和状态删除视图或状态添加视图相对操作行为名称视图缩进一个节点的位置，以便表示它们属于该操作行为。

可以理解，本实施例中采用的图形、线框等可视元素均是作为示例，本领域技术人员可以根据需要，采用其它可视元素，本发明对此不加以限制；例如，所述谓词名称节点可用除两个同心圆外的其它图形表示。

这样，在所述操作行为的总体视图的辅助下进行模型的创建、修改、维护，既能够方便对模型的理解，又能提高模型维护的效率和可靠性，增加了软件系统的用户友好性。

另外，生成的操作行为的总体视图也可以反过来被直接编辑和处理成操作行为的源代码供智能规划系统使用，从而提高其知识库构建、维护的效率。

再者，本发明所述的操作行为的可视化方法是针对智能规划系统的基本与核心知识建立的；在此基础上，通过扩展可以对更多、更专门的知识进行可视化处理；其中的谓词表达式视图和约束条件视图还可以用来对其他智能系统相关的知识结构进行可视化。

参照图4，示出了本发明一种智能规划系统中操作行为的可视化方法实施例2的流程图，具体可以包括：

获取步骤41、

第一获取子步骤411、获取智能规划系统的源代码文档，所述源代码文档中包括多个操作行为的源代码，所述源代码可以包括操作行为名称部分、约束条件部分和效果部分；

第二获取子步骤412、针对某一操作行为，从源代码文档中获取其源代码；

第一解析步骤42、解析其中的操作行为名称部分，生成操作行为名称视图；

第二解析步骤43、解析其中的约束条件部分，生成约束条件视图；

第三解析步骤44、解析其中的效果部分，生成效果视图；

合成步骤45、对所述操作行为名称视图、约束条件视图和效果视图进行合成，生成所述操作行为的总体视图；

判断步骤46、判断所述源代码文档中是否还有待解析的操作行为的源代码，若是，则返回所述第二获取子步骤412，否则，结束操作。

本实施例与实施例1的区别在于，通过如下方式获取每个操作行为的源代码：智能规划系统的源代码文档→操作行为的源代码，并在生成每个操作行为的总体视图后，通过判断步骤46来确定源代码文档中所有的操作行为是否完成可视化操作，能够实现多个操作行为的可视化。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的一种智能规划系统中操作行为的可视化方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种智能规划系统中操作行为的可视化方法，其特征在于，包括：

第三解析步骤：解析其中的效果部分，生成效果视图；

2.如权利要求1所述的可视化方法，其特征在于，所述获取步骤包括：

所述可视化方法还包括：

3.如权利要求1所述的可视化方法，其特征在于，所述操作行为名称部分包括操作行为名称和参数；

所述第一解析步骤包括：

从所述操作行为名称部分中，解析操作行为名称和参数；

4.如权利要求1所述的可视化方法，其特征在于，所述约束条件部分包括关系条件和多个谓词表达式，其中，所述关系条件包括“与”、“或”、“非”；

所述第二解析步骤包括：

解析其中的谓词表达式，生成谓词表达式视图；

解析其中的关系条件，生成关系视图；

结合所述谓词表达式视图和关系视图，生成约束条件视图。

5.如权利要求1所述的可视化方法，其特征在于，所述效果部分包括状态删除行为关键字和谓词表达式，所述效果视图包括状态删除行为视图和状态添加行为视图；

所述第三解析步骤包括：

子步骤a：解析其中的谓词表达式，生成谓词表达式视图；

子步骤c：生成状态删除节点行为标识节点；

子步骤e：生成状态添加节点行为标识节点；

6.如权利要求1所述的可视化方法，其特征在于，所述合成步骤包括：

在操作行为的总体视图的起始行，布置操作行为名称视图；

7.如权利要求4、5所述的可视化方法，其特征在于，所述谓词表达式包括谓词名称和谓词参数；

8.如权利要求7所述的可视化方法，其特征在于，所述谓词名称节点用两个同心圆表示；

9.如权利要求3所述的可视化方法，其特征在于，所述操作行为名称节点用一个大圆圈内含一个填充的下半圆表示。

10.如权利要求7所述的可视化方法，其特征在于，

在所述关系条件为“与”时，所述“与”的关系视图为空，对齐所述谓词表达式视图中的谓词名称节点，得到约束条件视图；

所述“或”的关系视图用一个空心圆圈表示；