An Analysis of Merge Strategies for Merge-and-Shrink Heuristics

The merge-and-shrink framework provides a general basis for the computation of abstraction heuristics for factored transition systems. Recent experimental and theoretical research demonstrated the utility of non-linear merge strategies, which have not been studied in depth. We experimentally analyze the quality of state-of-the-art merge strategies by comparing them to random strategies and with respect to tie-breaking, showing that there is considerable room for improvement. We finally describe a new merge strategy that experimentally outperforms the current state of the art

Simplified Planner Selection

There exists no planning algorithm that outperforms all oth- ers. Therefore, it is important to know which algorithm works well on a task. A recently published approach uses either im- age or graph convolutional neural networks to solve this prob- lem and achieves top performance. Especially the transforma- tion from the task to an image ignores a lot of information. Thus, we would like to know what the network is learning and if this is reasonable. As this is currently not possible, we take one step back. We identify a small set of simple graph features and show that elementary and interpretable machine learning techniques can use those features to outperform the neural network based approach. Furthermore, we evaluate the importance of those features and verify that the performance of our approach is robust to changes in the training and test data

Inference and Learning with Planning Models

[ES] Inferencia y aprendizaje son los actos de razonar sobre evidencia recogida con el fin de alcanzar conclusiones lógicas sobre el proceso que la originó. En el contexto de un modelo de espacio de estados, inferencia y aprendizaje se refieren normalmente a explicar el comportamiento pasado de un agente, predecir sus acciones futuras, o identificar su modelo. En esta tesis, presentamos un marco para inferencia y aprendizaje en el modelo de espacio de estados subyacente al modelo de planificación clásica, y formulamos una paleta de problemas de inferencia y aprendizaje bajo este paraguas unificador. También desarrollamos métodos efectivos basados en planificación que nos permiten resolver estos problemas utilizando algoritmos de planificación genéricos del estado del arte. Mostraremos que un gran número de problemas de inferencia y aprendizaje claves que han sido tratados como desconectados se pueden formular de forma cohesiva y resolver siguiendo procedimientos homogéneos usando nuestro marco. Además, nuestro trabajo abre las puertas a nuevas aplicaciones para tecnología de planificación ya que resalta las características que hacen que el modelo de espacio de estados de planificación clásica sea diferente a los demás modelos.[CA] Inferència i aprenentatge són els actes de raonar sobre evidència arreplegada a fi d'aconseguir conclusions lògiques sobre el procés que la va originar. En el context d'un model d'espai d'estats, inferència i aprenentatge es referixen normalment a explicar el comportament passat d'un agent, predir les seues accions futures, o identificar el seu model. En esta tesi, presentem un marc per a inferència i aprenentatge en el model d'espai d'estats subjacent al model de planificació clàssica, i formulem una paleta de problemes d'inferència i aprenentatge davall este paraigua unificador. També desenrotllem mètodes efectius basats en planificació que ens permeten resoldre estos problemes utilitzant algoritmes de planificació genèrics de l'estat de l'art. Mostrarem que un gran nombre de problemes d'inferència i aprenentatge claus que han sigut tractats com desconnectats es poden formular de forma cohesiva i resoldre seguint procediments homogenis usant el nostre marc. A més, el nostre treball obri les portes a noves aplicacions per a tecnologia de planificació ja que ressalta les característiques que fan que el model d'espai d'estats de planificació clàssica siga diferent dels altres models.[EN] Inference and learning are the acts of reasoning about some collected evidence in order to reach a logical conclusion regarding the process that originated it. In the context of a state-space model, inference and learning are usually concerned with explaining an agent's past behaviour, predicting its future actions or identifying its model. In this thesis, we present a framework for inference and learning in the state-space model underlying the classical planning model, and formulate a palette of inference and learning problems under this unifying umbrella. We also develop effective planning-based approaches to solve these problems using off-the-shelf, state-of-the-art planning algorithms. We will show that several core inference and learning problems that previous research has treated as disconnected can be formulated in a cohesive way and solved following homogeneous procedures using the proposed framework. Further, our work opens the way for new applications of planning technology as it highlights the features that make the state-space model of classical planning different from other models.The work developed in this doctoral thesis has been possible thanks to the FPU16/03184 fellowship that I have enjoyed for the duration of my PhD studies. I have also been supported by my advisors’ grants TIN2017-88476-C2-1-R, TIN2014-55637-C2-2-R-AR, and RYC-2015-18009.Aineto García, D. (2022). Inference and Learning with Planning Models [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/18535

Merge-and-shrink abstractions for classical planning : theory, strategies, and implementation

Classical planning is the problem of finding a sequence of deterministic actions in a state space that lead from an initial state to a state satisfying some goal condition. The dominant approach to optimally solve planning tasks is heuristic search, in particular A* search combined with an admissible heuristic. While there exist many different admissible heuristics, we focus on abstraction heuristics in this thesis, and in particular, on the well-established merge-and-shrink heuristics. Our main theoretical contribution is to provide a comprehensive description of the merge-and-shrink framework in terms of transformations of transition systems. Unlike previous accounts, our description is fully compositional, i.e. can be understood by understanding each transformation in isolation. In particular, in addition to the name-giving merge and shrink transformations, we also describe pruning and label reduction as such transformations. The latter is based on generalized label reduction, a new theory that removes all of the restrictions of the previous definition of label reduction. We study the four types of transformations in terms of desirable formal properties and explain how these properties transfer to heuristics being admissible and consistent or even perfect. We also describe an optimized implementation of the merge-and-shrink framework that substantially improves the efficiency compared to previous implementations. Furthermore, we investigate the expressive power of merge-and-shrink abstractions by analyzing factored mappings, the data structure they use for representing functions. In particular, we show that there exist certain families of functions that can be compactly represented by so-called non-linear factored mappings but not by linear ones. On the practical side, we contribute several non-linear merge strategies to the merge-and-shrink toolbox. In particular, we adapt a merge strategy from model checking to planning, provide a framework to enhance existing merge strategies based on symmetries, devise a simple score-based merge strategy that minimizes the maximum size of transition systems of the merge-and-shrink computation, and describe another framework to enhance merge strategies based on an analysis of causal dependencies of the planning task. In a large experimental study, we show the evolution of the performance of merge-and-shrink heuristics on planning benchmarks. Starting with the state of the art before the contributions of this thesis, we subsequently evaluate all of our techniques and show that state-of-the-art non-linear merge-and-shrink heuristics improve significantly over the previous state of the art

Desarrollo de heurísticas en planificación automática mediante PDBs

La planificación automática es una disciplina utilizada hoy en día. Es por eso por lo que es objeto de investigación. Este estudio nace a raíz de querar mejorar los resultados obtenidos mediante las bases de datos de patrones, más conocidas con el nombre de PDBs. Esta mejoría se traduce en el desarrollo de una heurística más informada, en la menor utilización de recursos temporales y de memoria, y/o en la mayor cantidad de problemas resueltos por el planificador. El estudio se divide en dos partes: generación de heurísticas dependientes del dominio y en la generación de heurísticas independientes del dominio. En el estudio dependiente del dominio se han seleccionado 5 dominios de IPC (Snake, Termes, Hiking, Spider y Tetris) y 3 algoritmos de cálculos de heurísticas de Fast Downward (iPDB, Canonical PDB y Zero-One PDB) con los que probar. Tras ejecutarlos, se han observado las características comunes entre las PDBs resultantes y se ha implementado un algoritmo que las crea directamente sin hacer uso de búsqueda. La conclusión alcanzada en esta primera parte del estudio es que realizar previamente un análisis de las variables y de cómo se agrupan formando PDBs al ejecutar ciertos algoritmos es un gran paso en el camino de la obtención de una buena heurística. Tras esto, en el estudio independiente del dominio se han observado las características que existen en común entre todas las variables presentes en estas PDBs implementadas en el estudio dependiente del dominio. Se llegó a la conclusión de que coincidían en gran medida con los predicados presentes en las precondiciones de las acciones que originan un cambio en un predicado meta, teniendo en cuenta el signo del predicado meta (not), realizado una unión entre todos los conjuntos de predicados por cada una de las metas, y terminando con una intersección entre todos estos conjuntos. Posteriormente, se decidió modificar iPDB aumentando el improvement de las PDBs que contenían variables con estos predicados obtenidos tras la operación entre conjuntos. Las conclusiones obtenidas en este segundo estudio indican que la mejoría en iPDB no es tan notable, pero la suficiente para percatarse de que, mediante más investigaciones de este estilo, se podría llegar a unos muy buenos resultados. Este estudio podría utilizarse, por tanto, como punto de partida de futuros proyectos de investigación acerca de las PDBs. Los buenos resultados obtenidos en este primer estudio base corroboran que más procesos de investigación en esta misma línea podrían dar lugar a unos mejores resultados.Ingeniería Informática (Plan 2011