Distributed cost-optimal planning

par Loïg Jezequel

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Éric Fabre.

Le président du jury était Sophie Pinchinat.

Le jury était composé de Javier Esparza, Serge Haddad, Patrik Haslum.

Les rapporteurs étaient Malik Ghallab, Marc Zeitoun.

  • Titre traduit

    Planification optimale distribuée


  • Résumé

    La planification est un domaine de l'intelligence artificielle qui a pour but de proposer des méthodes permettant d'automatiser la recherche et l'ordonnancement d'ensembles d'actions afin d'atteindre un objectif donné. Un ensemble ordonné d'actions solution d'un problème de planification est appelé un plan. Parfois, les actions disponibles peuvent avoir un coût - on souhaite alors trouver des plans minimisant la somme des coûts des actions les constituant. Ceci correspond en fait à la recherche d'un chemin de coût minimal dans un graphe, et est donc traditionnellement résolu en utilisant des algorithmes tels que A*. Dans cette thèse, nous nous intéressons à une approche particulière de la planification, dite factorisée ou modulaire. Il s'agit de décomposer un problème en plusieurs sous-problèmes (généralement appelés composants) le plus indépendants possibles, et d'assembler des plans pour ces sous-problèmes en un plan pour le problème d'origine. L'intérêt de cette approche est que, pour certaines classes de problèmes de planification, les composants peuvent être bien plus simples à résoudre que le problème initial. Dans un premier temps, nous présentons une méthode de planification factorisée basée sur l'utilisation d'algorithmes dits à passage de messages. Une représentation des composants sous forme d'automates à poids nous permet de capturer l'ensemble des plans d'un sous-problème, et donc de trouver des plans de coût minimal, ce que ne permettaient pas les approches précédentes de la planification factorisée. Cette première méthode est ensuite étendue~: en utilisant des algorithmes dits « turbos », permettant une résolution approchée des problèmes considérés, puis en proposant une représentation différente des sous-problèmes, afin de prendre en compte le fait que certaines actions ne font que lire dans un composant. Ensuite, nous proposons une autre approche de la planification factorisée, basée sur une version distribuée de l'algorithme A*. Dans chaque composant, un agent réalise la recherche d'un plan local en utilisant sa connaissance du sous-problème qu'il traite, ainsi que des informations transmises par les autres agents. La principale différence entre cette méthode et la précédente est qu'il s'agit d'une approche distribuée de la planification modulaire.


  • Résumé

    Automated planning is a field of artificial intelligence that aims at proposing methods to chose and order sets of actions with the objective of reaching a given goal. A sequence of actions solving a planning problem is usually called a plan. In many cases, one does not only have to find a plan but an optimal one. This notion of optimality can be defined by assigning costs to actions. An optimal plan is then a plan minimizing the sum of the costs of its actions. Planning problems are standardly solved using algorithms such as A* that search for minimum cost paths in graphs. In this thesis we focus on a particular approach to planning called factored planning or modular planning. The idea is to consider a decomposition of a planning problem into almost independent sub-problems (or components). One then searches for plans into each component and try to assemble these local plans into a global plan for the original planning problem. The main interest of this approach is that, for some classes of planning problems, the components considered can be planning problems much simpler to solve than the original one. First, we present a study of the use of some message passing algorithms for factored planning. In this case the components of a problem are represented by weighted automata. This allows to handle all plans of a sub-problems, and permits to perform factored cost-optimal planning. Achieving cost-optimality of plans was not possible with previous factored planning methods. This approach is then extended by using approximate resolution techniques ("turbo" algorithms) and by proposing another representation of components for handling actions which read-only in some components. Then we describe another approach to factored planning: a distributed version of the famous A* algorithm. Each component is managed by an agent which is responsible for finding a local plan in it. For that, she uses information about her own component, but also information about the rest of the problem, transmitted by the other agents. The main difference between this approach and the previous one is that it is not only modular but also distributed.


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