不确定规划中状态循环可达关系的求解方法

在不确定规划领域中, 不确定状态转移系统求规划解常常会搜索大量无用的状态和动作, 造成冗余计算。获得不确定状态转移系统的状态可达关系可以避免无用搜索、减少冗余计算, 为系统提供引导信息。以非循环可达关系为基础, 定义矩阵的计算规则, 使用系统的邻接矩阵来计算可达矩阵。同时首次提出了循环可达关系的分类、二可达关系等, 并设计了求循环可达关系的算法, 且以实例证明了算法的有效性和正确性。在不确定规划中获得状态之间的可达性关系, 在求规划解的过程中可以删除大量无用的状态动作序偶, 降低问题规模, 提高求解规划问题的效率。     

不确定规划中非循环可达关系的求解方法

对一个不确定状态转移系统求多个规划问题,那么获得不确定状态转移系统的状态可达关系可以方便求解规划问题,减少冗余计算,建立系统的引导信息。提出一个关于矩阵求不确定领域的状态可达性关系的方法,主要思想是以矩阵乘法来模拟状态转移系统中状态转移,对不确定动作带来的扩散和确定关系带来的聚合进行了统计和处理,从而获得状态可达信息。证明了方法的正确性和有效性。在不确定规划中确定了状态之间的可达性关系,可以在求规划解时删除对规划没有用的状态节点和状态动作序偶;选择能到达目标节点的状态节点和状态动作序偶;进行启发式正向搜索;减少大量冗余计算;提高求解效率。     

不确定规划中循环可达状态信息的维护

动态环境下,动作执行的不确定性会因外部因素存在变动,因此将导致不确定系统中的状态可达关系可能发生改变.为解答这一问题,论文对信息传递法中状态之间可达关系的更新方式进行改进,提出一种新的状态可达关系的维护算法.该算法将变更的状态之间可达关系与原可达矩阵对比,利用邻接矩阵中对应可达信息对变更后状态的可达信息进行修改,然后通...     

利用有向环的性质求解可达关系

不确定规划研究的最终目标是求出规划解,但是由于缺少引导信息,直接求规划解会导致大量的无用状态和动作被搜索。获得状态间的可达关系可以避免冗余计算。目前求可达关系的方法效率较低,因此设计了一种求可达关系的新方法。将不确定状态转移系统抽象成一个图,在这个图中,查找状态之间的可达信息是否形成一个有向环。若存在一个有向环,说明环内每两个状态之间都有可达关系。将其中一个状态作为父节点,并且将这个环内所有状态的可达关系记录在父节点中,通过访问父节点的可达信息更新环内状态的可达信息,减少了许多无用的状态和动作被搜索。实验结果表明,所设计的算法不仅能得到更全面的可达关系,而且效率也高于已有的算法。     

模型检测规划中的状态之间的可达关系研究

当前,对基于模型检测规划研究的算法中存在大量的冗余计算,一些不可能参与构成解的状态动作序偶被反复筛选.文中给出了一种在不确定规划领域求规划解的新思路:在求规划解之前,找到不确定状态转移系统的状态之间的可达关系,从而根据状态之间的可达关系进行约简.提出了不确定状态转移系统的超图、超图的邻接矩阵和可达矩阵等概念,设计了用超图的邻接矩阵求不确定状态转移系统中状态之间可达关系的方法.利用不确定状态转移系统的超图、超图的邻接矩阵和状态之间的可达关系获得了关于弱规划解、强规划解和强循环规划解的一些重要性质.这些性质是关于一些状态动作序偶是否不可能参与构成弱规划解、强规划解和强循环规划解的结论.通过这些性质可以将大量的状态动作序偶直接去掉,从而大幅度简化求规划解的过程,提高求规划解效率.     

信息传递法求不确定系统中的状态可达关系

在不确定规划领域中,在求规划问题的解时,由于缺少引导信息,会导致许多无用状态和动作被搜索,造成冗余计算。所以在求规划解之前,找到不确定状态转移系统中状态之间的可达关系是很有意义的。以往的算法是通过矩阵相乘来模拟状态转移,但该类算法对于规模较大的系统开销较大。因此,提出了用信息传递法来求解可达关系,用矩阵来模拟不确定状态转移系统。其中每个状态记录了其他状态到达该状态的可达信息,通过状态之间的可达信息的传递,求得不确定系统的状态可达关系,以避免大量的矩阵运算。通过实验对比表明,当不确定系统规模较大时,所设计的算法优于矩阵相乘的算法。     

顺序价值迭代算法求解不确定规划

基于Markov决策过程(MDP)的规划方法可以处理多种不确定规划问题,价值迭代算法(VI)是求解MDP的经典算法,但VI需要计算更新每个状态的值,求解过程相当缓慢。在分析了MDP状态图本身的因果依赖关系的基础上,提出一种改进的价值迭代算法,称为顺序价值迭代算法(SVI)。它先将一个MDP分解成多个拓扑有序的强连通分量,然后应用价值迭代算法顺序求解各个分量,这样处理可以避免对大量无用状态的计算并使得可用状态排成拓扑序列。对比实验结果证明了该算法的有效性及优异性能。     

一种快速求强规划解的算法

为提高求解效率,设计一种求强规划解的简化分层算法。以传统分层算法为基础,引入贪心选择策略,对每个非目标状态的动作进行筛选,去除对求解强规划解无益的动作,加快状态向下搜索的速度,并在改进分层的基础上,优化求强规划解策略,由于在求解过程中会存在大量重复搜索,因此建立一个集合保存已访问状态的信息,避免对状态的重复搜索。分析结果表明,在初始状态到达目标状态路径都不重合的情况下,改进算法的时间复杂度为O( nm)( n为初始状态个数,m为层数),在都重合情况下为O( m),优于普通正向搜索算法与反向搜索算法。     

JLU-RLAO和JLU-QLAO:两个不确定智能规划求解系统

不确定环境下的智能规划问题往往假设世界状态的转移概率是确切可知的,然而规划建模专家有时只能在信息不完备的条件下进行建模.从而只能通过猜测或者不完全统计的方法来获取不完备的有关状态转移不确定性的定量信息,有时甚至只能荻取相关的定性信息.在2004年概率规划比赛冠军LAO系统的基础上设计了JLU-RLAO系统和JLU-QLAO系统.它们可以在无法获得精确的状态转移概率条件下,依然保证规划求解的健壮性.实验结果表明,JLU-RLAO系统和JLU-QLA0系统可以快速高效地解决上述不确定智能规划问题.     

不确定规划中的多Agent带权值强规化算法

在智能规划领域中,以往对不确定规划问题的研究主要集中于单个Agent,而对多Agent规划的研究则侧重于确定规划。针对该问题,提出基于多Agent的带权值不确定规划问题,对所求解的强规划解,设计使其所需动作权值总和近似最小的算法。根据基于模型检测的强规划分层方法,对每个Agent进行强规划分层,合并所有Agent的分层信息,并在合并的过程中得到同层状态之间的冲突表。在保证冲突最小的情况下,以最小动作权值优先的贪心方法,求出强规划解。实验结果表明,该算法能较快地求解出使所选择的动作权值总和近似最小的强规划解。     

求强规划解的快速状态分层算法

在求强规划解时,通过状态分层可以大幅减少问题规模,提高搜索效率,并能得到规划路径较短的强规划解。但现有分层算法本身有一定的复杂度,在状态较多时开销较大。为此,通过改进已有分层算法,设计一种适用于求强规划解的快速状态分层算法。采用链式双向图结构保存数据,在分层时修改已遍历的状态动作序偶,并根据修改结果直接进行分层判断,使得分层时只需要判断前一层状态而不是所有已分层状态,避免对非必要状态转移的搜索以及对必要状态转移的重复搜索。实验结果表明,该算法的分层速度优于已有的矩阵乘分层算法。     

基于可达关系的安全协议保密性分析

借助形式化的方法或工具分析安全协议是非常必要而且行之有效的.进程演算具有强大的描述能力和严格的语义,能够精确刻画安全协议中各个参与者之间的交互行为.作者以进程演算为基础,嵌入消息推理系统以弥补进程演算固有的缺乏数据结构支持的特点,尝试地提出了一个基于可达关系的安全协议保密性分析模型.基于此模型,形式化地描述了安全协议的保密性,证明了一定限制条件下的可判定性.并且以TMN协议为例,给出了该模型的实例研究.     

有限精度时间自动机的可达性检测

为了缓解状态空间爆炸问题,减小模型检测过程中生成的状态空间,加快模型检测速度,引入有限精度时间自动机(finite precision timed automata,简称FPTA)作为实时系统的形式模型,并提出了一种数据结构SDS(series of delay sequence)符号化表示状态空间中的状态集.FPTA只记录时钟变量的整数值及时钟变化的先后次序,从而减小生成的状态空间.在一定的时间约束下,Alur与Dill提出的时间自动机的可达性检测可简化为FPTA的可达性检测.举例描述了状态空间的生成过程和表示方法.最后,列出部分初步的实验结果,分析了SDS的特点及不足.     

Language-Emptiness Checking of Alternating Tree Automata Using Symbolic Reachability Analysis

Alternating tree automata and AND/OR graphs provide elegant formalisms that enable branching- time logics to be verified in linear time. The seminal work of Kupferman et al. [Orna Kupferman, Moshe Y. Vardi, and Pierre Wolper. An automata-theoretic approach to branching-time model checking. J. ACM, 47(2):312–360, 2000] showed that 1) branching-time model checking is reducible to the language non-emptiness checking of the product of two alternating automata representing the model and property under verification, and 2) the non-emptiness problem can be solved by performing a search on an AND/OR graph representing this product. Their algorithm, however, can only be implemented in an explicit-state model checker because it needs stacks to detect accept and reject runs. In this paper, we propose a BDD-based approach to check the language non-emptiness of the product automaton. We use a technique called “state recording” from Schuppan and Biere [Viktor Schuppan and Armin Biere. Efficient reduction of finite state model checking to reachability analysis. Int. Journal on Software Tools for Technology Transfer (STTT), 5(2–3):185–204, 2004] to emulate the stack mechanism from explicit-state model checking. This technique allows us to transform the product automaton into a well-defined AND/OR graph. We develop a BDD-based reachability algorithm to efficiently determine whether a solution graph for the AND/OR graph exists and thereby solve the model-checking problem. While “state recording” increases the size of the state space, the advantage of our approach lies in the memory saving BDDs can offer and the potential it opens up for optimisation of the reachability analysis. We remark that this technique always detects the shortest counter-example.     

An Automata-Theoretic Approach to the Reachability Analysis of RPPS Systems

We show how the tree-automata techniques proposed by Lugiez and Schnoebelen apply to the reachability analysis of RPPS systems. Using these techniques requires that we express the states of RPPS systems in a tailor-made process rewrite system where reachability is a relation recognizable by finite tree-automata.     

Towards an Efficient Path-Oriented Tool for Bounded Reachability Analysis of Linear Hybrid Systems using Linear Programming

The existing techniques for reachability analysis of linear hybrid automata do not scale well to problem sizes of practical interest. Instead of developing a tool to perform reachability check on all the paths of a linear hybrid automaton, a complementary approach is to develop an efficient path-oriented tool to check one path at a time where the length of the path being checked can be made very large and the size of the automaton can be made large enough to handle problems of practical interest. This approach of symbolic execution of paths can be used by design engineers to check important paths and thereby, increase the faith in the correctness of the system. Unlike simple testing, each path in our framework represents a dense set of possible trajectories of the system being analyzed. In this paper, we develop the linear programming based techniques towards an efficient path-oriented tool for the bounded reachability analysis of linear hybrid systems.     

模型检测规划中的状态分层方法

基于模型检测的规划方法是最近发展起来的新方法,它可以处理带有不确定性的规划问题.分别设计了对求弱规划解、强规划解和强循环规划解的问题中的状态进行分层的方法.状态被分层后,求规划解只需要在从上层到其下一层状态之间寻找状态动作序偶就可以了,其他状态动作序偶都可以去掉.分别获得了求弱规划解、强规划解和强循环规划解时状态被分层后的一些重要性质,这些性质是关于一些状态动作序偶是否可以不参与构成弱规划解、强规划解和强循环规划解的结论.通过所获得的性质可以将大量的状态动作序偶直接去掉,从而减少问题规模.以往的对基于模型检测规划的研究都是采用从目标状态开始的反向搜索方法,在状态被分层以后可以采用正向搜索技术展开相应的研究.