1314.19 when 구문을 이용한 조건부 효과 구현

1314.19 when 구문을 이용한 조건부 효과 구현

1. when 구문의 구조

PDDL에서 when 구문은 조건부 효과를 정의하는 핵심 키워드이다. 기본 구조는 다음과 같다:

(when <antecedent> <consequent>)

여기서 <antecedent>는 가드 조건(antecedent condition)으로서 액션 실행 직전의 상태에서 평가되는 논리식이고, <consequent>는 가드 조건이 참일 때 적용되는 효과이다.

when 구문은 반드시 :effect 절 내부에서만 사용되며, 일반적으로 and 연산자 내에 다른 무조건적 효과와 함께 배치된다:

:effect (and
    <unconditional-effects>
    (when <condition-1> <effect-1>)
    (when <condition-2> <effect-2>)
)

2. when 구문의 상세 구문 규칙

2.1 가드 조건의 허용 범위

가드 조건에는 전제 조건에 사용 가능한 모든 논리적 구성이 허용된다:

;; 단순 술어
(when (battery_low ?r) (need_charging ?r))

;; 접합 조건
(when (and (holding ?r ?obj) (fragile ?obj))
    (handle_with_care ?r)
)

;; 부정 조건
(when (not (shield_active ?r))
    (exposed_to_radiation ?r)
)

;; 선언 조건 (ADL 필요)
(when (or (rain_detected) (snow_detected))
    (weather_hazard_active)
)

;; 양화 조건
(when (forall (?s - slot) (slot_filled ?s ?rack))
    (rack_full ?rack)
)

;; 존재 양화 조건
(when (exists (?h - human) (human_near ?h ?r))
    (reduced_speed_mode ?r)
)

2.2 결과 효과의 허용 범위

결과 효과에는 긍정적 리터럴, 부정적 리터럴, 또는 이들의 접합이 허용된다:

;; 단일 긍정적 효과
(when (condition) (new_predicate))

;; 단일 부정적 효과
(when (condition) (not (old_predicate)))

;; 접합적 효과
(when (condition)
    (and
        (new_predicate_1)
        (new_predicate_2)
        (not (old_predicate))
    )
)

결과 효과 내부에 중첩된 when을 배치하는 것은 표준 PDDL에서 허용되지 않는다. 즉, 조건부 효과의 중첩(nesting)은 불가능하다.

3. 실용적 구현 패턴

3.1 패턴 1: 상태 의존적 부수 효과

액션의 주요 효과는 무조건적이지만, 현재 상태에 따라 추가적인 부수 효과가 발생하는 패턴이다:

(:action move
    :parameters (?r - robot ?from - waypoint ?to - waypoint)
    :precondition (and (robot_at ?r ?from) (connected ?from ?to))
    :effect (and
        ;; 주요 효과 (무조건적)
        (not (robot_at ?r ?from))
        (robot_at ?r ?to)

        ;; 부수 효과: 화물 동반 이동
        (when (holding ?r ?cargo)
            (and
                (not (cargo_at ?cargo ?from))
                (cargo_at ?cargo ?to)
            )
        )

        ;; 부수 효과: 미탐사 지역 최초 방문
        (when (not (explored ?to))
            (explored ?to)
        )
    )
)

3.2 패턴 2: 환경 반응적 효과

동일한 행동이 환경 조건에 따라 다른 결과를 산출하는 패턴이다:

(:action deploy_sensor
    :parameters (?r - robot ?s - sensor ?loc - waypoint)
    :precondition (and
        (robot_at ?r ?loc)
        (carrying_sensor ?r ?s)
    )
    :effect (and
        ;; 무조건적: 센서 배치
        (sensor_deployed ?s ?loc)
        (not (carrying_sensor ?r ?s))

        ;; 조건부: 실내 환경에서의 보정
        (when (indoor ?loc)
            (sensor_calibrated ?s)
        )

        ;; 조건부: 실외 환경에서의 보호 커버 필요
        (when (outdoor ?loc)
            (needs_weather_protection ?s)
        )
    )
)

3.3 패턴 3: 자원 소모의 조건부 모델링

액션 수행 시 특정 조건에 따라 자원 소모가 달라지는 패턴이다:

(:action process_item
    :parameters (?r - robot ?item - workpiece ?station - workstation)
    :precondition (and
        (robot_at ?r ?station)
        (item_at ?item ?station)
    )
    :effect (and
        (processed ?item)

        ;; 대형 물체는 추가 에너지 소모
        (when (large_item ?item)
            (and
                (not (battery_sufficient ?r))
                (battery_low ?r)
            )
        )

        ;; 정밀 가공품은 도구 마모
        (when (precision_item ?item)
            (tool_worn ?r)
        )
    )
)

3.4 패턴 4: 전칭 양화 조건부 효과

forall과 when의 결합은 특정 타입의 모든 객체에 대해 조건부 효과를 적용하는 데 사용된다:

(:action activate_alarm
    :parameters (?zone - zone)
    :precondition (alarm_triggered ?zone)
    :effect (and
        (alarm_active ?zone)
        (forall (?r - robot)
            (when (robot_in_zone ?r ?zone)
                (and
                    (robot_alerted ?r)
                    (not (robot_idle ?r))
                )
            )
        )
    )
)

이 효과는 해당 구역에 있는 모든 로봇에 대해 경보 상태를 설정한다. forall은 모든 로봇에 대해 순회하고, when은 해당 구역에 실제로 위치한 로봇에 대해서만 효과를 적용한다.

4. when 구문의 평가 시점

when 구문의 가드 조건은 액션 실행 직전의 상태에서 평가된다는 점이 핵심이다. 동일 액션의 다른 효과(무조건적 또는 다른 조건부)에 의해 변경된 상태가 아닌, 원래 상태를 기준으로 모든 가드 조건이 독립적으로 평가된다.

이를 예시로 설명한다:

:effect (and
    (status_b ?r)               ;; 무조건적: status_b 추가
    (not (status_a ?r))          ;; 무조건적: status_a 삭제
    (when (status_a ?r)          ;; 가드: 원래 상태에서 status_a 확인
        (action_recorded ?r)
    )
)

원래 상태에서 (status_a ?r)이 참이었다면, 무조건적 효과에 의해 status_a가 삭제되더라도 when의 가드 조건은 원래 상태를 기준으로 평가되므로 (action_recorded ?r)이 추가된다.

5. when 구문과 플래너 내부 처리

5.1 삭제 완화에서의 처리

삭제 완화 휴리스틱에서 조건부 효과는 다음과 같이 처리된다: 삭제 효과가 무시되므로, 가드 조건이 한번이라도 참이 되면 해당 조건부 효과의 긍정적 부분이 영구적으로 달성된 것으로 간주된다. 이는 조건부 효과를 포함하는 액션에 대해 낙관적인 비용 추정을 생성할 수 있다.

5.2 그라운딩 과정에서의 처리

그라운딩 과정에서 조건부 효과는 가드 조건에 포함된 자유 변수(매개변수)가 구체적 객체로 대입된 형태로 변환된다. forall과 결합된 조건부 효과는 각 객체에 대한 개별 조건부 효과로 전개된다.

6. 설계 시 주의사항

  1. 가드 조건에 액션 매개변수만 참조 가능하다. when의 가드 조건에서 사용되는 변수는 해당 액션의 매개변수이거나 forall/exists 양화사에 의해 바인딩된 변수여야 한다.

  2. 결과 효과에서 새로운 변수를 도입할 수 없다. 결과 효과의 술어에 사용되는 변수는 가드 조건 또는 액션 매개변수에 이미 등장한 변수여야 한다.

  3. 중첩된 when은 허용되지 않는다. when의 결과 효과 내부에 또 다른 when을 배치하는 것은 표준 PDDL에서 지원되지 않는다.

  4. 조건부 효과의 상호 간섭을 점검하라. 다수의 조건부 효과가 동일한 술어에 대해 상충하는 변경을 시도하는 경우, 결과의 예측이 어려워지므로 설계 시 주의가 필요하다.

7. 참고 문헌

  • Pednault, E. P. D. (1989). “ADL: Exploring the Middle Ground Between STRIPS and the Situation Calculus.” Proceedings of the 1st International Conference on Principles of Knowledge Representation and Reasoning (KR), 324–332.
  • Ghallab, M., Nau, D., & Traverso, P. (2004). Automated Planning: Theory and Practice. Morgan Kaufmann.
  • Haslum, P., Lipovetzky, N., Magazzeni, D., & Muise, C. (2019). An Introduction to the Planning Domain Definition Language. Morgan & Claypool Publishers.
  • Nebel, B. (2000). “On the Compilability and Expressive Power of Propositional Planning Formalisms.” Journal of Artificial Intelligence Research, 12, 271–315.