1315.4 다중 상속과 타입 합집합

1315.4 다중 상속과 타입 합집합

1. PDDL에서의 다중 상속

표준 PDDL의 타입 시스템은 단일 상속(single inheritance)만을 공식적으로 지원한다. 즉, 각 타입은 하나의 상위 타입만 가질 수 있으며, 타입 계층은 트리 구조를 형성한다. 다중 상속(multiple inheritance)은 PDDL 표준에 명시적으로 정의되어 있지 않으며, 파서에 따라 지원 여부가 달라진다.

;; 단일 상속 (표준)
(:types
    ground_robot - robot
    aerial_robot - robot
)

;; 다중 상속 (비표준, 대부분의 파서에서 미지원)
;; amphibious_robot이 ground_robot과 aquatic_robot을 동시에 상속하려는 시도
;; (:types amphibious_robot - ground_robot aquatic_robot)  ;; 비표준

다중 상속의 부재는 교차 범주(cross-cutting category)에 속하는 객체를 모델링하는 데 제약을 가한다. 예를 들어, 수륙양용 로봇은 지상 로봇의 능력과 수중 로봇의 능력을 모두 보유하지만, 단일 상속 체계에서는 하나의 상위 타입만 선택할 수 있다.

2. either를 이용한 타입 합집합

PDDL은 either 구문을 통해 타입 합집합(type union)을 지원한다. either는 매개변수 선언에서 여러 타입의 객체를 수용할 수 있도록 허용한다:

(:action transport
    :parameters (?r - robot ?cargo - (either package tool) ?from ?to - waypoint)
    :precondition (...)
    :effect (...)
)

이 선언에서 ?cargo 매개변수는 package 또는 tool 타입의 객체를 수용한다. 형식적으로:

\text{objects}(\text{either} \ T_1 \ T_2) = \text{objects}(T_1) \cup \text{objects}(T_2)

3. either의 활용 사례

3.1 다중 유형 대상 액션

로봇이 서로 다른 유형의 물체를 동일한 방식으로 조작하는 경우:

(:action pick_up
    :parameters (?r - robot ?item - (either package tool sensor_module) ?loc - waypoint)
    :precondition (and
        (robot_at ?r ?loc)
        (item_at ?item ?loc)
        (gripper_free ?r)
    )
    :effect (and
        (holding ?r ?item)
        (not (item_at ?item ?loc))
        (not (gripper_free ?r))
    )
)

3.2 다중 유형 위치 참조

(:action dock
    :parameters (?r - robot ?station - (either charging_station maintenance_station))
    :precondition (and
        (robot_at ?r ?station)
        (station_available ?station)
    )
    :effect (docked ?r ?station)
)

4. 다중 상속의 대안적 모델링 기법

PDDL의 단일 상속 제약을 우회하는 실용적 기법을 제시한다.

4.1 기법 1: 공통 상위 타입 도입

교차 범주의 객체를 공통 상위 타입으로 묶고, 능력을 술어로 표현한다:

(:types
    robot - object
    ground_robot aquatic_robot amphibious_robot - robot
)

(:predicates
    (can_move_ground ?r - robot)
    (can_move_water ?r - robot)
)

;; 초기화
(:init
    (can_move_ground ground_bot1)
    (can_move_water aquatic_bot1)
    (can_move_ground amphibious_bot1)   ;; 양쪽 능력 모두 부여
    (can_move_water amphibious_bot1)
)

(:action move_on_ground
    :parameters (?r - robot ?from - waypoint ?to - waypoint)
    :precondition (and (robot_at ?r ?from) (connected ?from ?to) (can_move_ground ?r))
    :effect (and (not (robot_at ?r ?from)) (robot_at ?r ?to))
)

4.2 기법 2: either를 이용한 매개변수 확장

(:types
    ground_robot aquatic_robot - robot
)

;; 양쪽 로봇 유형 모두 허용하는 액션
(:action deploy_to_shore
    :parameters (?r - (either ground_robot aquatic_robot) ?loc - shore_location)
    ...)

4.3 기법 3: 역할 기반 술어

타입 계층 대신 역할 술어를 사용하여 교차 범주를 표현한다:

(:predicates
    (role_transporter ?r - robot)
    (role_inspector ?r - robot)
    (role_rescuer ?r - robot)
)

;; 한 로봇이 여러 역할을 수행 가능
(:init
    (role_transporter robot1)
    (role_inspector robot1)    ;; 운송과 점검 모두 가능
    (role_rescuer robot2)
)

5. either의 제약과 주의사항

  1. 플래너 호환성: 모든 플래너가 either 구문을 지원하는 것은 아니다. Fast Downward, FF 등 주요 플래너는 지원하지만, 일부 특수 플래너에서는 제한될 수 있다.

  2. 과도한 사용 자제: either의 과도한 사용은 타입 시스템의 구조적 이점을 감소시킨다. 빈번히 결합되는 타입에 대해서는 공통 상위 타입을 정의하는 것이 바람직하다.

  3. 효과에서의 타입 구분 불가: either로 수용된 객체의 실제 타입을 효과에서 구분할 수 없다. 타입에 따라 다른 효과가 필요하면 별도 액션으로 분리해야 한다.

  4. 술어와의 정합성: either 타입의 매개변수가 술어에 전달될 때, 해당 술어의 매개변수 타입이 either의 모든 구성 타입과 호환되어야 한다.

6. 설계 권장사항

  1. 먼저 단일 상속 계층으로 설계를 시도하라. 대부분의 도메인은 단일 상속만으로 충분히 표현 가능하다.
  2. 교차 범주가 발생하면 능력 술어로 보완하라. 타입으로 표현하기 어려운 교차 속성은 술어로 모델링한다.
  3. either는 매개변수 수준의 임시 합집합에만 사용하라. 도메인 수준의 구조적 분류에는 타입 계층을 사용한다.

7. 참고 문헌

  • McDermott, D., Ghallab, M., Howe, A., Knoblock, C., Ram, A., Veloso, M., Weld, D., & Wilkins, D. (1998). “PDDL—The Planning Domain Definition Language.” Technical Report CVC TR-98-003, Yale Center for Computational Vision and Control.
  • Haslum, P., Lipovetzky, N., Magazzeni, D., & Muise, C. (2019). An Introduction to the Planning Domain Definition Language. Morgan & Claypool Publishers.
  • Ghallab, M., Nau, D., & Traverso, P. (2004). Automated Planning: Theory and Practice. Morgan Kaufmann.