Actions in information-rich environments: a paraconsistent approach

Rozprawa prezentuje zarówno teoretyczne jak i praktyczne wyniki badań w dziedzinie planowania akcji z wykorzystaniem niepełnej i sprzecznej informacji. Cała praca jest silnie osadzona w pokrewnej dziedzinie przekonań, ich zmian oraz planowania akcji. Zaproponowane rozwiązania ̨ opierają się na czterowartościowym języku zapytań 4QL. Jego unikalną cechą jest obecność czterech wartości logicznych t (true - prawda), f (false - fałsz), i (inconsistent - sprzeczność), u (unknown - niewiedza) oraz brak ograniczeń w użyciu negacji zarówno w ciałach reguł jak i ich konkluzjach. Wspomniane cechy nie wpływają jednocześnie na intuicyjność otrzymywanych wyników oraz efektywnie obliczalną ewaluację zapytań. Przed przedstawieniem pierwszych wyników badań, rozprawa przypomina teoretyczne podstawy samego języka 4QL oraz baz i struktur przekonań. Następnie wprowadzony zostaje język 4QLBel zaprojektowany do wsparcia wnioskowania na bazach i strukturach przekonań. Rozszerza on język 4QL poprzez wprowadzenie operatora Bel() opierającego swoją zasadę działania na zadawaniu indywidualnych zapytań do poszczególnych elementów bazy przekonań a następnie na konstruowaniu ostatecznego wyniku jako kresu górnego zbiorów odpowiedzi (względem porządku informacyjnego wartości logicznych języka 4QL). Używając tego operatora możliwe jest odpytywanie wspomnianych struktur o globalne przekonania współdzielone pomiędzy wszystkimi reprezentacjami świata. Bazy przekonań zostają następnie rozszerzone o twarde i elastyczne więzy pozwalające na zachowywanie określonych stanów wiedzy podczas planowania akcji. Złamanie więzów bazy przekonań skutkuje przełączeniem bazy w tryb odpowiadania wartością logiczną unknown na wszelkie zapytania do niej kierowane. Co więcej, wprowadzona zostaje tu również operacja przysłaniania przekonań działająca na bazach przekonań. Operacja ta pozwala na potencjalnie krótkotrwałą zmianę przekonań agenta na inne, zdefiniowane w alternatywnej bazie przekonań. Unikalną cechą tego rozwiązania jest, między innymi, wsparcie dla przysłaniania również elastycznej części więzów co pozwala na wyrażanie zmian nie tylko przekonań ale i więzów. Następnie rozprawa przedstawia język ACTLOG będący rozszerzeniem języka 4QL o składnię definiowania akcji inspirowaną rodziną języków akcji, w skład której wchodzi język ADL (Action Definition Language). Z racji użycia logiki zawierającej nieklasyczne wartości logiczne, ACTLOG pozwala na definiowanie problemów planowania opierających się na niepełnych lub też sprzecznych informacjach. W szczególności, sprzeczne przekonania mogą być używane zarówno w warunkach wstępnych akcji jak i w formule określającej cel planowania. Język ten pozwala również na warunkowe efekty akcji oraz na użycie operatorów przekonań podczas specyfikowania akcji. Ponadto, rozprawa przedstawia akcje złożone oparte na operatorach sekwencyjnego, równoległego oraz warunkowego złożenia akcji. Tego typu akcje nie tylko zwiększają ekspresywność języka ale mogą również być postrzegane jako szablony planów pozwalające na znaczne ograniczenie złożoności obliczeniowej samego planowania. Wszystkie wyniki teoretyczne zawarte w tej rozprawie zostały zaimplementowane w oprogramowaniu inter4QL będącym otwartym interpreterem języka 4QL. W ramach implementacji język ten został rozszerzony o konstrukcje z języka 4QLBel. W skład interpretera wchodzi również planner dostarczający eksperymentalne wsparcie dla języka ACTLOG. Szczegóły implementacyjne oraz omówienie zastosowanych rozwiązań są częścią tej rozprawy. Z drugiej strony, rozprawa używa dostarczonej implementacji w celach weryfikacji przygotowanych przykładów skupiając się jednocześnie na mocnych stronach zaproponowanych rozwiązań.

The dissertation presents both theoretical and practical research on action planning under inconsistent and incomplete information. The work is firmly rooted in a related research area of beliefs, belief change and action planning. The proposed solution is based on 4QL, a four-valued query language. Its initial syntax and semantics are extended by new operations on belief bases and actual planning machinery. A unique feature of the 4QL language is the presence of truth values t (true), f (false),i (inconsistent), u (unknown) as well as the unrestricted use of negation in both conclusions and premises of rules while retaining intuitive results and tractable query evaluation. Before introducing the actual research results, the theoretical basics of 4QL, belief bases and belief structures are reminded. Then a 4QLBel language is presented. It is designed to perform doxastic reasoning on belief bases and belief structures. It extends the 4QL language by introducing a Bel () operator which allows to ask queries individually to each element of the belief base and constructing results as least upper bounds of output sets with respect to 4QL’s information ordering. Using this operator one can query a belief base for global beliefs shared among all world representations. Then belief bases are further expanded with rigid and flexible constraints which allow for maintaining the desired states of knowledge during planning. Violating constraints of a belief base results in the base always responding with the truth value u for all queries. Moreover, a novel operation on belief bases, belief shadowing, is introduced. The operation allows for transient change of an agent’s beliefs using the ones from another belief bases. What makes it unique is, among others, that flexible con straints get altered as well which allows for expressing not only a belief change but also a constraints change. Finally, an ACTLOG language is introduced, with 4QL’s syntax expanded with the ADL-inspired action schema where ADL is a well known Action Definition Language. Due to the presence of non classical truth values, the language is capable of specifying planning problems under incomplete and possibly inconsistent information. In particular, inconsistent beliefs can be used in both actions pre conditions and planning goals to be achieved. This feature is not commonly found in other planning engines. The language also allows for conditional effects of actions as well as for using belief op erators inside action specifications. Apart from that, composite actions are also introduced utilizing parallel, sequential and conditional operators. Composite actions not only increase expressiveness of the language but also can be seen as action templates which can significantly reduce planning complexity. All theoretical results presented in the thesis have been implemented as a part of the inter4QL soft ware being an open-source interpreter for the 4QL language. As part of the implementation the language has been extended with 4QLBel constructs introduced in the thesis. Moreover, an experi mental ACTLOG planner supporting both normal and composite actions has been introduced. The implementation details and discussion of proposed solutions are provided. The dissertation uses the implementation to verify a set of examples with accents put on strengths of the proposed solutions.