Optimal path planning is the problem of finding a valid sequence of states between a start and goal that optimizes an objective. Informed path planning algorithms order their search with problem-specific knowledge expressed as heuristics and can be orders of magnitude more efficient than uninformed algorithms. Heuristics are most effective when they are both accurate and computationally inexpensive to evaluate, but these are often conflicting characteristics. This makes the selection of appropriate heuristics difficult for many problems. This paper presents two almost-surely asymptotically optimal sampling-based path planning algorithms to address this challenge, Adaptively Informed Trees (AIT*) and Effort Informed Trees (EIT*). These algorithms use an asymmetric bidirectional search in which both searches continuously inform each other. This allows AIT* and EIT* to improve planning performance by simultaneously calculating and exploiting increasingly accurate, problem-specific heuristics. The benefits of AIT* and EIT* relative to other sampling-based algorithms are demonstrated on twelve problems in abstract, robotic, and biomedical domains optimizing path length and obstacle clearance. The experiments show that AIT* and EIT* outperform other algorithms on problems optimizing obstacle clearance, where a priori cost heuristics are often ineffective, and still perform well on problems minimizing path length, where such heuristics are often effective.


翻译:最佳路径规划是从开始到目标之间找到一个有效的状态序列的问题。 知情的路径规划算法要求他们以问题特定知识进行搜索,这些知识表现为超自然学,比不知情的算法更有效率。 超自然学在准确和计算成本低时评估最为有效,但这些特征往往相互冲突。 这就使得选择适当的超自然学在很多问题上很难解决。 本文展示了两种几乎是零星的以抽样为基础的路径规划算法来应对这一挑战,即适应性、知情树(AIT*)和EfffFort Intent Trees(EIT* ) 。这些算法使用不对称的双向搜索,两者都不断相互搜索对方信息。 这使得超自然科学* 和生态学* 能够同时计算和利用日益准确、针对具体问题的超自然学,从而改进规划绩效。 AIT* 与其他基于取样的算法相比,其优势在抽象、机器人和生物医学领域最优化路径清除和障碍清除的12个问题上得到了证明。 实验表明, AIT* 经常在最无效和最短的路径清除和最短的路径上存在问题。

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