状态机与行为树

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状态机

  • 状态、事件、转换、行为
  • 扩展状态（允许额外的变量）、层级状态、守卫条件
  • 事件触发、周期条件触发

状态机可以将问题分解为若干个状态，只需要考虑处于某个状态时的事件、转换以及行为即可，更容易思考。

行为树

Behavior Trees (BTs)

行为树是一棵包含控制节点（非叶节点）和行为节点（叶子节点）的树（类似决策树，通过控制节点选择执行哪个叶子节点）。

每一次更新称为一次tick，从根节点开始传播。收到tick的节点会运行并返回成功、失败、运行中的状态信息给父节点。

  • 执行节点包括动作节点（可以执行复杂的动作）和条件节点（仅仅只是检查条件然后返回成功或失败的状态）。执行节点是连接行为树和具体应用代码的地方。
  • 控制节点，定义了自顶向下遍历的方式，通过接受子节点的状态信息，并应用自己的规则来决定接下去的遍历方式，具体包括顺序（按序执行各个子节点，直到全部成功或一个失败）、备选（按序执行各个子节点，直到一个成功或全部失败）、并行（同时执行各个子节点，直到M个成功或全部失败）、装饰节点（修改唯一的子节点的行为，如反转状态）。
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static const char* xml_text = R"(

 <root BTCPP_format="4" >

     <BehaviorTree ID="MainTree">
        <Sequence name="root_sequence">
            <CheckBattery   name="battery_ok"/>
            <OpenGripper    name="open_gripper"/>
            <ApproachObject name="approach_object"/>
            <CloseGripper   name="close_gripper"/>
        </Sequence>
     </BehaviorTree>

 </root>
 )";

BehaviorTreeFactory factory;
factory.registerNodeType<ApproachObject>("ApproachObject");
factory.registerSimpleCondition("CheckBattery",
                              [&](TreeNode&) { return CheckBattery(); });
GripperInterface gripper;
factory.registerSimpleAction("OpenGripper", [&](TreeNode&) { return gripper.open(); });
factory.registerSimpleAction("CloseGripper",
                           [&](TreeNode&) { return gripper.close(); });
auto tree = factory.createTreeFromText(xml_text);
// To "execute" a Tree you need to "tick" it.
// The tick is propagated to the children based on the logic of the tree.
// In this case, the entire sequence is executed, because all the children
// of the Sequence return SUCCESS.
tree.tickWhileRunning();

对比

行为树和状态机的表达能力是相同的，但行为树更便于组合修改，偏向模块化；而状态机更便于反应式设计（if event then action），偏向反应式。

bt-fsm