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経路計画arXiv:2510.02716

大規模グリッドマップの経路計画のための1000倍高速なLLM強化アルゴリズム

A $1000\times$ Faster LLM-enhanced Algorithm For Path Planning in Large-scale Grid Maps

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LLM-A*を改良し、A*の最適化・LLMのインクリメンタル学習・適切なウェイポイント選択を組み合わせることで、大規模グリッドマップの経路計画を平均1000倍以上高速化した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 大規模 grid map における path planning を対象とした研究 - 既存の A*・Dijkstra 系は小規模では有効だが、大規模では探索時間とメモリ消費が問題 - LLM を用いた planning は spatial illusion や計画性能の低さが課題 - LLM-A* の計算時間ボトルネックを深く調査し、それを解消する iLLM-A* を提案 - iLLM-A* は 3 つの機構から構成される LLM 強化アルゴリズム

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 比較対象は LLM-A*(LLM が waypoint を生成し、隣接 waypoint 間を A* で計画) - LLM-A* は大規模 map で計算時間が大きいという課題が残る - iLLM-A* は LLM-A* 比で平均 1000× 以上、最大 2349.5× の speedup - メモリコストを最大 58.6% 削減 - path length と path length の標準偏差も明らかに短縮・低減

3. 技術・手法の肝は?

- 3 つの設計機構を組み合わせる - A* の最適化 - LLM が高品質な waypoint を生成するための incremental learning 手法 - A* による path planning に適した waypoint の選択 - LLM-A* のボトルネックを深く調査した上で設計 - 詳細なアルゴリズム構成は要旨からは不明

4. どうやって有効だと検証した?

- 各種 grid map 上で包括的な評価を実施 - LLM-A* との比較で speedup・メモリ削減・path length とその標準偏差を検証 - 平均 1000× 以上、最大 2349.5× の speedup を確認 - メモリ最大 58.6% 削減、path length と標準偏差の改善を確認

5. 議論はある?

- 大規模 grid map における LLM-A* の計算時間ボトルネックを指摘 - spatial illusion や LLM 単体の planning 性能の低さにも言及 - iLLM-A* の限界や適用範囲、失敗ケースについての議論は要旨からは不明 - incremental learning の詳細や waypoint 選択の一般性は要旨からは不明

6. 次に読むべき論文は?

- LLM-A*(Meng et al., 2024): 直接の比較・改善対象 - A*: 基盤となる古典的 path planning 手法 - Dijkstra: 比較対象として言及される古典的手法 - LLM を用いた path planning に関する関連研究(spatial illusion を扱うもの)

※ AIが要旨から生成した要約です。正確性は原文をご確認ください。

著者: Junlin Zeng, Xin Zhang, Xiang Zhao, Yan Pan

分類: cs.RO, cs.AI

原文アブストラクト

Path planning in grid maps, arising from various applications, has garnered significant attention. Existing methods, such as A*, Dijkstra, and their variants, work well for small-scale maps but fail to address large-scale ones due to high search time and memory consumption. Recently, Large Language Models (LLMs) have shown remarkable performance in path planning but still suffer from spatial illusion and poor planning performance. Among all the works, LLM-A* \cite{meng2024llm} leverages LLM to generate a series of waypoints and then uses A* to plan the paths between the neighboring waypoints. In this way, the complete path is constructed. However, LLM-A* still suffers from high computational time for large-scale maps. To fill this gap, we conducted a deep investigation into LLM-A* and found its bottleneck, resulting in limited performance. Accordingly, we design an innovative LLM-enhanced algorithm, abbr. as iLLM-A*. iLLM-A* includes 3 carefully designed mechanisms, including the optimization of A*, an incremental learning method for LLM to generate high-quality waypoints, and the selection of the appropriate waypoints for A* for path planning. Finally, a comprehensive evaluation on various grid maps shows that, compared with LLM-A*, iLLM-A* \textbf{1) achieves more than $1000\times$ speedup on average, and up to $2349.5\times$ speedup in the extreme case, 2) saves up to $58.6\%$ of the memory cost, 3) achieves both obviously shorter path length and lower path length standard deviation.}

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