Efficient Strategy Synthesis for Patrolling Games and Further Infinite-Horizon Objectives

RNDr. David Klaška

Doctoral thesis

Abstract:

Práce se zabývá patrolovacími hrami, což je formální model pro situace, kde pohyblivý obránce chrání zranitelné cíle před útočníkem. Navrhujeme efektivní algoritmus, který dokáže produkovat účinné konečněpaměťové strategie pro patrolovací hry s nekonečným horizontem a libovolnou topologií. Dále se zabýváme patrolovacími hrami ve speciálních situacích, jako je patrolování pomocí dronů, patrolování v měnícím se prostředí či patrolování cílů, pro něž způsobená škoda závisí na délce trvání útoku. Nakonec se zaměřujeme i na optimalizaci dalších účelových funkcí pro pohyblivého agenta a scénáře s nekonečným horizontem, které nesouvisí přímo s patrolováním, jako je pravidelný servis a údržba nebo lokální splněnost podmínek popisujících frekvence návštěv jednotlivých cílů.

Abstract:

We study patrolling games, a formal model for the scenario where a mobile Defender protects vulnerable targets against an intrusion by an Attacker. We design an efficient algorithm capable of synthesizing effective finite-memory strategies for infinite-horizon patrolling games with an arbitrary topology. Moreover, we examine patrolling games in specific scenarios, such as patrolling with drones, patrolling in a changing environment or patrolling targets where the damage caused by an intrusion grows with time until detected. Finally, we extend our focus beyond patrolling games, designing algorithms for scenarios with miscellaneous infinite-horizon objectives which concern periodic service and maintenance or local satisfaction of frequency-based objectives.

Keywords

game theory, security games, patrolling games, infinite-horizon objectives, strategy synthesis, finite-memory strategies, regular strategies

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 28. 4. 2025

Thesis defence

• Date of defence: 1. 8. 2025
• Supervisor: prof. RNDr. Antonín Kučera, Ph.D.
• Reader: doc. Mgr. Branislav Bošanský, Ph.D., Prof. Stefan Kiefer, Dr. rer. nat.

Masaryk University

Faculty of Informatics

Doctoral programme / field:
Computer Science / Fundamentals of Computer Science