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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.3.2014.tde-12102015-140550
Document
Author
Full name
Rafael Lemes Beirigo
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2014
Supervisor
Committee
Costa, Anna Helena Reali (President)
Bianchi, Reinaldo Augusto da Costa
Gomi, Edson Satoshi
Title in Portuguese
Estratégias para aplicação de políticas parciais com motivação intrínseca.
Keywords in Portuguese
Aplicação de políticas parciais
Aprendizado por reforço
Motivação intrínseca
Políticas parciais
Abstract in Portuguese
As técnicas de Aprendizado por Reforço permitem a solução de um problema através da escolha de ações que maximizem valores de recompensas recebidas que refletem a qualidade das ações tomadas pelo agente em um processo de tentativa e erro. Em problemas com estrutura hierárquica, a solução final depende do encadeamento de soluções para subproblemas aí presentes, sendo frequente a repetição de subproblemas nesse encadeamento. Nesses casos, a utilização de políticas parciais permite o aprendizado e armazenamento das soluções individuais para cada subproblema, que podem então ser utilizadas múltiplas vezes na composição de uma solução completa para o problema final, acelerando o aprendizado. Apesar de vantajosa, a utilização de políticas parciais necessita de definições por parte do projetista, o que representa uma sobrecarga. Para contornar esse problema, foram propostas técnicas de descoberta automática de políticas parciais, dentre as quais a utilização de motivação intrínseca se destaca por permitir ao agente aprender soluções de subproblemas úteis na solução do problema final sem a necessidade de se definir manualmente novas recompensas para esses subproblemas individualmente. Apesar de promissora, essa proposta utiliza um conjunto de componentes de aprendizado que ainda carece de investigação aprofundada acerca dos impactos individual e coletivo de cada componente, notadamente a aplicação das políticas parciais durante o aprendizado. Nesta dissertação são propostas duas abordagens para a aplicação de políticas parciais no Aprendizado por Reforço com Motivação Intrínseca: (i) armazenamento das políticas parciais em aplicação pelo agente e (ii) exploração interna à aplicação das políticas parciais. O impacto das propostas no desempenho de aprendizado é avaliado experimentalmente em um domínio com forte caracterização hierárquica.
Title in English
Application strategies for intrinsic motivated options
Keywords in English
Intrinsic motivation
Option application strategies
Option discovery
Reinforcement learning
Abstract in English
Reinforcement Learning techniques allow an agent to learn the solution to a problem by interacting with the environment and executing actions, thus receiving rewards that reflect the value of the actions taken, on a process of trial and error. When a problem has a hierarchical structure, its final solution depends on several solutions to the subproblems it contains, and it is rather common the repetition of subproblems. On these cases, by using options it is possible to learn the solution to each subproblem individually, keeping and then using them multiple times to compose the complete solution to the problem, thus accelerating the learning process. But, despite this advantage, the use of options create the need for some definitions, what can represent a burden to the designer. To circumvent this problem, automatic option discovery techniques were proposed, among which the use of intrinsic motivation deserves special attention for allowing the agent to learn the solution of the subproblems, which are useful to compose the final solution, without the need to manually define new rewards to these subproblems individually. Despite being promising, this technique is built upon a set of several learning components that need a more deep investigation on the individual and collective impacts of each component, mostly the options application strategies during the learning process. On this work two modifications are proposed concerning the application process of options on the Intrinsically Motivated Reinforcement Learning: (i) storage of the history of the options applied by the agent and (ii) allow the agent to explore, even when following an option. These modifications were implemented on an algorithm present on the literature and evaluated on a domain with strong hierarchical characteristics.
 
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Publishing Date
2015-10-14
 
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