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【中英字幕】伯克利大学 2018 年秋季 CS 294-112 深度强化学习

开课时间:2018年12月20日
开课时长:26讲

老师的讲课很细致,首先感谢老师和翻译组的老师们,辛苦了,内容特别棒!

课程主要是针对博士生水平,跟着学习需要一些先决条件,另外使用的是tensorflow实现的,需要python基础。

一共有六次作业,其中最后一次是一个完整的项目,可以组队完成。

可以通过http://www.tensorflow.org/guide/low_level_intro 进行python及tensorflow的入门学习

一、什么是强化学习,为什么研究它

如何构建智能机器,首先智能机器必须具有适应性,是要针对环境的复杂性、多变性、非结构化的问题,深度学习就能够帮助我们解决这类非结构化问题,比如图像识别、自然语言处理等。但是深度学习却没有告诉我们如何决策,强化学习就是这样一种数学框架,能够使得智能体与环境进行交互从而做出反馈,进而形成自己的决策。现在将深度学习与强化学习相结合,就能够具有更加强大的功能,例如可以像一个高级业余选手一样完成backgannom等的游戏。它通过自学习来训练,学习到如何玩游戏,之前的一些方法要达到这个效果是非常困难的。

深度学习方法对于图像或者目标的识别不用像之前的方法一样需要做很多的困难的复杂的特征工程,而只需要进行很多层次的网络的构建,通过自动的特征进行抽取,这两者目的一样但是训练的方法却有不同。所有层都是端到端训练出来的,抽取到的特征并不是有人来进行规定的。这样的方式有两个优点,一个是不需要人工进行特征工程,第二个就是它能够进行最优化的特征选取。

标准的增强学习采用传统的比如线性函数表示的方式,对一个特定问题,首先对其进行特定的编码,之后从中提取特征。但是这些特征很难跟具体的环境的状态或者说状态的转换相关联,就需要找一些相关领域的专家进行咨询,了解其之前的相关关系,这之上又需要很多不同的特征进行线性函数的关联,因此很长一段时间,增强学习的应用受到了很大的限制。

而深度强化学习就兼具两者的优点,能够自动学习初级和高级的特征,并用于增强学习关于环境和状态的转换之间的关系,通过端到端的学习。

二、对于序列决策端到端的学习方法意味着什么

如果一个决策是基于感觉和知觉,在现实中,这一过程会相应的跟上决策和行动。

其困难在于需要高级的抽象过程,在一定程度上需要人的指导,感知系统和动作系统在这里需要选择正确的特征抽象,但当你想要联合优化控制系统和感知系统时,就需要知道价值函数。

三、端到端的应用

使用端到端的优化能够克服很多的问题,因为它是根据外界环境来优化得到最终的结果。

强化学习中我们有个做决策的机构,根据结果进行反馈修正,称之为观测和反馈。虽然在很多领域进行了不同的问题的解决,但是它的公式可以相同。事实上,强化学习是其他机器学习问题的一个泛化。深度学习方法使得强化学习能够使用端到端的方法解决更多复杂的问题。

还有很多的领域能够成功的使用强化学习,比如交通场景管理。

四、现在为何还要学习强化学习

当前很多的技术推进了深度学习的发展,使得之前不能够实现的方法得以实现,加之随着硬件技术的发展和分布式云计算等技术的广泛运用,使得深度学习和强化学习的实现和训练成为可能。

分层学习是现在的前沿研究,之后的课会讲到这个概念,特别是高深主题时。后面还将讲到如何使用循环神经网络提供记忆强化学习智能体。所以概念在很早就出现了,只是缺少一个让其变得有实际意义的应用。

在过去的五年,我们看到了很多领域的惊人成功!

在本课程的作业中这些也将会被使用一半以上,Exciting!!

五、其他能够用以解决的问题

现实世界中的问题还要考虑更多的因素,而不仅仅是将观察转换为行为的一些重点问题。当我们想建立一个模仿于现实世界的环境时,不能够只考虑有一个很完美的完全正确的奖励函数。还有很多高级主题,例如逆强化学习等等。

六、奖励从何而来

奖励是传统强化学习公式中很基本的部分,但是现实问题中,却不是一个简单的问题。在游戏的训练中,奖励函数可以跟得分相挂钩,但是在现实生活中,人们往往不能够简单的知道做一件事是好的还是坏的,即使有明确的定义也不一定能够方便测量,很多时候感知到完成了一件事情可能和完成一件事情一样困难。如果要将一切考虑进去,可能会得到一个极度困难的强化学习的问题。

如果仅仅依靠随机搜索或者人们很擅长推断,可以从其他的地方学习经验,然后模仿下,看看是不是会有好事发生,它可以智慧的判断,然后用不同的方式实现它们的目标 。

预测,人类的很多智能推理是源于预测。预测就可以计划,预知未来的情况。

七、如何构建智能机器

从复杂开始将很难构建,因此要从简单的方面开始,例如首先从一个简单的算法开始,要有各类输入和各种复杂的行为选择。那么为何选择深度强化学习呢?处理复杂的感官输入,例如图像、声音等等,手动设计去理解将会非常复杂,深度能让复杂的函数得以计算,而强化学习则提供了所需的数学体系,为选择行为提供理论支持。

八、适合深度强化学习的领域

很多领域深度强化学习都非常精通,比如棋盘类游戏、视频游戏等,可以通过大量的感官输入学习新的技能。

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