Introduction à l'apprentissage par renforcement pour les débutants

introduction

Apprentissage par renforcementL’apprentissage par renforcement est une technique d’intelligence artificielle qui permet à un agent d’apprendre à prendre des décisions en interagissant avec un environnement. Par le biais de commentaires sous forme de récompenses ou de punitions, L’agent optimise son comportement pour maximiser les récompenses accumulées. Cette approche est utilisée dans une variété d’applications, Des jeux vidéo à la robotique en passant par les systèmes de recommandation, se démarquant par sa capacité à apprendre des stratégies complexes...., a l'air intriguant, vérité? Ici, dans cet article, nous verrons ce que c'est et pourquoi il y a tant de discussions ces jours-ci. Cela agit comme un guide d'apprentissage par renforcement pour les débutants.. L'apprentissage par renforcement est certainement l'un des domaines de recherche évidents aujourd'hui qui a un bon boom pour émerger dans un proche avenir et sa popularité augmente de jour en jour.. Allons-y.

Fondamentalement, c'est le concept dans lequel les machines peuvent s'auto-apprendre en fonction des résultats de leurs propres actions.. Sans plus tarder, commençons.

Qu'est-ce que l'apprentissage par renforcement?

L'apprentissage par renforcement fait partie de l'apprentissage automatique. Ici, les agents se forment sur les mécanismes de récompense et de punition. Il s'agit de prendre la meilleure action ou chemin possible pour obtenir le maximum de récompenses et le minimum de punition grâce à des observations dans une situation spécifique.. Il agit comme un signal de comportements positifs et négatifs. Essentiellement, un agent est construit (ou plusieurs) qui peut percevoir et interpréter l'environnement dans lequel il se trouve, en outre, peut prendre des mesures et interagir avec lui.

Connaître le sens de l'apprentissage par renforcement, passons en revue la définition formelle.

Apprentissage renforcé, un type d'apprentissage automatique, dans lequel les agents agissent dans un environnement visant à maximiser leurs récompenses cumulatives – NVIDIA

Apprentissage par renforcement (RL) est basé sur la récompense des comportements souhaités ou la punition des comportements indésirables. Au lieu d'une entrée produisant une sortie, l'algorithme produit une variété de sorties et est capable de sélectionner la bonne en fonction de certaines variables: Gartner

Il s'agit d'un type de technique d'apprentissage automatique dans laquelle un agent informatique apprend à effectuer une tâche par le biais d'interactions répétées d'essais et d'erreurs avec un environnement dynamique.. Cette approche d'apprentissage permet à l'agent de prendre une série de décisions qui maximisent une métrique de récompense pour la tâche sans intervention humaine et sans être explicitement programmé pour accomplir la tâche.: Travaux de mathématiques

Cependant, les définitions ci-dessus sont techniquement fournies par des experts dans ce domaine pour quelqu'un qui débute avec l'apprentissage par renforcement, mais ces définitions peuvent sembler un peu difficiles. Comment ceci est un guide d'apprentissage par renforcement pour les débutants, facilitons notre définition de l'apprentissage par renforcement.

Définition simplifiée de l'apprentissage par renforcement

Grâce à une série de méthodes d'essais et d'erreurs, un agent continue d'apprendre continuellement dans un environnement interactif à partir de ses propres actions et expériences. Le seul objectif est de trouver un modèle d'action approprié qui augmente la récompense cumulative totale de l'agent.. Apprendre par l'interaction et la rétroaction.

Bon, c'est la définition de l'apprentissage par renforcement. À présent, comment est-on arrivé à cette définition, comment une machine apprend et comment elle peut résoudre des problèmes complexes dans le monde grâce à l'apprentissage par renforcement, c'est quelque chose que nous verrons plus en profondeur.

L'apprentissage par renforcement expliqué

Comment fonctionne l'apprentissage par renforcement? Bon, laisse moi t'expliquer avec un exemple.

Ici, que voyez-vous?

Vous pouvez voir un chien et un maître. Imaginons que vous entraînez votre chien à ramasser le bâton. Chaque fois que le chien réussit à obtenir un bâton, tu lui offre un festin (un os, Disons). Éventuellement, le chien comprend le modèle, qu'à chaque fois que le professeur lance un bâton, vous devez l'obtenir dès que possible pour obtenir une récompense (un os) d'un enseignant en moins de temps.

Terminologies utilisées dans l'apprentissage par renforcement

Agent – il est le seul qui prend les décisions et apprend

Environnement – un monde physique où un agent apprend et décide des actions à entreprendre

action – une liste d'actions qu'un agent peut effectuer

État – la situation actuelle de l'agent dans l'environnement

Récompense – Pour chaque action sélectionnée par l'agent, l'environnement récompense. Comme d'habitude, c'est une valeur scalaire et rien de plus que des commentaires d'environnement.

Politique – l'agent prépare la stratégie (prise de décisions) assigner des situations à des actions.

Fonction de valeur – La valeur de l'état montre la récompense obtenue de l'état jusqu'à ce que la politique soit exécutée.

Modèle – Chaque agent RL n'utilise pas de modèle de son environnement. La vue agent mappe les distributions de probabilité des paires état-action sur les états

Workflow d'apprentissage par renforcement

– Créer l'environnement

– Définir la récompense

– Créer l'agent

– Former et valider l'agent

– Mettre en œuvre la politique

En quoi l’apprentissage par renforcement est-il différent de enseignement superviséL’apprentissage supervisé est une approche d’apprentissage automatique dans laquelle un modèle est formé à l’aide d’un ensemble de données étiquetées. Chaque entrée du jeu de données est associée à une sortie connue, permettre au modèle d’apprendre à prédire les résultats pour de nouvelles entrées. Cette méthode est largement utilisée dans des applications telles que la classification d’images, Reconnaissance vocale et prédiction de tendances, soulignant son importance dans...?

En apprentissage supervisé, Le modèle est entraîné sur un ensemble de données de entraînementLa formation est un processus systématique conçu pour améliorer les compétences, connaissances ou aptitudes physiques. Il est appliqué dans divers domaines, Comme le sport, Éducation et développement professionnel. Un programme d’entraînement efficace comprend la planification des objectifs, Pratique régulière et évaluation des progrès. L’adaptation aux besoins individuels et la motivation sont des facteurs clés pour obtenir des résultats réussis et durables dans toutes les disciplines.... qui a une clé de réponse correcte. La décision est prise sur la base de l'entrée initiale donnée, car il dispose de toutes les données nécessaires pour entraîner la machine. Les décisions sont indépendantes les unes des autres, donc chaque décision est représentée par une étiquette. Exemple: reconnaissance d'objet

En apprentissage par renforcement, il n'y a pas de réponse et l'agent de sauvegarde décide quoi faire pour effectuer la tâche requise. Comme l'ensemble de données d'entraînement n'est pas disponible, l'agent a dû apprendre de son expérience. Il s'agit de collecter les décisions de manière séquentielle. Pour le dire plus simplement, la sortie est basée sur l'état actuel de l'entrée et l'entrée suivante est basée sur la sortie de l'entrée précédente. Nous étiquetons la séquence de décisions dépendantes. Les décisions dépendent. Exemple: jeu d'échecs

Caractéristiques d'apprentissage par renforcement

– Non supervisé, juste une valeur réelle ou un signal de récompense

– La prise de décision est séquentielle

– Le temps joue un rôle important dans les problèmes de renforcement.

– La rétroaction n'est pas rapide mais retardée

– Les données suivantes que vous recevez sont déterminées par les actions de l'agent

Algorithmes d'apprentissage par renforcement

Il y a 3 approches pour mettre en œuvre des algorithmes d'apprentissage par renforcement

Basé sur la valeur – L'objectif principal de cette méthode est de maximiser une fonction de valeur. Ici, un agent par le biais d'une politique s'attend à un retour à long terme des états actuels.

Basé sur des politiques – Dans les politiques basées sur des politiques, vous permet de concevoir une stratégie qui aide à obtenir le maximum de récompenses à l'avenir grâce aux actions possibles menées dans chaque état. Deux types de méthodes basées sur les politiques sont déterministes et stochastiques.

Basé sur des modèles – Dans cette méthode, nous devons créer un modèle virtuel pour l'agent afin de l'aider à apprendre à fonctionner dans chaque environnement spécifique.

Types d'apprentissage par renforcement

Il y a deux sortes :

1. Renforcement positif

Le renforcement positif est défini comme lorsqu'un événement, en raison d'un comportement particulier, augmente la force et la fréquence du comportement. A un impact positif sur le comportement.

avantage

– Maximiser la performance d'un stock.

– Conservez la monnaie plus longtemps

Désavantage

– Un renforcement excessif peut conduire à une surcharge d'état qui minimiserait les résultats.

2. Renforcement négatif

Le renforcement négatif est représenté comme le renforcement d'un comportement. D'autres manières, lorsqu'une condition négative est interdite ou évitée, essayez d'arrêter cette action à l'avenir.

avantage

– Comportement maximisé

– Fournir un niveau de performance décent au minimum

Désavantage

– Il est simplement assez limité pour répondre à un comportement minimal.

Modèles largement utilisés pour l'apprentissage par renforcement.

1. Processus de décision de Markov (MDP) – sont des cadres mathématiques pour cartographier des solutions dans RL. L’ensemble de paramètresLes "paramètres" sont des variables ou des critères qui sont utilisés pour définir, mesurer ou évaluer un phénomène ou un système. Dans divers domaines tels que les statistiques, Informatique et recherche scientifique, Les paramètres sont essentiels à l’établissement de normes et de standards qui guident l’analyse et l’interprétation des données. Leur sélection et leur manipulation correctes sont cruciales pour obtenir des résultats précis et pertinents dans toute étude ou projet.... y compris l’ensemble d’états finis – S, Ensemble d'actions possibles dans chaque état – UNE, Récompense – R, Modèle – T, Politique – Pi. Le résultat de la mise en œuvre d'une action dans un état ne dépend pas des actions ou états précédents, mais de l'action et de l'état en cours.

2. Q apprentissage – Il s'agit d'une approche sans modèle basée sur la valeur pour fournir des informations pour indiquer quelle action un agent doit entreprendre. Il s'articule autour de la notion de mise à jour des valeurs de Q montrant la valeur d'effectuer l'action A dans l'état S. La règle de mise à jour des valeurs est l'aspect principal de l'algorithme Q-learning.

QApprentissage – Freecodecamp

Applications pratiques de l'apprentissage par renforcement

– Robotique pour l'automatisation industrielle

– Moteurs de synthèse de texte, agents de dialogue (texte, voix), Jeux

– Voitures autonomes autonomes

– Apprentissage automatique et traitement des données

– Système de formation qui émettrait des instructions et du matériel personnalisés concernant les exigences des étudiants.

– Boîtes à outils d'IA, fabrication, automobile, assainissement et bots

– Contrôle d'avion et contrôle de mouvement de robot

– Construire l'intelligence artificielle pour les jeux informatiques.

conclusion

La conclusion de ce sujet est simplement de nous aider à découvrir quelle action pourrait produire le plus de récompenses le plus longtemps.. Les environnements réalistes peuvent avoir une observabilité partielle et être également non stationnaires. Il n'est pas très utile de postuler quand on a suffisamment de données pratiques pour résoudre le problème grâce à un apprentissage supervisé. Le principal défi de cette méthode est que les paramètres peuvent affecter la vitesse d'apprentissage.

J'espère que vous connaissez et comprenez maintenant un certain niveau de la description de l'apprentissage par renforcement. Merci pour ton temps.

Sur moi

Soja Prathima Kadari, un ancien ingénieur intégré travaillant pour exploiter mes connaissances et améliorer mes compétences.

S'il vous plait, n'hésitez pas à me contacter sur https://www.linkedin.com/in/prathima-kadari

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